注册电气工程师培训—电机部分课件.ppt

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1、注册电气工程师培训电机部分,提 纲,静止电机 变压器 电机 直流电机 旋转电机 同步电机 交流电机 异步电机 （感应电机）电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的电磁装置,电机部分之一,静 止 电 机,变压器,电机部分之二,旋 转 电 机,感应电动机,电机部分之三,旋 转 电 机,同步电机,电机部分之四,旋 转 电 机,直流电机,考试大纲变压器,4.6.1 了解三相组式变压器及三相芯式变压器结构特点 4.6.2 掌握变压器额定值的含义及作用 4.6.3 了解变压器变比和参数的测定方法 4.6.4 掌握变压器工作原理 4.6.5 了解变压器电势平衡方程式及各量含义 4.6.6 掌握变压器电压调

2、整率的定义 4.6.7 了解变压器在空载合闸时产生很大冲击电流的原因 4.6.8 了解变压器的效率计算及变压器具有最高效率的条件 4.6.9 了解三相变压器联接组和铁芯结构对谐波电流、谐波磁通的影响 4.6.10 了解用变压器组接线方式及极性端判断三相变压器联接组别的方法 4.6.11 了解变压器的绝缘系统及冷却方式、允许温升,考试大纲感应电动机,4.7.1 了解感应电动机的种类及主要结构 4.7.2 掌握感应电动机转矩、额定功率、转差率的概念及其等值电路4.7.3 了解感应电动机三种运行状态的判断方法 4.7.4 掌握感应电动机的工作特性4.7.5 掌握感应电动机的启动特性 4.7.6 了解

3、感应电动机常用的启动方法 4.7.7 了解感应电动机常用的调速方法 4.7.8 了解转子电阻对感应电动机转动性能的影响 4.7.9 了解电机的发热过程、绝缘系统、允许温升及其确定、冷却方式 4.7.10 了解感应电动机拖动的形式及各自的特点 4.7.11 了解感应电动机运行及维护工作要点,考试大纲同步电机,4.8.1 了解同步电机额定值的含义 4.8.2 了解同步电机电枢反应的基本概念 4.8.3 了解电枢反应电抗及同步电抗的含义 4.8.4 了解同步发电机并入电网的条件及方法 4.8.5 了解同步发电机有功功率及无功功率的调节方法 4.8.6 了解同步电动机的运行特性 4.8.7 了解同步发

4、电机的绝缘系统、温升要求、冷却方式 4.8.8 了解同步发电机的励磁系统 4.8.9 了解同步发电机的运行和维护工作要点,考试大纲直流电机,4.12.1 了解直流电机的分类 4.12.2 了解直流电机的励磁方式 4.12.3 掌握直流电动机及直流发电机的工作原理 4.12.4 了解并励直流发电机建立稳定电压的条件 4.12.5 了解直流电动机的机械特性（他励、并励、串励） 4.12.6 了解直流电动机稳定运行条件 4.12.7 掌握直流电动机的起动、调速及制动方法,4.6 变压器,注册电气工程师考试电机部分之一,单相变压器,原边绕组,副边绕组,一、变压器的基本结构,铁心：变压器的磁路。,高、低

5、压绕组：,原边（一次绕组）：,接电源的绕组,副边（二次绕组）：,接负载的绕组,4.6.1 三相组式和心式变压器,了解,三相组式变压器体积小重量轻用于超高压、特大容量场合,三相芯式变压器材料省效率高经济,分析要点：铁芯结构磁路特点励磁电流和磁通情况,4.6.1 三相组式和心式变压器,了解,4.6.1.1 组式各相磁路彼此独立,各相主磁通以各自铁芯作为磁路。铁芯独立，磁路不关联各相磁路的磁阻相同，当三相绕组接对称的三相电压时，各相的激磁电流和磁通对称。,由三台完全相同（容量、变比）的单相变压器按三相连接方式连接而成三相组成变压器,4.6.1 三相组式和心式变压器,了解,4.6.1.2 芯式各相磁路

6、彼此相关,通过中间三个芯柱的磁通等于三相磁通的总和。当外施电压为对称三相电压，三相磁通也对称，其总和 ，即在任意瞬间，中间芯柱磁通为零。在结构上省去中间的芯柱,4.6.1 三相组式和心式变压器,了解,三相三铁芯柱变压器,三相铁心互不独立 三相磁路互相关联 中间相的磁路较短，令外施电压为对称三相电压，三相激磁电流也不完全对称，中间相激磁电流较其余两相为小。与负载电流相比激磁电流很小，如负载对称，三相电流基本对称。,中间相磁路短，磁阻小，激磁电流较小 （F=R）,4.6.1 三相组式和心式变压器,了解,1. 额定电压 U1N / U2N 指空载电压的额定值。 即当 U1 = U1N 时, U20

7、= U2N 三相变压器是指线电压。2. 额定电流 I1N / I2N 指满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。 三相变压器是指线电流。,4.6.2 变压器的额定值,掌握,3. 额定功率(额定容量) SN, 输出的额定有功功率： PN = U2 I2N cos24. 额定频率 fN 一般： fN = 50Hz（工频）,4.6.2 变压器的额定值,掌握,接上交流电源,原边电流 i1等于励磁电流 i10,产生感应电动势,i10 产生磁通 （交变）,e,方向符合右螺旋法则,空载运行 ：原边接入电源，副边开路。,注意,4.6.3 变压器的变比和参数的测定,了解,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,K

8、为变比,根据交流铁心线圈的电磁关系分析可得：,4.6.3 变压器的变比和参数的测定,了解,有载运行 ：副边接入负载。,E1 U1,E2 U2,忽略线圈电阻和漏磁通的影响,所以，电压比为,4.6.3 变压器的变比和参数的测定,了解,4.6.3.2 变压器的参数测定（测出等效电路）,一、空载试验 测量: k、PFe、Zm,A,实验数据： U1N、I0、P0、U20。,4.6.3 变压器的变比和参数的测定,了解,3. 励磁电阻：,RmR1 + Rm,4. 励磁电抗:,5. 电压比:,1. 铁损耗: P0 = PFe + Pcu = RmI02 + R1I02 PFeP0,2. 励磁阻抗模：,|Z0

9、| Z1+Zm |,4.6.3 变压器的变比和参数的测定,了解,二、短路试验,实验方法： 逐渐增加 U1 ，使电流达到额定值：I1 = I1N,U1 =(5%10%)U1N,A,实验数据：US = U1、IS = I1N 、PS 。,4.6.3 变压器的变比和参数的测定,了解,2. 短路阻抗：,1. 铜损耗: PCu PFe + PCu = Ps,3. 短路电阻：,4. 短路电抗:,4.6.3 变压器的变比和参数的测定,了解,工作过程,参考方向的确定, 原边是电源的负载；, 副边是负载的电源；,4.6.4 变压器的工作原理,掌握,空载运行,注意：各量的参考方向。,+u1,+u2,施加 u1,

10、i0 N1 i0,1,e1e2,e1,u20,4.6.4 变压器的工作原理,掌握,1. 一次侧电路,u1 = R1i0e1e1,忽略Z1 ，则：,4.6.4 变压器的工作原理,掌握,2. 二次侧电路,u20 = e2,3. 一次侧与二次侧的电压关系:,= k,电压比：,一般取高压绕组的电压与低压绕组的电压之比，,电压比,即： k1。,4.6.4 变压器的工作原理,掌握,一、负载运行,+u2,施加：u1 i1 N1 i1,1,e1,e1e2,u2,i2,N2 i2,2,e2,4.6.5 变压器的电势平衡方程式,了解, 磁通守恒，磁链守恒; 从电磁关系分析:,N1i0 ,在满载或接近满载时，,I0

11、 可忽略不计。,4.6.5 变压器的电势平衡方程式,了解, 电动势平衡方程：,一次侧：,二次侧：,4.6.5 变压器的电势平衡方程式,了解,二、等效电路,R1 X1,X2 R2,4.6.5 变压器的电势平衡方程式,了解,(1) 等效条件：,N2I2 不变、P2 不变。 (2) 用一个匝数为 N1 的假想绕组代替 N2，使：,(3) 折算后的二次绕组电流：,N1I2 = N2I2,(4) 折算后的二次绕组电动势和电压：,匝数相同:,输出功率不变:,U2I2 = U2 I2,= k U2,(5) 折算后二次绕组的阻抗：,有功功率不变:,R2I22 = R2 I22,= k2 R2,无功功率不变:,

12、X2I22 = X2 I22,= k2 X2,同理:,Z2 = k2 Z2ZL = k2 ZL, 折算实质上是在二次绕组功率和磁通势保持不变的条件下，对绕组的电压、电流所进行的一种线性变换。,T 型等效电路：,X2 R2,ZL,所谓变压器的电压调整率是指空载时的副边电压U20与负载时的副边电压差 与额定副电压U2N之比值，,用百分数来表示，即,4.6.6 变压器的电压调整率,掌握,一般在5%以内,空载电压,满载电压,现象： 合闸瞬间有超过额定电流的冲击电流（大大超过正常的空载电流）原因： 铁芯的饱和现象和剩磁的存在。影响：使保护误动作，影响合闸,4.6.7 变压器空载合闸产生冲击电流,了解,1

13、.变压器的损耗和效率变压器的损耗：主要包括铁损耗和铜损耗，即铁损耗（固定损耗）：变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗。铜损耗（可变损耗）：电流通过变压器绕组时会产生损耗。效率：变压器的输出功率P2与输入功率P1之比，即 中、小型的电力变压器的效率在95%以上，大型电力变压器的效率可高达99%以上。,4.6.8 变压器的效率,了解,为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料叠合而成。,变压器的损耗包括两部分：,铜损 (PCU) ：绕组导线电阻所致。,磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热， 造成的损失。,涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。,4.6.8 变压器的效率,了解,联结组：联

14、结方式 + 联结组号。联结组号：表示高低压绕组相应线电动势之间相差。1. 联结组的表示方式(1) 单相电动势的相位关系,U1U2u1u2,相位关系:,4.6.9 变压器的联接组的判别,了解,(2) 三相变压器的联结组,时钟表示法：高压绕组的线电动势（任取一个）作分针，指向12点；低压绕组对应的线电动势作时针，它们所确定的钟点数即为联结组号。2. 联结组判断方法(1) 由联结图确定联结方式；(2) 在联结图上标出高、低压绕组的线电动势和相 电动势；(3) 画出高压绕组的电动势相量图。 星形联结时相电动势画成 Y 形，三角形联结时相电动势画成 形。,4.6.9 变压器的联接组的判别,了解,(4)

15、画出低压绕组的电动势相量图。,先画相电动势相量，再画线电动势相量。(5) 判断联结组号，写出联结组。 找出某个对应的高、低压绕组的线电动势的相位差，确定钟点数。 典型的联结组：Y,yn0、Y,d11、YN,d11。 三角形联结的两种方式：,顺接,逆接,4.6.9 变压器的联接组的判别,了解,例：判断按下图方式联结的三相变压器的联结组。,联结组号: Y,d1,4.6.9 变压器的联接组的判别,了解,绝缘： 主绝缘：绕组对地和绕组相间的绝缘，如一二次绕组间的绝缘、绕组与介质间的绝缘、绕组与铁心的绝缘，引线端子绝缘等。 纵绝缘：绕组匝间绝缘和段间绝缘。,冷却： 干式变压器：干式浇注、干式空气自冷 油

16、浸式变压器：自冷、风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷等,4.6.10 变压器的绝缘、冷却方式、允许温升,了解,温升：,假定：铁芯和各个绕组都是独立的发热单位。即认为铁芯的发热仅来源于铁芯损耗，各绕组的发热来源于各自的铜耗，它们相互间并没有热量交换。根据我国的气候情况，国家标准规定以+40作为周围环境空气的最高温度，并据此规定变压器各部分的容许温升,4.6.11 变压器的绝缘、冷却方式、允许温升,了解,本章结束,4.7 感应电动机,注册电气工程师考试电机部分之二,4.7.1.1 三相异步电机的基本结构,（1） 定子定子铁心定子绕组3) 机座和端盖,（2） 转子1) 转子铁心2) 转子绕组3)

17、转轴4) 风扇,4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,异步电动机内部结构图,4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,定子铁心、转子铁心：,由硅钢片叠成。,定子铁心,转子铁心,4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,定子绕组,对称三相绕组。,4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,绕线式：对称三相绕组。鼠笼式：对称多相绕组。,转子绕组,4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。,三相定子绕组：产生旋转磁场。,4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,1. 转动原理：,4.7.1

18、 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系,电动机转速:,异步电动机定子上有三相对称的交流绕组 ，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场,2 旋转磁场的产生,4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,A,Y,C,B,Z,异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极,()电流出,()电流入,X,三相对称绕组通入三相对称电流就形成旋转磁场。,旋转磁场的转速大小,极对数（P）的概念,4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,极对数（P）的改变,将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。,4.7.1 感应电

19、动机的原理、种类及主要结构,了解,极对数,4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,极对数和转速的关系,2. 转子旋转的方向,*转子与旋转磁场的转向相同。,正转,反转,怎样改变转子的转向?,n,n,总 结,对称三相绕组通入对称三相电流,旋转磁场(磁场能量),磁场线切割转子绕组,转子绕组中产生 e 和 i,转子绕组在磁场中受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载旋转起来,三相交流电能,感应,电磁转矩,输出机械能量,发电过程,电动过程,4.7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构,了解,一、转差率 的概念：,异步电机运行中:,转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：,4.7.2

20、感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路,掌握,二、等效电路,R1 jX1,jX2s R2,f1,f2,m1、 kw1N1 m2、 kw2N2,1. 频率折算,4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路,掌握, 频率归算的物理含义：,用一个静止的、电阻为 R2 /s 的等效转子去代替电阻为 R2 的实际旋转的转子，等效转子与实际转子具有同样的转子磁通势 F2 。,n0,n0,取决于电流的相位。,i2s 与 i2 的相位相同。, 频率归算后，定子的所有物理量不变， 定子传送到转子的功率也不变。,4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路,掌握,转子所产生的机械功率相对应

21、的等效电阻,总机械功率：,jX2 R2,f1,m1、 kw1N1 m2、 kw2N2,4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路,掌握,2. 绕组折算,用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转子绕组去等效代替实际的转子绕组。 等效代替：保证电磁效应和所有物理量保持不变。(1) 电动势的折算： 折算前：,E2 = 4.44 f1 kw2N2m,折算后：,E2 = E1 = 4.44 f1 kw1N1m,定、转子的电动势之比：,4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路,掌握,(2) 电流的折算：,折算前：,折算后：,= F2,E2 = E1 = ke E2,电流比：,4.7

22、.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路,掌握,(3) 阻抗的折算：,折算前：,折算后：,阻抗比：,= ke ki,Z2 = kZ Z2,R2 = kZ R2X2 = kZ X2,4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路,掌握,3. 等效电路及其简化,4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率及等效电路,掌握, 起动时:, 额定运行时:,n = 0，s = 1,sN = 0.01 0.09 知识点：p=1,2,3,n典型值, 理想空载时:,n = n0，s = 0, 正常运行时:,0nn0， 1s0,三、异步电动机典型的运行情况,4.7.2 感应电动机转矩、额定功率、转

23、差率及等效电路,掌握,一、功率平衡方程式 1. 输入功率P1 P1 = 3 U1I1cos1,2. 定子铜损耗 PCu1 PCu1 = m1R1I12 = 3R1I123. 铁损耗 PFe（转子铁损耗忽略不计） PFe = m1RmI02 = 3RmI02,4.7.3 功率转换过程与转矩,掌握,4. 电磁功率Pe,Pe = P1PCu1PFePe = m2 E2 I2cos2 = m1 E2 I2 cos2,5. 转子铜损耗 PCu2 PCu2 = m2 R2 I22 = m1 R2 I2 2 = s Pe,4.7.3 功率转换过程与转矩,掌握,8. 输出功率 P2 P2 = PmP0 = P

24、ePCu2P0 = P1PCu1PFePCu2P0,6. 总机械功率 Pm,Pm = PePCu2,= (1s ) Pe,7. 空载损耗 P0 P0 = Pme + Pad,P1,Pe,P2,Pm,机械损耗,附加损耗,4.7.3 功率转换过程与转矩,掌握,二、转矩平衡方程式,Pm = P2+ P0,T = T2 + T0,1. 电磁转矩 T,2. 空载转矩 T0,3. 输出转矩 T2,4.7.3 功率转换过程与转矩,掌握,4.7.4 感应电动机的三种运行状态,三相异步电机的四象限运行,电动机状态：n 与T 同方向 0nn0 1s0,发电机状态：n 与T 反方向 nn0 s0,制动状态： n 与

25、T 反方向 n0 s1,反向电动机状态,了解,4.7.5 感应电动机的运行特性,掌握,4.7.6 三相异步电动机的起动特性,电动机的起动指标： 起动转矩足够大。 起动电流不超过允许范围。异步机的实际起动情况： 起动电流大：Ist = sc IN = (5.57) IN 起动转矩小：Tst =stTN = (1.62.2) TN 不利影响：(1) 大电流使电网电压降低，影响自身及其他负载 工作。 (2) 频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。,掌握,一、笼型异步电动机的直接起动,1. 小容量的电动机（7.5kW）2. 电动机容量满足如下要求：,4.7.7 感应电动机常用起动方法,了解,二、笼型

26、异步电动机的减压起动,1. 定子串联电阻或 电抗减压起动：,R(L),Q1,Q2,FU,运行,起动,4.7.7 感应电动机常用起动方法,了解,适用于：正常运行为联结的电动机。Y型起动，型运行。,2. Y 减压起动：,Y型起动,型起动（型运行）,4.7.7 感应电动机常用起动方法,了解, Y型起动的起动电流为：,T U12 ，, Y型起动的起动转矩为：, Y 减压起动的特点： (1) 电源电压不变，改变定子绕组接法； (2) 减压比为:,4.7.7 感应电动机常用起动方法,了解,定子电流： kAIst,线路电流：,IstA= kA2Ist,3. 自耦变压器减压起动,UN,= kAUN,降压比为:

27、,U1,U1,定子电压：, 自耦变压器减压起动的起 动电流为：,IstA= kA2Ist,4.7.7 感应电动机常用起动方法,了解, 自耦变压器减压起动的特点：(1) 定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；(2) 降压比 KA 可调: U1 = ( 0.4、0.6、0.8) UN U1 = ( 0.55、0.64、0.73) UN, 自耦变压器减压起动的起动转矩为：,TstA = kA2 Tst,4.7.7 感应电动机常用起动方法,了解,4. 延边三角形减压起动,适用于：正常运行为联结的电动机。延边三角形起动，型运行。,4.7.7 感应电动机常用起动方法,了解,1. 分级起动过程,3(R22)

28、,2(R21),1(R2),(1)串联 Rst1和 Rst2 起动(特性3)： 总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2,(2) 合上 Q1 ，切除 Rst2 (特性2)： 总电阻 R21 = R2+ Rst1,(3) 合上 Q2 ，切除 Rst1 (特性1)： 总电阻: R2,三、绕线型异步机转子电路串电阻起动,4.7.7 感应电动机常用起动方法,了解,1. 改变磁极对数 p2. 改变转差率 s 3. 改变电源频率 f1(变频调速),调速方法：, 有级调速。,4.7.8 三相异步电动机的调速,了解,一、变极调速,1. 调速方向 YYY ()：n Y () YY ： n2. 调速范围

29、:,D = 2 4,4.7.8 三相异步电动机的调速,了解,二、变转差率调速（能耗转差调速）,1. 调压调速:,TL,(1) 调速方向: U1(UN),n,(2) 调速范围： D 较小。,4.7.8 三相异步电动机的调速,了解,2. 转子串电阻调速,(1) 调速方向:,n,(2) 调速范围：D 较小。,4.7.8 三相异步电动机的调速,了解,三、变频调速,U、f 可 变,整流电路,逆变电路,50 Hz,4.7.8 三相异步电动机的调速,了解,一、能耗制动1. 制动原理,n,+U,制动前： Q1 合上，Q2 断开，M 为电动状态。,制动时： Q1 断开，Q2 合上。M 为制动状态。,定子：,U,

30、I1,转子：,n,E2, I2,T,4.7.11 三相异步电动机的制动,了解,二、反接制动,1. 定子两相反接的反接制动,迅速停车,电动状态,制动状态,(1) 制动原理：,4.7.11 三相异步电动机的制动,了解,三、回馈制动,用于高速下放重物，,不用于迅速停车。,在调速过程中也会自动出现回馈制动现象。1. 下放重物时的回馈制动,反向电动,回馈制动,4.7.11 三相异步电动机的制动,了解,制动效果：,Rb,特性 2 斜率,下放速度, 为了避免危险的高速，一般不串联 Rb。,2. 减压调速与变极调速时的回馈制动,4.7.11 三相异步电动机的制动,了解,本 章 结 束,4.8 同步电机,注册电

31、气工程师考试电机部分之三,102,4.8.1 同步电机的结构和工作原理,在定子铁芯上开槽槽内放置导线，转子上装有磁极及励磁绕组。当励磁绕组通以直流电流时，电机内就会产生磁场，如果转动转子使磁场与定子导线之间有相对运动，就会在定子导线中感应出交流电势。,了解,103,同步电机做电动机：,三相定子绕组与电源接通，产生三相合成基波磁势，转速为同步速：同时转子直流励磁产生恒定主极磁场；两个磁场间有相互电磁力作用，使得电枢磁场拖着主极磁场同步转动，转子转速n=n1。,4.8.1 同步电机的结构和工作原理,了解,104,二、同步电机的额定值,一、额定值额定电压UN(V,kV)：指额定运行时定子输出端的线电

32、压。额定电流IN(A)：指额定运行时定子的线电流。额定功率因数cosN：额定运行时电机的功率因数。额定效率N：电机额定运行时的效率。,4.8.1 同步电机的结构和工作原理,了解,105,5、额定容量 SN：发电机指出线端额定视在功率，单位为VA，KVA，MVA；调相机为线端额定无功功率，单位为Var,kVar,MVar。 SN =3UNIN6、额定功率PN(W,kW,MW）：发电机指额定输出有功电功率：PN=SNcosN=3UNINcosN 电动机指轴上输出的额定机械功率： PN=SNcosNN=3UNINcosNN,4.8.1 同步电机的结构和工作原理,了解,106,7、额定频率：额定运行时

33、电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频率规定为50Hz。8、额定转速：额定运行时电机的转速，即同步转速。9、除上述额定值外，同步电机名牌上还常列出一些其它的运行数据，例如额定负载时的温升、励磁容量和励磁电压等。,4.8.1 同步电机的结构和工作原理,了解,107,三、国产同步电机型号 汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列， 前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，Q表示氢外冷，N表示氢内冷，S表示双水内冷。大型水轮发电机为TS系列，T表示同步，S表示水轮。同步电动机系列有TD、TDL等，TD表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步电动机；TDL表示立式同步

34、电动机。同步补偿机为TT系列。 举例：QFS-300-2 ：容量300MW双水内冷2极汽轮发电机。TSS1264/160-48：双水内冷水轮发电机，定子外径为1264厘米，铁心长为160厘米，极数为48。,4.8.1 同步电机的结构和工作原理,了解,108,一、励磁方式分类获得励磁电流的方法称为励磁方式。 目前采用的励磁方式分为两大类：用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。,4.8.2 同步电机的励磁方式,了解,109,二、 直流励磁机励磁直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励、他励或永磁励磁方式。采用他励接法时，励磁机的励磁电

35、流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。,4.8.2 同步电机的励磁方式,了解,110,三、 静止整流器励磁： 同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。与传统直流系统的区别：变直流励磁机为交流主磁机，解决了换向器火花问题。,4.8.2 同步电机的励磁方式,了解,111,四、 旋转整流器励磁： 静止整流器的直流输出必须经电刷和集电环输

36、送到旋转的励磁绕组，对大容量的同步发电机其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。,4.8.2 同步电机的励磁方式,了解,112,一、负载后磁势分析,空载时，同步电机中只有一个n1旋转的励磁磁势Ff，它在电枢绕组中感应出三相对称交流电势(励磁电动势E0)。电枢绕组接

37、三相对称负载后，电枢绕组和负载一起构成闭合通路，通路中流过的是三相对称的交流电流，三相对称电流流过三相对称绕组时将会产生一个以n1旋转的旋转磁势Fa，与主极旋转磁场Ff“同步”。,电枢磁势,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,113,结论：,随轴同转的转子磁势Ff (称为机械旋转磁势)；电枢旋转磁势Fa(称为电气旋转磁势)。转速均为同步速n1，而且转向一致，二者在空间处于相对静止状态，可以用矢量加法将其合成为一个合成磁势F。因此，气隙中的磁场由主极磁场与电枢磁场二者合成。气隙磁场可以看成是由合成磁势F在电机的气隙中建立起来的磁场。也是以同步转速n1旋转的旋转磁场。,4.8.3 同步电机的电枢

38、反应,了解,114,励磁磁势和电枢磁势的区别,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,115,电枢反应定义：空载时Ff1 Fa F改变E、U改变。实践证明，当对称三相负载性质不同时(如感性、容性或电阻性)，发电机端压变化规律也不同。原因：电枢磁场对主极磁场的影响不同。同步发电机对称负载时，电枢磁势Fa对励磁磁势Ff影响，气隙磁场的大小和位置发生变化，这一现象称为电枢反应。,二、电枢反应,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,116,三个角,四个轴,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,117,2、时-空矢量图,Ff1及0在d轴上，E0在q轴上,Fa与I重合。将Fa分解：,幅值：Fad=Fasin

39、 直轴分量 Faq=Facos 交轴分量,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,118,3、电枢反应的性质 (1)=0 E0、I同相,Ff1超前Fa90，二者正交，Ff1作用在直轴上；而Fa作用在交轴上，这种作用在交轴上的电枢反应称为交轴电枢反应，简称交磁作用。,Fa,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,119,(2)=90 E0超前I 90 Fa滞后Ff1180二者反相，Ff1和Fa一同作用在直轴上，方向相反，电枢反应为纯去磁作用，合成磁势的幅值减小，这一电枢反应称为直轴去磁电枢反应。,Fa,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,120,(3)=180 E0超前I 180，反相,Fa作用在

40、交轴上，与相轴正方向反向180，为交轴电枢反应。,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,121,(3) =-90 I超前E0 90 Fa和Ff1与之间的夹角为0，即二者同相，一同作用在直轴上，电枢反应为纯助磁作用，合成磁势的幅值增大，这一电枢反应称为直轴助磁电枢反应。,Fa,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,122,（4）一般情况=(090) 滞后0一个锐角,Fa和Ff1与之间的夹角90为分析电枢反应，将Fa分解：,电流产生磁动势，把电枢电流分解为两个分量：,对应磁动势Fad和Faq,123,当角为不同值的电枢反应,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,124,总结：,同步电机的运行方式可

41、以由来判断：作发电机： -/2/2作电动机：/23/2电枢反应改变了定转子磁动势之间夹角，该夹角大小决定了能量传递的方向。,4.8.3 同步电机的电枢反应,了解,电枢反应电抗Xa：大小与电枢反应磁通 所经过磁路的磁阻成反比,直轴磁路,交轴磁路,直轴磁路：磁阻小， Xa较大,交轴磁路：磁阻大， Xa较小,4.8.4 电枢反应电抗和同步电抗,了解,4.8.4 电枢反应电抗和同步电抗,了解,直轴电枢磁势Fad引起定子相绕组中直轴电枢反应电动势Ead；所对应的电枢电抗称为直轴电枢反应电抗Xad；交轴电枢磁势Faq引起定子相绕组中交轴电枢反应电动势Eaq；所对应的电枢电抗称为交轴电枢反应电抗Xaq；,4

42、.8.4 电枢反应电抗和同步电抗,了解,Xd=Xad+X 直轴同步电抗 Xq=Xaq+X 交轴同步电抗,128,单机供电的缺点：不能保证供电质量(电压和频率的稳定性)和可靠性(发生故障就得停电)；无法实现供电的灵活性和经济性。这些缺点可通过多机并联来改善。通过并联可将几台电机或几个电站并成一个电网。现代发电厂都是把几台同步发电机并联起来接在共同的汇流排上，一个地区总有多个发电厂并联起来组成一个强大的电力系统(电网)。现代发电厂都是联成大电力系统。,4.8.5 同步发电机并入电网的条件与方法,了解,129,电网供电优点：,提高了供电可靠性。一台电机故障或检修不会引起停电事故。提高了供电的经济性和

43、灵活性。若水电厂与火电厂并联，在枯水期和旺水期两种电厂可以调配发电，旺水期水电多发电，枯水期火电多发电；用电高峰期和低谷期可灵活决定投入电网的发电机数量，提高发电效率和供电灵活性。提高了供电质量。电网容量大(相对于单台发电机或个别负载可视为无穷大)，单台发电机投入与停机、个别负载变化对电网影响甚微，衡量供电质量的电压和频率可视为恒定不变的常数。同步发电机并联到电网后其电压、频率和电网一致不能单独变化。,4.8.5 同步发电机并入电网的条件与方法,了解,130,一、并联条件：1、定义：把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联(并列、并车、整步)。并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏（电磁冲击、机械冲击），电网遭受干扰。,两台同步发电机并联运行：是电力系统中若干台发电机并联后的“等效”发电机；是待并联的发电机。,4.8.5 同步发电机并入电网的条件与方法,了解,131,2、五个条件：,波形相同正弦波频率相同f接近幅值相同；相位相同接近相序相同严格条件,若以上条件中的任何一个不满足则在开关两端会出现差额电压，如果闭合开关，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。 上述条件中相序一致是绝对条件，其它条件是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。,4.8.5 同步发电机并入电网的条件与方法,了解,