第五節(jié)三相交流同步電機匯總課件

§5.5

交流同步電動機教學(xué)要求：熟悉三相交流發(fā)步發(fā)電機的構(gòu)造和工作原理，理解電樞反應(yīng)的概念，能說明不同性質(zhì)的負載對發(fā)電機外特性的影響，掌握空載特性、外特性和調(diào)節(jié)特性。柴油發(fā)電機一、三相交流同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)、銘牌數(shù)據(jù)1、結(jié)構(gòu)：1．同步電機的結(jié)構(gòu)定子（電樞）：定子鐵芯、機座、三相繞組(接星形)。定子繞組與三相電網(wǎng)連接，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并電網(wǎng)輸送電能。（旋轉(zhuǎn)磁極式三相同步發(fā)電機的定子也稱“電樞”）137轉(zhuǎn)子（磁極）：轉(zhuǎn)子鐵芯、直流勵磁繞組、滑環(huán)與電刷勵磁繞組通直流電，產(chǎn)生恒定的主磁通，在原動機帶動下旋轉(zhuǎn)。①轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)形式凸極式：有凸出的磁極，簡單,適用于船用柴油機、水輪機作原動機的發(fā)電機。轉(zhuǎn)速：500-1500r/min隱極式：呈圓柱形，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、用于高速發(fā)電機（汽輪發(fā)電機）轉(zhuǎn)速：1500r/min②勵磁方式：給磁極的勵磁繞組提供直流電的裝置－－勵磁系統(tǒng)自勵式：半導(dǎo)體勵磁同步發(fā)電機的勵磁電流是由發(fā)電機自已提供轉(zhuǎn)子勵磁繞組 電樞繞組輔助繞組三相橋式整流結(jié)構(gòu)圖原理圖他勵：設(shè)有專用勵磁電源的稱為他勵。①直流發(fā)電機②無刷同步發(fā)電機他勵：設(shè)有專用勵磁電源的稱為他勵。①直流發(fā)電機②無刷同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖原理圖2、銘牌數(shù)據(jù)額定容量：同步發(fā)電機輸出的電功率。額定電壓：額定運行時定子輸出端的線電壓。

額定電流：額定運行時定子輸出端的線電流。

額定頻率：額定運行時電樞輸出端電能的頻率。額定轉(zhuǎn)速：額定運行時電機的轉(zhuǎn)速。溫升（絕緣等級）：電樞額定負載運行

時允許最高溫升。同步發(fā)電機工作原理勵磁系統(tǒng)原動機主發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極定子電樞同步發(fā)電機工作原理原動機主發(fā)電機勵磁系統(tǒng)定子電樞轉(zhuǎn)子磁極二、同步發(fā)電機的工作原理及空載特性1．發(fā)電原理

a．轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)、電刷外加直流電產(chǎn)生磁場

b．轉(zhuǎn)子在原動機的帶動下變成旋轉(zhuǎn)的磁極磁場

c．定子繞組切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢

d．定子三相繞組在空間上互差120°，故產(chǎn)生三相感應(yīng)電勢eA=EmsinωteB=Emsin(ωt－120°)eC=Emsin（ωt+120°）空載電動勢有效值：

Eo＝4.44fNΦ2.交流電動勢的頻率f同步發(fā)電機電動勢頻率由原動機的轉(zhuǎn)速n和電機極對數(shù)P決定。f=pn/60得空載電動勢為：Eo＝KeΦn即：空載電動勢的大小與主磁通Φ和轉(zhuǎn)速n成正比。2．空載特性E0=f（If）（相似磁化曲線）Eo＝KeΦn保持額定轉(zhuǎn)速不變，空載電勢E0與空載勵磁電流I

f的關(guān)系曲線?！?/p>

E0∝Φ0∝

If

；∴空載特性的實質(zhì)就是磁化曲線。同步發(fā)電機的空載額定電壓一般處于空載特性曲線的部分（接近飽和點）1423.“同步”－電機的轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速no①發(fā)電機接負載，定子（電樞）繞組有三相對稱電流通過，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場n0=60f/p；②因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在原動機帶動下達n=n0

故為同步，磁極磁場Φ0與電樞磁場Φa同步，且相對靜止。電樞電流三、同步發(fā)電機負載運行及電樞反應(yīng)。發(fā)電機接負載，定子（電樞）繞組有三相對稱電流通過－電樞電流Ia，電樞磁場Φa1、電樞磁場對磁極磁場的影響叫電樞反應(yīng)。當(dāng)所接的負載性質(zhì)不同產(chǎn)生的電樞反應(yīng)結(jié)果也不一樣，可能產(chǎn)生對電樞主磁場的不同作用效果電樞電流2、不同相位的電樞反應(yīng)電樞電流影響電樞反應(yīng)的性質(zhì)：電樞電流Ia與空載電勢Eo的關(guān)系有：同相位、滯后和超前三種。與之對應(yīng)的電樞反應(yīng)的性質(zhì)有：交軸、直軸去磁和直軸增磁三種。Ia與Eo的夾角為內(nèi)功率因數(shù)角ψ前極靴（左）去磁、后極靴增磁，合成磁場Φ扭斜θ角，為交軸電樞反應(yīng)。交軸反應(yīng)（同相位）1.

Ψ＝0Ia與Eo同相（阻性負載）Φa與Φo方向相反，合成磁場Φ減少，為直軸去磁電樞反應(yīng)。直軸去磁（滯后）2.Ψ＝90°Ia滯后Eo90°（感性負載）Φa與Φo同向，合成磁場Φ增強，為直軸增磁電樞反應(yīng)。直軸增磁（超前）2.Ψ＝－90°Ia超前Eo90°（容性負載）一般負載多為感性，電樞電流滯后電動勢Eo

ψ

（0＜ψ＜90°）電樞電流Ia分成兩個量Iq與Eo同相－交軸電樞反應(yīng)Id與Eo垂直－直軸去磁電樞反應(yīng)。結(jié)果：一般性負載既有交磁反應(yīng)，又有去磁反應(yīng)，且負載的功率

因數(shù)越低，去磁反應(yīng)越嚴重。一般情況四、同步發(fā)電機的外特性及調(diào)節(jié)特性1．外特性U=f（I）電阻性負載，交軸電樞反應(yīng)，電流增加，端電壓稍有下降；感性負載，交軸和去磁電樞反應(yīng)，電流增加，端電壓下降；容性負載，交軸和增磁電樞反應(yīng)，電流增加，端電壓增加。負載的功率因數(shù)越低，去磁反應(yīng)越嚴重，端電壓下降越利害。電壓下降率：ΔU%=(Uo-UN)/UN×100%2．調(diào)節(jié)特性If=f（I）為保持端電壓基本不變，勵磁電流

隨負載電流變化。電樞反應(yīng)去磁，則勵磁電流應(yīng)增加，反之則減小。五、同步發(fā)電機有功功率、無功功率的調(diào)節(jié)空載帶負載原動機輸入轉(zhuǎn)矩Tin=ToTin=To+T阻（電磁轉(zhuǎn)矩）原動機輸入功率Pin=PoPin=Po

+Pe

（電磁功率）原動機勵磁系統(tǒng)主發(fā)電機同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩與功率的平衡：發(fā)電機輸出的功率包括：有功功率和無功功率由于一般負載均為感性負載：既有功功率和無功功率①無功功率的影響：感性負載的直軸去磁反應(yīng)使主磁通下降，端電壓下降。②有功功率的影響：因Ia與Eo同相—交磁反應(yīng)，

Ia受電磁力作用，使

T阻（電磁轉(zhuǎn)矩）＞Tin，Pin=Po

+Pe

（電磁功率）發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速n下降，端電壓下降，頻率也下降。同步發(fā)電機負載運行時的調(diào)節(jié)：1046改變無功功率：調(diào)節(jié)勵磁電流改變有功功率：改變原動機的油門開度同步發(fā)電機獨立運行有3個特點：?1.有功功率和無功功率完全由負載決定；

2.頻率隨轉(zhuǎn)速而變化，電壓隨勵磁電流而變化；3.負載變化將引起頻率（有功）或電壓（無功）的相應(yīng)變化。同步發(fā)電機的并聯(lián)運行與無窮大電網(wǎng)并聯(lián):

電網(wǎng)與單機容量比非常大，U、f不受單機調(diào)節(jié)影響。并聯(lián)運行：是指兩臺以上發(fā)電機同時向同一電網(wǎng)供電的工作狀態(tài)。并聯(lián)條件：三個相等（電壓、頻率、相位）U1=U2

f1=f2

δ1=δ2一個一致（相序）同步發(fā)電機的并聯(lián):有功功率的調(diào)節(jié)：減小原運行機的油門，增加新并機油門，要同時調(diào)節(jié)。155無功功率的調(diào)節(jié)：減小原運行機勵磁電流，增加新并機勵磁電流，要同時調(diào)節(jié)。156同步發(fā)電機的解列：同步發(fā)電機退出運行——解列減小解列機油門，增加繼續(xù)運行機的油門，