電機(jī)學(xué)－同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu).ppt

1、同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),本章重點(diǎn)內(nèi)容：,1. 掌握同步電機(jī)的基本工作原理。 2掌握同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電動(dòng)勢頻率的關(guān)系。 3了解同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。 4了解同步電機(jī)的額定值。,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-1 概述,什么是同步電機(jī),同步電機(jī)：是一種旋轉(zhuǎn)的交流電機(jī)，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與電動(dòng)勢頻率f之間保持嚴(yán)格不變的關(guān)系。,對同步發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電動(dòng)勢頻率f滿足,對同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-1 概述,同步電機(jī)的運(yùn)行方式,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-2 同步電機(jī)的基本工作原理,同步發(fā)電機(jī),基本構(gòu)成：定子、轉(zhuǎn)子、氣隙、勵(lì)磁繞組、電樞繞組。,橫截面圖 凸極式 隱極式,同步電機(jī)

2、的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-2 同步電機(jī)的基本工作原理,同步發(fā)電機(jī),作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，用一原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中通入直流電，從而在氣隙中產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)的磁場，該磁場切割定子上的電樞導(dǎo)體，電樞繞組便感應(yīng)出交流電動(dòng)勢。設(shè)氣隙磁密按正弦分布，則在定子三相繞組里感應(yīng)出正弦變化的三相電動(dòng)勢，交流電動(dòng)勢的頻率取決于電機(jī)的極對數(shù) p 和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n，若電機(jī)為一對極，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢變化一個(gè)周波。,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-2 同步電機(jī)的基本工作原理,同步發(fā)電機(jī),考察電樞導(dǎo)體 A 的感應(yīng)電動(dòng)勢。e = B l v ，右手定則。導(dǎo)體相對于磁場的運(yùn)動(dòng)方向。,e = E max,電樞導(dǎo)體 A

3、 處徑向磁密等于0 e = 0,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-2 同步電機(jī)的基本工作原理,同步發(fā)電機(jī),e = E max,電樞導(dǎo)體 A 處徑向磁密等于0 e = 0,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-2 同步電機(jī)的基本工作原理,同步發(fā)電機(jī),若為 p 對極，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢變化 p 個(gè)周波。設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn) n 轉(zhuǎn)，則對 p對極電機(jī)，導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢每分鐘變化 pn 個(gè)周波，每秒鐘變化 pn/60 個(gè)周波，這就是電動(dòng)勢的頻率。,注：我國電力系統(tǒng)，規(guī)定交流電的頻率為50Hz，因此極對數(shù)和轉(zhuǎn)速有如下固定關(guān)系,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-2 同步電機(jī)的基本工作原理,同步電動(dòng)機(jī),如果同步電機(jī)

4、作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，則必須在定子三相繞組上加上三相交流電壓，三相交流電流流過定子繞組，會(huì)在電機(jī)里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)勵(lì)磁繞組加上直流勵(lì)磁電流時(shí)，轉(zhuǎn)子好象是一個(gè)磁鐵，于是旋轉(zhuǎn)磁場帶動(dòng)這個(gè)磁鐵，按旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的目的。這時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 為,“同步”的概念,同步電機(jī)無論作為發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，當(dāng)極數(shù)一定時(shí)，它的轉(zhuǎn)速 n 和頻率 f 之間保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，用電機(jī)專業(yè)術(shù)語說，叫做“同步”，所以這種電機(jī)叫同步電機(jī) 。,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-3 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),汽輪發(fā)電機(jī),轉(zhuǎn)子,特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)軸細(xì)長，由高機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)磁性能較好的合金鋼鍛 成，并且和轉(zhuǎn)軸作成一

5、個(gè)整體，為隱極式轉(zhuǎn)子。 作用：固定勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生勵(lì)磁磁場。,定子,特點(diǎn)：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。 作用：感應(yīng)電勢，通過電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。,機(jī)座,固定定子鐵心。,水輪發(fā)電機(jī),轉(zhuǎn)子,特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)軸短粗，為凸極式轉(zhuǎn)子。 作用：固定勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生勵(lì)磁磁場。,定子,特點(diǎn)：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。 作用：感應(yīng)電勢，通過電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,同步電機(jī)工作時(shí)必須供給勵(lì)磁繞組直流電流，以便建立勵(lì)磁磁場。提供直流的電源及附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。獲得勵(lì)磁電流的方法稱為勵(lì)磁方式。 勵(lì)磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的關(guān)系，可分為他勵(lì)式(

6、separately excited)和自勵(lì)式(self-excited)兩類。,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,同步電機(jī)工作時(shí)必須供給勵(lì)磁繞組直流電流，以便建立勵(lì)磁磁場。提供直流的電源及附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。獲得勵(lì)磁電流的方法稱為勵(lì)磁方式。 勵(lì)磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的關(guān)系，可分為他勵(lì)式(separately excited)和自勵(lì)式(self-excited)兩類。,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,一、他勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng) 他勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng)主要有下列幾種。 1直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng),同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,2他勵(lì)

7、式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng),同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,3旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng),同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,二、自勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng) 1自并勵(lì)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng),同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,二、自勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng) 1自并勵(lì)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng),同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,二、自勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng) 2自復(fù)勵(lì)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng),同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,二、自勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng) 3相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng),相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的全稱是相位補(bǔ)償復(fù)勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng)，它具有自勵(lì)恒壓特性。所謂恒壓特性，就是這種勵(lì)磁系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)

8、磁，使得在任何負(fù)載下端電壓都能穩(wěn)定在一定范圍內(nèi),1發(fā)電機(jī) 2線性電抗器 3電流互感器 4橋式整流器 5整定電阻 6起勵(lì)裝置,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,二、自勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng) 4三次諧波勵(lì)磁系統(tǒng),在電機(jī)定子上加裝一套獨(dú)立的三次諧波繞組，其線圈節(jié)距,把該繞組感應(yīng)產(chǎn)生的三次諧波電動(dòng)勢引出，經(jīng)整流后供給電機(jī)勵(lì)磁繞組，這種方式稱為三次諧波勵(lì)磁方式。,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-4 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式,二、自勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng) 4三次諧波勵(lì)磁系統(tǒng),1發(fā)電機(jī) 2勵(lì)磁繞組 3諧波繞組 4整流器 5調(diào)節(jié)電阻 6集電環(huán),同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-5 同步電機(jī)的額定值,額定容量SN或額定功率PN,同步發(fā)電機(jī)：額定容量SN是指出線端的額定視在功率，一般以干伏安(kVA)或兆伏安(MVA即百萬伏安)為單位；而額定功率PN是指發(fā)電機(jī)輸出的額定有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW，即百萬瓦)為單位。,同步電動(dòng)機(jī)：PN是指軸上輸出的有效機(jī)械功率，也用千瓦(kW)或兆瓦(MW)來表示。對于同步調(diào)相機(jī)，則用線端的額定無功功率來表示其容量。以千乏(kVAR)或兆乏(MVAR)為單位。,同步電機(jī)的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu),7-5 同步電機(jī)的額定值,額定電壓UN,指在額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)定子三相線電壓，單位為