《電機(jī)技術(shù)》4.1.1 同步電機(jī)的原理和分類任務(wù)手冊(cè)

同步電機(jī)的原理和分類【任務(wù)要求】知識(shí)點(diǎn)技能點(diǎn)同步電機(jī)的原理同步電機(jī)的分類同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)同步電機(jī)原理的分析與應(yīng)用會(huì)對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行分類同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的分析與應(yīng)用重點(diǎn)難點(diǎn)同步電機(jī)的原理同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分析【任務(wù)清單】任務(wù)1：什么是同步電機(jī)與異步電機(jī)一樣，同步電機(jī)也是一種常用的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)。同步的含義是：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，與負(fù)載大小無關(guān)，轉(zhuǎn)速n與電網(wǎng)頻率f之間的關(guān)系為：n=60f/p。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，現(xiàn)代水電站、熱電廠和核電站的交流發(fā)電機(jī)組幾乎全部都是同步發(fā)電機(jī)。任務(wù)2：同步電機(jī)原理同步電機(jī)與異步電機(jī)的根本區(qū)別是旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子通入直流電流勵(lì)磁。勵(lì)磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場(chǎng)，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁場(chǎng)切割定子繞組而感應(yīng)三相交流電動(dòng)勢(shì)E0。如果帶三相對(duì)稱負(fù)載運(yùn)行時(shí)，則在定子三相繞組中產(chǎn)生三相對(duì)稱電樞電流ia、ib、ic。一、發(fā)電機(jī)基本原理1、勵(lì)磁繞組通以直流電流后，轉(zhuǎn)子即建立恒定磁場(chǎng)；2、當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，其定子繞組切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)的頻率為f=pn/60；3、如果同步發(fā)電機(jī)接上負(fù)載，在電勢(shì)作用下，將有三相電流流過。這說明同步發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成了電能。二、電動(dòng)機(jī)基本原理1、在定子繞組上施以三相交流電壓時(shí)，電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速n1。2、轉(zhuǎn)子將在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的帶動(dòng)下，帶動(dòng)負(fù)載沿定子磁場(chǎng)的方向以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為：n=n1=60f/p，同步電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。任務(wù)3：同步電機(jī)分類按運(yùn)行方式分為：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、調(diào)相機(jī)；按結(jié)構(gòu)型式分為：旋轉(zhuǎn)電樞式、旋轉(zhuǎn)磁極式（旋轉(zhuǎn)磁極式又分為隱極式和凸極式）；按原動(dòng)機(jī)類別：汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)；水輪發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)一般作成凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。汽輪發(fā)電機(jī)一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)均為2極，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘。任務(wù)4：同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)同步電機(jī)有三種工作狀態(tài)。同步發(fā)電機(jī)：把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，向電網(wǎng)發(fā)出交流電，是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式，比如汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)；同步電動(dòng)機(jī)：把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；同步調(diào)相機(jī)（補(bǔ)償機(jī)）：實(shí)際上是一臺(tái)接在電網(wǎng)上空載的同步電動(dòng)機(jī)，用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。同步電機(jī)運(yùn)行于哪種狀態(tài)，取決于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線領(lǐng)先合成磁場(chǎng)軸線的夾角δ（功率角）。δ>0，發(fā)電機(jī)狀態(tài)；δ<0，電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；δ=0，補(bǔ)償機(jī)狀態(tài)。δ>0時(shí)，Te為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩Te平衡。轉(zhuǎn)子吸收機(jī)械功率，定子發(fā)出電功率。δ=0時(shí)，不進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，僅發(fā)出或吸收無功功率，作為補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。δ<0時(shí)，Te為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械功率，定子吸收電功率。任務(wù)5：同步電機(jī)的型號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)有QFQ、QFN、QFS等系列。QF表示汽輪發(fā)電機(jī)；第三個(gè)字母表示冷卻方式，Q——?dú)渫饫洌琋——?dú)鋬?nèi)冷，S——雙水內(nèi)冷。如：QFS-300-2表示容量為300MW雙水內(nèi)冷2極汽輪發(fā)電機(jī)。水輪發(fā)電機(jī)系列有TS系列。T表示同步，S表示水輪。如：TSS1264/160-48表示雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機(jī)，定子外徑為1264厘米，鐵心長為160厘米，極數(shù)為48。同步電動(dòng)機(jī)系列有TD、TDL等。TD表示同步電動(dòng)機(jī)，后面的字母指出其主要用途，如：TDG表示高速同步電動(dòng)機(jī)；TDL表示立式同步電動(dòng)機(jī)。同步補(bǔ)償機(jī)為TT系列?！救蝿?wù)拓展】請(qǐng)認(rèn)真思考并回答下列問題1、為什么大容量同步電機(jī)采用磁極旋轉(zhuǎn)式而不用電樞旋轉(zhuǎn)式？2、為什么同步電機(jī)的氣隙要比容量相同的感應(yīng)電機(jī)的大？3、同步電機(jī)轉(zhuǎn)子表面氣隙磁通密度分布的波形是怎樣的?轉(zhuǎn)子表面某一點(diǎn)的氣隙磁通密度大小隨時(shí)間變化嗎?定子表面某一點(diǎn)的氣隙磁通密度隨時(shí)間變化嗎?4、請(qǐng)說明QFS-300-2為什么類型的同步電機(jī)5、在直流電機(jī)中，E>U還是E<U是判斷電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行還是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的依據(jù)之一，在同步電機(jī)中，這個(gè)結(jié)論還正確嗎？6、什么是同步調(diào)相機(jī)？7、某工廠變壓器的容量為2000kV·A，該廠電力設(shè)備的平均負(fù)載