船舶電氣同步電機(jī)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1船舶電氣同步電機(jī)船舶電氣同步電機(jī)本節(jié)的主要內(nèi)容有兩部分l基本結(jié)構(gòu)： 主要點(diǎn)：類型與轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)（同步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與異步機(jī)相似）。l銘牌數(shù)據(jù)： 主要點(diǎn)：額定容量表示（兩種），額定電壓和額定電流。第1頁/共37頁一、同步電機(jī)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)：由鐵心和繞組組成，與異步電機(jī)定子基本相同。 相同機(jī)座號時，若與異步機(jī)互換定子，則仍然可以運(yùn)行。 區(qū)別：主要是尺寸方面，同步電機(jī)通常容量較大，而異步機(jī)的容量相對較小。因此，從表面上看同步機(jī)機(jī)殼無散熱片，異步機(jī)則有 接線：發(fā)電機(jī)定子繞組通常采用Y 形連接，減小三次諧波影響。 定子結(jié)構(gòu)：第2頁/共37頁 三次諧波：由于三相繞組的每個線圈邊產(chǎn)生的磁勢為矩形波，可分解

2、成基波和一系列奇次諧波。通過合理選擇短距繞組,可削弱5、7次諧波。 三相繞組的3次諧波剛好同相位，可以通過Y形和連接削弱。諧波內(nèi)容不做要求 三次諧波解釋連接時，雖然無3次諧波電勢輸出，但是，卻在其三相繞組上有3次諧波 “環(huán)流”，會造成額外損耗。采用Y連接。磁勢矩形波三相繞組的三次諧波剛好同相位第3頁/共37頁 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)隱極式轉(zhuǎn)子大型機(jī)的轉(zhuǎn)子支架轉(zhuǎn)子鐵心硅鋼片轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)一對極隱極式兩對極凸極式轉(zhuǎn)子：有凸極式和隱極式兩種。轉(zhuǎn)子繞組是直流繞組。第4頁/共37頁二、同步發(fā)電機(jī)的基本類型 類型與勵磁方式l 類型：同步發(fā)電機(jī)有轉(zhuǎn)樞式和轉(zhuǎn)極式兩種。同步發(fā)電機(jī)主要采用轉(zhuǎn)極式，磁極在轉(zhuǎn)子時，通過滑環(huán)引導(dǎo)的電

3、流較小。l 自勵：凡以發(fā)電機(jī)本身的電樞繞組或輔助繞組為勵磁電源的勵磁方式稱為自勵。l 他勵：凡設(shè)有專用勵磁電源的稱為他勵。即，采用勵磁機(jī)進(jìn)行勵磁的就是他勵。無刷同步發(fā)電機(jī)是他勵的一種形式。第5頁/共37頁 無刷同步發(fā)電機(jī)是將這兩種形式的兩臺電機(jī)同時安裝在同一根軸上，是兩臺電機(jī)的組合。 船上不采用直流勵磁機(jī)進(jìn)行勵磁。無刷勵磁也是靠剩磁起壓的。 無刷同步發(fā)電機(jī)實(shí)際上是兩臺機(jī)同軸工作。定子：1和2，轉(zhuǎn)子：3和4；主發(fā)電機(jī)：2和4，勵磁發(fā)電機(jī)：1和3。 說明P.46的圖4-1-4就是P.199的圖12-2-2。第6頁/共37頁三、同步發(fā)電機(jī)的基本數(shù)據(jù) 銘牌數(shù)據(jù)： 主要銘牌數(shù)據(jù)有： 額定容量、額定電壓、

4、額定頻率、額定功率因數(shù)、定子繞組連接、絕緣等級、冷卻方式等。 注意： 額定容量、額定電壓、額定功率因數(shù)和額定電流可能只標(biāo)出三個（第四個參數(shù)可以求出）。 工作原理簡介： 外部直流電源通過滑環(huán)向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁電流，并產(chǎn)生磁場；原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁極磁場切割三相定子繞組，感應(yīng)三相交流電。第一節(jié)要點(diǎn)：結(jié)構(gòu)、原理、類型、額定參數(shù)。第7頁/共37頁 本節(jié)的主要內(nèi)容有三大部分：l 空載特性： 主要點(diǎn)：掌握空載特性的實(shí)質(zhì)，分析工作過程知道空載電勢的計算式。l 電樞反應(yīng)： 主要點(diǎn)：分析負(fù)載后，負(fù)載大小和性質(zhì)不同時，電樞磁場對氣隙磁場的影響。l 外特性和調(diào)節(jié)特性： 主要點(diǎn)：知道特性的形狀和隨負(fù)載的變化情況

5、。第8頁/共37頁一、空載特性電勢計算式： 由工作過程分析知道同步發(fā)電機(jī)空載電勢E0：書P.47 式（4-2-2） E0 = 4.44kfN0 空載特性： 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。 E00B ，IfH；空載特性的實(shí)質(zhì)就是磁化曲線。第9頁/共37頁空載特性實(shí)驗(yàn)： 按如圖所示接線，起動原動機(jī)拖動同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將勵磁回路電阻Rf調(diào)至最大，合上勵磁回路電源開關(guān)。觀察電流表A和電壓表V的數(shù)值并記錄。 空載特性實(shí)驗(yàn)注意：只能單方向調(diào)節(jié)電阻。方法： 逐步將Rf調(diào)小，使電流逐步增大，記錄數(shù)據(jù)。然后逐步將Rf調(diào)大再記錄數(shù)據(jù)。第10頁/共37頁二、電樞反應(yīng) 定義：負(fù)載時

6、由三相電樞繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場稱為電樞反應(yīng)磁場。電樞反應(yīng)磁場對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。 電樞電流影響電樞反應(yīng)的性質(zhì)：電樞電流與空載電勢的關(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。 交軸反應(yīng)（同相位） 直軸去磁（滯后） 直軸去磁（超前）一般情況感性滯后的電流第11頁/共37頁三、外特性和調(diào)節(jié)特性 外特性：同步發(fā)電機(jī)外特性與變壓器相似，但電壓變化率計算式P.49.式(4-2-5)與P.17.式(2-3-3) 不同。 注意：P.50思考題(4-2-4) 。思考題(4-2-4)：同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率的大小、正負(fù)與發(fā)電機(jī)所帶的負(fù)載的大小和性質(zhì)有關(guān)。因?yàn)?/p>

7、負(fù)載大小影響了電樞反應(yīng)作用的大小，負(fù)載性質(zhì)決定了電樞反應(yīng)的去磁、增磁性質(zhì)。若電樞反應(yīng)去磁，電壓變化率為正；若電樞反應(yīng)增磁，則電壓變化率為負(fù)。此時，外特性為上翹的特性。電樞反應(yīng)越強(qiáng)，電壓變化率的值就越大（反之亦然）。第12頁/共37頁 特性：為了保持電壓不變，在功率因數(shù)一定時，勵磁電流應(yīng)隨電樞電流進(jìn)行變化調(diào)節(jié)的曲線。 不同的功率因數(shù)，電樞反應(yīng)大小不一樣，性質(zhì)可能也可能不同。第二節(jié)要點(diǎn)：空載特性實(shí)質(zhì)；電樞反應(yīng)3種；外特性與u；調(diào)節(jié)特性。 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性曲線電樞反應(yīng)去磁，則勵磁電流應(yīng)增加，反之則減小。第13頁/共37頁 本節(jié)的主要內(nèi)容有三部分：l 電壓方程及相量圖： 主要掌握：電樞電路的等效、相量

8、圖和重要參數(shù) 同步電抗和功率角、功率因數(shù)角、內(nèi)功率因數(shù)角等概念。l 轉(zhuǎn)矩和功率的平衡： 主要理清能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。l 獨(dú)立運(yùn)行特點(diǎn)： 獨(dú)立運(yùn)行特點(diǎn)單獨(dú)作為一點(diǎn)討論，目的是要求給予重視，與后續(xù)特點(diǎn)進(jìn)行比較。第14頁/共37頁同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時與電樞繞組交鏈的磁通有3個： 勵磁磁通、電樞電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通和漏磁通。 3個磁通都在電樞繞組感應(yīng)電勢分別為：空載電勢、電樞反應(yīng)電勢和漏磁電勢。 忽略磁路飽和，引入?yún)?shù)：電樞反應(yīng)電抗。 同步電抗Xs = Xa + X ，注意：Xs XaX 。忽略電樞電阻用電抗表示ea電樞繞組電路一、電壓方程及相量圖第15頁/共37頁 電勢公式 電勢公式可應(yīng)用三角計算公式從

9、相量圖得到：三角形構(gòu)成以E0為斜邊以U相量及其延長線為一條直角邊，構(gòu)造一個直角三角形。與電流 I 有關(guān)相量變換（投影）到直角邊都與功率因數(shù)角有關(guān)。電壓平衡方程：I)jX(RUIjXIjXRIUESaaa000220)sincos()sincos( IRIXIXIRUEaSSa電勢公式： P.51.式（4-6-3），忽略電樞電阻后：220)cos()sin( IXIXUESS第16頁/共37頁 相量圖根據(jù)電壓平衡方程可畫出相量圖。負(fù)載分別為：感性、阻性和容性時：感性負(fù)載忽略電樞電阻電阻性負(fù)載容性負(fù)載第17頁/共37頁二、轉(zhuǎn)矩和功率的平衡 功率平衡： 功率平衡關(guān)系就是能量平衡關(guān)系。 P.52式(4

10、-3-8)：Pin=Pe+P0，應(yīng)寫成：P1=Pe+P0 其中，電磁功率：Pe= 3 E0 I cos，內(nèi)功率因數(shù)角 ；空載損耗P0(主要是機(jī)械損耗)。 轉(zhuǎn)矩平衡： 公式：P.52 式(4-3-10)：T= 3E0 I cos/。第18頁/共37頁同步發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行有3個特點(diǎn)： 1.有功功率和無功功率完全由負(fù)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(fù)載變化將引起頻率（有功）或電壓（無功）的相應(yīng)變化。第三節(jié)要點(diǎn)：電壓方程及相量圖；轉(zhuǎn)矩；獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn) 。 發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)注意：將獨(dú)立運(yùn)行特點(diǎn)與后面的并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)相比較。第19頁/共37頁 本節(jié)的主要內(nèi)容有兩部分：l 與無窮

11、大電網(wǎng)并聯(lián) ： 主要掌握：并聯(lián)運(yùn)行概念、有功功率和無功功率的計算與調(diào)節(jié)、功角特性矩角特性等概念和并聯(lián)特點(diǎn)。l 同容量發(fā)電機(jī)并聯(lián) ： 主要掌握：特點(diǎn)。第20頁/共37頁一、與無窮大電網(wǎng)并聯(lián) 無窮大電網(wǎng)：電網(wǎng)與單機(jī)容量比非常大，U、f不受單機(jī)調(diào)節(jié)影響。 并聯(lián)運(yùn)行：是指兩臺以上發(fā)電機(jī)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）、一個（相序）一致。 有功功率的調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的油門，轉(zhuǎn)子瞬時加速，功角瞬時增大，輸出有功功率增加，電磁轉(zhuǎn)矩增大達(dá)到轉(zhuǎn)矩平衡（轉(zhuǎn)速恒定）。 180失步。 注意：功角的概念。第21頁/共37頁 功角及功角特性 功角：是發(fā)電機(jī)磁極磁場與氣隙合成磁場之間的

12、空間角度，也正好等于電勢E0與電壓U之間的相位角。 I cos=E0sin/ Xs，Pe=3U I cos， Pe=3UE0sin/ Xs ，即： 功角特性。凸極機(jī)直交軸方向氣隙不均勻.多一個“反應(yīng)轉(zhuǎn)矩”。 矩角特性：與功角特性相似。書P.53 式（4-4-2）。第22頁/共37頁 無功功率的調(diào)節(jié) 與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)時，發(fā)電機(jī)電壓不變。若保持油門不變，則輸出電磁功率Pe =3U I cos，即I cos等于常數(shù)。此時，如果調(diào)節(jié)勵磁電流 I f ，勵磁磁通0 和空載電勢E0將發(fā)生變化。 由圖可見，調(diào)節(jié)勵磁電流 I f ，空載電勢E0發(fā)生變化，功率因數(shù)角也隨之發(fā)生變化，輸出無功功率發(fā)生變化。 勵磁電

13、流?。ㄇ穭睿r， E0小，0 ，輸出無功為容性無功；勵磁電流增大， E0也增大，當(dāng)=0 時，輸出無功為零；繼續(xù)增大勵磁電流， E0進(jìn)一步增大，0 ，輸出無功為感性無功。第23頁/共37頁 1. 調(diào)節(jié)油門，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率大小； 2. 調(diào)節(jié)勵磁電流，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的無功功率大?。?3. 調(diào)節(jié)一臺發(fā)電機(jī)的油門或者勵磁電流，電網(wǎng)的頻率和電壓不會發(fā)生變化。 結(jié)論輸出感性無功等于消耗容性無功；輸出容性無功等于消耗感性無功。 通過附圖可以理解。未接電容之前消耗感性，電容輸出容性無功后，整個電路不消耗無功功率。第24頁/共37頁二、同容量同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)： 1. 各并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)

14、輸出的總有功功率和無功功率分別等于負(fù)載的有功功率和無功功率。P=P1+P2；Q=Q1+Q2。 2. 單獨(dú)調(diào)節(jié)一臺發(fā)電機(jī)的油門（輸入功率），負(fù)載不變時，電網(wǎng)的頻率將發(fā)生變化。 3. 單獨(dú)調(diào)節(jié)一臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流，負(fù)載不變時，電網(wǎng)的電壓將發(fā)生變化。 理解：一臺油門增加，負(fù)載不變，另一臺輸出有功減少，電網(wǎng)總輸入增加、有功輸出不變，頻率增加。（無功同理）第四節(jié)要點(diǎn)：理想合閘條件；功角特性；并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)（無窮大，同容量）。 第25頁/共37頁 本節(jié)內(nèi)容主要知道： 1. 知道突然短路的危害、突然短路時同步電抗的大小變化，了解突然短路的過程； 2. 振蕩的種類和危害。第26頁/共37頁 突然短路時，電樞電流

15、將增大，氣隙磁通將增加，與磁通交鏈的繞組將感應(yīng)電勢產(chǎn)生電流和磁勢阻止短路電流產(chǎn)生的磁通的增加，迫使該磁通以氣隙為磁路。因此磁路的磁阻很大，相當(dāng)于此時的同步電抗很小。隨著阻礙磁通變化的繞組電流的衰減，短路磁通逐步恢復(fù)原來的磁路，同步電抗也才逐步增大到原來的數(shù)值。 超瞬變電抗、瞬變電抗、正常的同步電抗。 注意：X Xd Xd Xs。 Xd = X+ Xad 一、三相突然短路第27頁/共37頁二、并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的振蕩種類：并聯(lián)運(yùn)行時的振蕩有，1.自由振蕩；2.強(qiáng)迫振蕩。危害：嚴(yán)重時會損壞設(shè)備。自由振蕩： 只有并聯(lián)運(yùn)行時才有，單機(jī)運(yùn)行時沒有。 調(diào)節(jié)或者負(fù)載變化使機(jī)械轉(zhuǎn)矩（輸入）和電磁轉(zhuǎn)矩（輸出）失去平

16、衡，發(fā)電機(jī)n將發(fā)生變化。而轉(zhuǎn)子慣性會出現(xiàn)以振蕩。 一般是衰減振蕩，問題不大。強(qiáng)迫振蕩： 單機(jī)和并聯(lián)運(yùn)行時都有。 活塞式原動機(jī)（四個沖程中既有做功沖程，也有不做功沖程）造成的振蕩。 一般在設(shè)計時已經(jīng)避開臨界轉(zhuǎn)速。解決辦法：發(fā)現(xiàn)長時間振蕩可通過適當(dāng)改變頻率使振蕩衰減。第五節(jié)要點(diǎn)：突然短路（各電抗大小及關(guān)系）；振蕩（種類，危害）。 第28頁/共37頁 本節(jié)的主要內(nèi)容有兩部分：l 轉(zhuǎn)動原理與起動： 主要點(diǎn)：同步電動機(jī)如何轉(zhuǎn)動、怎樣轉(zhuǎn)動。l 電動機(jī)的電流： 主要點(diǎn)：影響同步電動機(jī)電樞電流的因素。同步電動機(jī)的內(nèi)容不是重點(diǎn)，主要要求了解基本點(diǎn)。第29頁/共37頁一、轉(zhuǎn)動原理與起動 轉(zhuǎn)動原理： 由并聯(lián)運(yùn)行同步

17、發(fā)電機(jī)的功角特性可知：當(dāng)同步發(fā)電機(jī)處于空載狀態(tài)并聯(lián)在電網(wǎng)時，若將原動機(jī)通過離合器脫開，此時轉(zhuǎn)子在機(jī)械阻轉(zhuǎn)矩的作用下將減速，電機(jī)的功角0 ，輸出的有功功率為負(fù)值，即表示從電網(wǎng)吸收有功功率。也就是說：同步發(fā)電機(jī)就變成了同步電動機(jī)。 結(jié)論：功角0 ，輸出P 0 ，即輸入P，變成同步電動機(jī)。 轉(zhuǎn)速仍然是同步轉(zhuǎn)速。第30頁/共37頁 同步電動機(jī)的起動 分析：若直接將靜止不動的同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵磁，而在定子三相電樞繞組通入三相交流電，在氣隙中將有勵磁磁場（恒定不變）和電樞磁場（旋轉(zhuǎn)）同時存在，當(dāng)電樞磁場超前勵磁磁場時，將拖動勵磁磁場轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)子存在著慣性，而電樞磁場轉(zhuǎn)速又很快，在180內(nèi)電樞磁場不能及

18、時將轉(zhuǎn)子拉入同步，而超過180后，電樞磁場與勵磁磁場的相互作用力變成斥力，于是在一個周期內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為零。因此，同步電動機(jī)不能直接起動。 起動方法：主要有間接起動和異步起動。第31頁/共37頁 間接起動和異步起動 間接起動：通過其它機(jī)械（原動機(jī)）將同步電動機(jī)起動至額定轉(zhuǎn)速，然后定子電樞繞組接三相交流電，轉(zhuǎn)子勵磁繞組通入勵磁電流，通過機(jī)械離合器脫開原動機(jī)并帶上機(jī)械負(fù)載，同步電動機(jī)進(jìn)入正常的電動運(yùn)行狀態(tài)工作。 異步起動：依靠同步電動機(jī)磁極上的起動繞組（類似鼠籠繞組）起動。起動時，將轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)一個510倍勵磁繞組電阻值的電阻，定子接入三相交流電，起動繞組以異步機(jī)的原理起動，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，勵磁繞組通過轉(zhuǎn)換開關(guān)斷開串聯(lián)的電阻，接入正常勵磁電流，此時由于電樞磁場與勵磁磁場的相對轉(zhuǎn)速很小，轉(zhuǎn)子在電樞磁場的作用下將被拉入同步。拉入同步后的電動機(jī)就可帶動機(jī)械負(fù)載正常工作。第32頁/共37頁 異步法起動時注意：勵磁繞組既不能開路也不能短路，而應(yīng)在轉(zhuǎn)子繞組回路中串聯(lián)一個510倍勵磁繞組電阻值的電阻。 這是因?yàn)椋河捎趧畲爬@組的匝數(shù)很多，起動時，若開路則會感應(yīng)出很高的電壓，造成設(shè)備損壞等后果。而若直