电机学同步电机-全套课件.ppt

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1、第五章同步电机第五章同步电机.23n了解同步电机的用途和主要分类n熟练掌握同步电机的基本工作原理n熟悉同步电机的基本结构，熟练掌握隐极和凸极电机的结构特点n熟练掌握同步电机的额定值n熟练掌握同步发电机标幺值系统学习目标学习目标4定义：定义： 同步电机是指电机转子的转速与磁场转速相同的交流电机。同步电机的转速为运用范围：运用范围： n同步电机主要用来作为发电机运行；n同步电机也可作为电动机应用，用于拖动生产机械，一般使用在不需要调速的低速大功率机械中；n此外，同步电机还可以作为同步补偿机，他能够专门用来向电网输送感性和容性无功功率。pfnn10605678l同步发电机按同步发电机按原动机原动机分

2、类分类91011121314n同步电机的定子和异步电机相同，定子铁芯上有齿和槽，槽内设置三相绕组。转子上装有磁极和励磁绕组。同步电机的磁极通常装在转子上，而电枢绕组放在定子上，通常称为旋转磁极式电机旋转磁极式电机。n旋转磁极式电机同步电机的转子有凸极凸极和隐极隐极两种结构形式。n用汽轮机作为原动机来拖动的称为汽轮发电机汽轮发电机，一般采用隐极式隐极式结构；用水轮机作为原动机来拖动的称为水轮发电机水轮发电机，一般采用凸极式凸极式结构。同步电动机、由内燃机拖动的同步发电机以及同步补偿机同步补偿机大多做成凸极式。151617181920212223l定子 同步电机的定子大体上和异步电机相同，是由铁芯

3、、绕组、机座以及固定这些部分的其他构件组成。l转子 （以同步发电机为例） 1、汽轮发电机转子结构 现代汽轮发电机一般都是二极的，同步转速为3000或3600r/min。这是因为提高转速可以提高汽轮机的运行效率，减小整个机组的尺寸、降低机组的造价。转子不能做得过大，所以汽轮发电机的直径较小直径较小，长度较长长度较长。汽轮发电机均为卧式结构卧式结构。 2、水轮发电机转子结构 大型水轮发电机通常都是立式立式结构结构，它的转速低、极数多，要求转动惯量大，故其特点是直径大直径大、长度短长度短。2425同步电机的额定值（铭牌值）由以下几种：l额定容量额定容量 或额定功率或额定功率l额定电压额定电压 是指同

4、步电机在额定运行时其定子三相的线电压l额定电流额定电流 是指同步电机在额定运行时流过其定子绕组的线电流同步发电机同步电动机同步调相机额定容量发电机出线端的额定视在功率（VA）额定功率发电机输出的额定有功功率（电功率）（W）转轴上输出的有效机械功率（W）发电机出线端输出的无功功率（Var）NSNPNUNI26l额定功率因数额定功率因数 是指同步电机在额定运行时的功率因数。l额定效率额定效率 是指额定运行时的效率。l额定转速额定转速 和额定频率额定频率 是指同步电机运行时的转速（r/min）和定子绕组中电流与电压的工作频率（Hz）。l额定励磁电压额定励磁电压 和额定励磁电流额定励磁电流 是指同步电

5、机额定运行时加到励磁绕组上的直流电压和电流。NnNcosNNNNNNNIUSPcos3cos13cosNNNNNNNPPU I n发电机n电动机NffNUfNI1(NP -额定输入功率）27282930313233n同步电机运行时，必须在其转子励磁绕组中通入直流电流，以便建立磁场，这个直流称为励励磁电流磁电流，供给励磁电流的整个系统称为励磁系励磁系统统。励磁系统是同步电机的重要组成部分，励磁系统和励磁元件的性能对电机的运行性能有重要影响。n分类，励磁系统主要有两大类： 一类是直流发电机作为励磁电源的直流励磁机直流励磁机励磁系统励磁系统； 另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励磁的交流励磁机整

6、流励磁系统交流励磁机整流励磁系统。3435空载运行时，电枢电流为零，仅有由励磁电流所建立的主极磁场。主极磁通主极磁通分为主磁通主磁通和主极漏磁通主极漏磁通，主磁通所经过的路径称为主磁路，主磁路，包括：空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭五个部分。 主极磁通是否通过气隙 交链主磁通通过于定子绕住相交链主极漏磁通不通过仅与励磁绕组相交链0f36 当转子以同步转速旋转时，主磁场就在气隙中形成一个旋转磁场，它“切割”对称的三相定子绕组后，就将在定子绕组内感应出频率为 的一组对称三相空载电动势：忽略高次谐波时，励磁电动势的有效值为 式中： 为每极的主磁通量12000EEC00120BEE011044

7、. 4wkfNE000AEE f0373839404142定义定义磁极磁动势的基波分量振幅 与实际磁动势最大幅值 之比为 ，称为电机的励磁磁动势波励磁磁动势波形系数形系数，即 隐极式同步电机的转子绕组为分布绕组，在每极下有一个大齿和若干个小齿，转子磁动势的空间分布波形为阶梯波形，如下图所示，幅值为 （其中 为励磁电流， 为励磁绕组的每极匝数） fffNIF fIfNfffFFk11fFfFfkfx1fFfFff1ff大齿04344 凸极同步电机的绕组式集中绕组，它所产生的磁动势是矩形波，幅值为 ，基波分量的振幅为励磁磁动势的波形系数波形系数14ffFF4fkfF4546474849505152

8、5354555657n画在同一坐标平面上的时间相量图和空间矢量图称为时空矢量图时空矢量图。n参考轴的选取参考轴的选取是任意的。但一般 把相绕组轴线作为空间矢量参考轴 令时间相量参考轴与空间矢量参考轴重合 相绕组轴线相轴； 转子绕组轴线直轴； 与直轴正交（90度电角度）交轴直轴相轴，交轴时轴, ,EI UF B 时间相量：空间矢量：112 f5859606162636465n空载：I0，Fa 0，气隙磁场只由转子电流产生；n负载时：I0，Fa 0，Fa对Ff的影响称电枢反应n同步电机电枢磁势与转子磁势间的相对位置取决于负载电流的性质。n同步和空载电势 电机输出电流 之间的相角 定义为内功率因数角

9、内功率因数角。 时，电流 滞后于 ；n端电压 和 之间的相位角 称为外功率因数角外功率因数角 。 0EII0EIU06667686970717273Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势 有增磁作用因为I、E同相，所以不发无功功率 90,000afaaaffFFEFIEFI同方向与同方向，与定，有：相矢图中，按参考轴设aafFF0fFF074 Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势 有增磁作用因为I、E反相，所以不发无功功率fFF1807576 时间相量图 时空矢量图112 f时轴AE0AIBIBE0CE0CI相轴交轴时轴直轴112 f0EEaE01fFaIaF907778 时间相量图

10、 时空矢量图时轴112 fAE0AIBE0BICE0CI相轴，交轴时轴直轴112 f0EEaEaF1fFF0aI907980818283848586878889909192939495969798991001011021031041051061071081091101111121131141151161171181191201211221231241251261271281291301311321、定义2、用途 说明同步发电机的特性 测定同步电机的参数3、短路特性 同步发电机在短路时的量相量图。 U0 很小 很小（ 很小） 电机磁路处于不饱和又 ，所以，短路特性为一直线（ ）。0aIIkdkx

11、I jE0EkIEFkaffIFFFI1FkaIF NnnUfkIfI, 0jxrIUEEEaa01331341351361371381391. 定义：定义： 右图为不同的 和不同的 时的负载特性，其中(1)空载特性，(2)零功率因数特性， 通过零功率因数曲线和空载特性曲线可以求取饱和同步电抗及电枢电抗。UfINUec012345Icos0I 900cosNII ConstConstIfIfUcos,140141142143144145146147148149150151152对供电的要求主要是：对供电的要求主要是：保证足够的用电量，高的供电质量（电压和频率为额定值），以及经济、可靠。u电力系

12、统中有许多发电厂并联供电，可以合理地利用动力资源，对国民经济有很大意义。同步发电机并联运行，是同步发电机最基本地运行方式，研究和掌握它地运行性能是有主要意义的。u当单台发电机满足U=const，f=const时，称为无穷大电网或无穷无穷大电网或无穷大母线大母线。u同步发电机并联运行与变压器并联运行的区别同步发电机变压器初级、次级电压必须相等，绕组阻抗决定负载电流的分配，负载电流能与容量成正比额定电压、额定频率相等，并联后有共同的端电压，空载电势可不相同，同步电抗的数值不能决定负载电流的分配15315415515615715815916016116216316416516616716816917

13、01711721731741751761771781791801811821831841851861871881891901911921931941951961971981992002012022032042052062072082092102112122132142、其他起动方法 同步电动机也可以用其他的辅助电动机拖动而起动，通常选用与同步电动机极数相同的感应电动机（容量为主机的10%15%）作为辅助电动机。 在具有三相变频电源的场合，也可以采用变频起动法。三、同步补偿机n把用以改善电网功率因数、不带任何机械负载的同步电机称为同步补偿机（同步调相机）。n同步补偿机实际上就是一台在空载运行情况下的同步电动机，所以它的起动方法与同步电动机相同。n主要用于向电网发感性无功。215 NNoNoNoNNSoSoSSSSoeT0 eTsnsnsneT主极主极主极主极同同步步电电机机的的三三种种运运行行状状态态发电机发电机补偿机补偿机电动机电动机216217218219