電機(jī)學(xué)－同步電機(jī)基本知識和結(jié)構(gòu)講義

1、電機(jī)學(xué)同步電機(jī)基本知識和結(jié)構(gòu)講義同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-1 概述概述什么是同步電機(jī)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與電動勢頻率與電動勢頻率f之間保持之間保持嚴(yán)格不變的關(guān)系。嚴(yán)格不變的關(guān)系。對同步發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電動勢頻率對同步發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電動勢頻率f對同步電動機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足對同步電動機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足 )(60Hzpnf min)/(60rpfn 同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-1 概述概述同步電機(jī)的運(yùn)行方式同步電機(jī)的運(yùn)行方式作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能汽輪發(fā)電機(jī)原動機(jī)為

2、汽輪機(jī)水輪發(fā)電機(jī)原動機(jī)為水輪機(jī)其它原動機(jī)帶動的發(fā)電機(jī)柴油發(fā)電機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)等作為電動機(jī)運(yùn)行把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能作為調(diào)相機(jī)運(yùn)行向電網(wǎng)發(fā)送無功功率同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-2 同步電機(jī)的基本工作原理同步電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)基本構(gòu)成：定子、轉(zhuǎn)子、氣隙、勵磁繞組、電樞繞組?；緲?gòu)成：定子、轉(zhuǎn)子、氣隙、勵磁繞組、電樞繞組。NSAZBXCY1n.NSAZBXCY1n.橫截面圖橫截面圖 凸極式凸極式 隱極式隱極式 同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-2 同步電機(jī)的基本工作原理同步電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，用一原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)

3、作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，用一原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通入直流電，子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子勵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)出交流電動勢。設(shè)氣隙磁密按正弦感應(yīng)出交流電動勢。設(shè)氣隙磁密按正弦分布，則在定子三相繞組里感應(yīng)出正弦分布，則在定子三相繞組里感應(yīng)出正弦變化的三相電動勢，交流電動勢的頻率變化的三相電動勢，交流電動勢的頻率取決于電機(jī)的極對數(shù)取決于電機(jī)的極對數(shù) p 和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(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，若電機(jī)為一對極，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢變化一

4、個周波。導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢變化一個周波。 NSAZBXCY1n.同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-2 同步電機(jī)的基本工作原理同步電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)NSAZBXCY1n.考察電樞導(dǎo)體考察電樞導(dǎo)體 A A 的感應(yīng)電動勢。的感應(yīng)電動勢。e = B l v e = B l v ，右手定則。導(dǎo)體相，右手定則。導(dǎo)體相對于磁場的運(yùn)動方向。對于磁場的運(yùn)動方向。NSAZBXCY1n.e = E max e = E max 電樞導(dǎo)體電樞導(dǎo)體 A A 處徑向磁密等于處徑向磁密等于0 0 e = 0 e = 0同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-2 同步電機(jī)的基本工

5、作原理同步電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)NSAZBXCY1n.NSAZBXCY1n.e = e = E max E max 電樞導(dǎo)體電樞導(dǎo)體 A A 處徑向磁密等于處徑向磁密等于0 0 e = 0 e = 0同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-2 同步電機(jī)的基本工作原理同步電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)若為若為 p 對極，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，導(dǎo)體感應(yīng)電動勢變化對極，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，導(dǎo)體感應(yīng)電動勢變化 p 個周個周波。設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn)波。設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn) n 轉(zhuǎn)，則對轉(zhuǎn)，則對 p對對極電機(jī)，導(dǎo)體感應(yīng)電動極電機(jī)，導(dǎo)體感應(yīng)電動勢每分鐘變化勢每分鐘變化 pn 個周波，每

6、秒鐘變化個周波，每秒鐘變化 pn/60 個周波，這就是電個周波，這就是電動勢的頻率。動勢的頻率。 )(60Hzpnf 注：我國電力系統(tǒng)，規(guī)定交流電的頻率為注：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，因此極對數(shù)和轉(zhuǎn)速有如下固定關(guān)系轉(zhuǎn)速有如下固定關(guān)系min)/(30005060rppn同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-2 同步電機(jī)的基本工作原理同步電機(jī)的基本工作原理同步電動機(jī)同步電動機(jī)如果同步電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行，則必須在定子三相繞組上加上三如果同步電機(jī)作為電動機(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，會在電機(jī)里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)相交流電壓，三

7、相交流電流流過定子繞組，會在電機(jī)里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)勵磁繞組加上直流勵磁電流時，轉(zhuǎn)子好象是一個磁鐵，磁場，當(dāng)勵磁繞組加上直流勵磁電流時，轉(zhuǎn)子好象是一個磁鐵，于是旋轉(zhuǎn)磁場帶動這個磁鐵，按旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從于是旋轉(zhuǎn)磁場帶動這個磁鐵，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。這時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的目的。這時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 為為 “同步同步”的概念的概念min)/(60rpfn 同步電機(jī)無論作為發(fā)電機(jī)還是電動機(jī)運(yùn)行，當(dāng)極數(shù)一定時，它同步電機(jī)無論作為發(fā)電機(jī)還是電動機(jī)運(yùn)行，當(dāng)極數(shù)一定時，它的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速 n 和頻率和頻率 f 之間保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，用電機(jī)專業(yè)術(shù)

8、語之間保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，用電機(jī)專業(yè)術(shù)語說，叫做說，叫做“同步同步”，所以這種電機(jī)叫同步電機(jī)，所以這種電機(jī)叫同步電機(jī) 。同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-3 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(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)軸作成一個整體，為隱極式轉(zhuǎn)子。成，并且和轉(zhuǎn)軸作成一個整體，為隱極式轉(zhuǎn)子。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。定子定子特點(diǎn)：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。特點(diǎn)：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。作用：感應(yīng)

9、電勢，通過電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。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)座機(jī)座固定定子鐵心。固定定子鐵心。水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)軸短粗，為凸極式轉(zhuǎn)子。特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)軸短粗，為凸極式轉(zhuǎn)子。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。定子定子特點(diǎn)：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。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。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)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-4 同步電機(jī)的勵磁方式同步電機(jī)的勵磁方式 同步電機(jī)工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場

10、。同步電機(jī)工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。提供直流的電源及附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方提供直流的電源及附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。法稱為勵磁方式。 勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的關(guān)系，可分為他勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的關(guān)系，可分為他勵式勵式(separately excited)和自勵式和自勵式(self-excited)兩類。兩類。 同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-4 同步電機(jī)的勵磁方式同步電機(jī)的勵磁方式 同步電機(jī)工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。同步電機(jī)工作時必須供給勵

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

12、勵磁系統(tǒng)直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) ALGVKfifIfR同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-4 同步電機(jī)的勵磁方式同步電機(jī)的勵磁方式 2他勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)他勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)GGG87391052416同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-4 同步電機(jī)的勵磁方式同步電機(jī)的勵磁方式 3旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)GGGS自動勵磁調(diào)節(jié)器372651電壓互感器電流互感器84同軸旋轉(zhuǎn)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-4 同步電機(jī)的勵磁方式同步電機(jī)的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)1自并勵半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)自并勵半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)3GS1

13、5243ABC0同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-4 同步電機(jī)的勵磁方式同步電機(jī)的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)1自并勵半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)自并勵半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)3GS15243ABC0同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-4 同步電機(jī)的勵磁方式同步電機(jī)的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)2自復(fù)勵半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)自復(fù)勵半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)GS17264ABC053同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-4 同步電機(jī)的勵磁方式同步電機(jī)的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)3相復(fù)勵勵磁系統(tǒng)相復(fù)勵勵磁系統(tǒng) 1ABC023456I相復(fù)勵

14、勵磁系統(tǒng)的全稱是相位補(bǔ)償復(fù)勵式勵磁系統(tǒng)，它具有自勵恒壓特性。所謂恒壓特性，就是這種勵磁系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁，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起勵裝置 同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-4 同步電機(jī)的勵磁方式同步電機(jī)的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)4三次諧波勵磁系統(tǒng)三次諧波勵磁系統(tǒng)313y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)生的三次諧波電動勢引出，經(jīng)整流后供給電機(jī)勵磁繞組，這種方式稱為三次諧波勵磁方式。 同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-4 同步電機(jī)的勵磁方式同步電機(jī)的勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)4三次諧波勵磁系統(tǒng)三次諧波勵磁系統(tǒng)ABC06541231發(fā)電機(jī) 2勵磁繞組 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)的基本知識和結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識和結(jié)構(gòu)7-5 同步電機(jī)的額定值同步電機(jī)的額定值額定電壓額定電壓UN 指在額定運(yùn)行時電機(jī)定子三相線電壓，單位為伏指在額定運(yùn)行時電機(jī)定子三相線電壓，單位為伏( (V) )或千伏或千伏( (kV) )。額定電流額定電流IN 指電機(jī)在額定運(yùn)行時流過定子繞