第六章同步電機

1、第六章 同步電機6.1 6.1 同步電機概述同步電機概述6.2 6.2 同步電機的主要結(jié)構(gòu)及基本工作原理同步電機的主要結(jié)構(gòu)及基本工作原理6.3 6.3 空載和負載時同步發(fā)電機的磁場空載和負載時同步發(fā)電機的磁場6.4 6.4 隱極同步發(fā)電機的電壓方程、相量圖和等效電路隱極同步發(fā)電機的電壓方程、相量圖和等效電路6.5 6.5 凸極同步發(fā)電機的電壓方程和相量圖凸極同步發(fā)電機的電壓方程和相量圖6.6 6.6 同步發(fā)電機的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程同步發(fā)電機的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程6.7 6.7 同步電機參數(shù)的測定同步電機參數(shù)的測定6.8 6.8 同步發(fā)電機的運行特性同步發(fā)電機的運行特性6.16.1 同步電機概述同

2、步電機概述1 1同步電機的運行特點同步電機的運行特點 同步電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度必須與定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度嚴格的同步，即 同步電機由此得名。pfn1160二二. . 同步電機的分類同步電機的分類 1. 同步發(fā)電機：機械能 交流電能 2. 同步電動機：交流電能 機械能 3. 同步調(diào)相機：接在電網(wǎng)上作空載運行的同步電動機，其主要作用是補償電網(wǎng)的無功功率，以提高功率因數(shù)。三三. . 勵磁方式勵磁方式 1. 直流發(fā)電機勵磁系統(tǒng) GG副勵磁機副勵磁機主勵磁機主勵磁機同步發(fā)電機同步發(fā)電機2. 靜止式交流整流勵磁系統(tǒng)，如下圖所示。交流副勵磁機交流副勵磁機交流主勵磁機交流主勵磁機不可控整不可控整流起器流起器電壓調(diào)電

3、壓調(diào)整器整器主發(fā)電機主發(fā)電機電電壓壓互互感感器器電流互感器電流互感器可控整可控整流起器流起器自勵恒自勵恒壓器壓器四四. . 同步電機的用途同步電機的用途 1. 同步發(fā)電機 世界上的電力幾乎都由同步發(fā)電機發(fā)出。 2. 同步電動機 同步電動機即可作為電動機，又可通過調(diào)節(jié)勵磁電流來改變功率因數(shù)。 3. 同步調(diào)相機 是同步電動機的一種特殊的運行方式，即接于電網(wǎng)作空載運行，專門用于電網(wǎng)的無功補償，以提高功率因數(shù)。6.2 6.2 同步電機的主要結(jié)構(gòu)及基本工作原理同步電機的主要結(jié)構(gòu)及基本工作原理1主要結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)同步電機旋轉(zhuǎn)電樞式 旋轉(zhuǎn)磁極式 隱極式（Salient-pole） 凸極式（Cylindrica

4、l-Rotor） 旋轉(zhuǎn)磁極式又可分為凸極式和隱極式兩種。 1. 凸極式同步電機的結(jié)構(gòu)（1）定子部分 鐵心 由電工鋼片沖疊而成，其上安放三相對稱繞組，構(gòu)成磁路。 繞組 三相對稱繞組，通入三相對稱電流，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。（2）轉(zhuǎn)子部分 鐵心 由電工鋼片沖成凸極疊壓而成，其上安放勵磁繞組，構(gòu)成磁路。 繞組 勵磁繞組，經(jīng)電刷和滑環(huán)引入直流電，以形成主極磁場。 2. 隱極式同步電機的結(jié)構(gòu)（1）定子部分 同凸極式（2）轉(zhuǎn)子部分 鐵心 由電工鋼片沖疊而成圓柱體鐵心，外圍有磁槽，槽內(nèi)安放勵磁繞組，構(gòu)成磁路。 繞組 勵磁繞組，經(jīng)電刷和滑環(huán)引入直流電，以形成主極磁場。二二. . 基本工作原理基本工作原理 1. 發(fā)電

5、機工作原理 轉(zhuǎn)子的主極磁場在原動機的拖動下旋轉(zhuǎn)，切割定子的三相繞組，依次感應(yīng)電勢如下： AXZYBCNSsntEemAsin)120sin(tEemB)240sin(tEemC 2. 電動機工作原理 當同步電機的三相對稱繞組通入對稱三相電流時，在定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場與主極磁場互相作用，產(chǎn)生電磁力矩，使轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。其原理圖如下：NoNSSon1 nn1 n三. 額定值額定容量SN(或額定功率PN )指額定運行時電機的輸輔出功率 額定電壓UN 指額定運行時定子的線電壓 額定電流IN 指額定運行時定子的線電流 額定功率因數(shù)cos 指額定運行時電機的功率因數(shù) 額定頻率fN 指額定運行時

6、電樞的頻率。我國標準工頻規(guī)定為50Hz額定轉(zhuǎn)速nN 指額定運行時電機的轉(zhuǎn)速，對同步電機而言，即為同步轉(zhuǎn)速 6.3 6.3 空載和負載時同步發(fā)電機的磁場空載和負載時同步發(fā)電機的磁場一一. . 空載運行時同步發(fā)電機的磁場空載運行時同步發(fā)電機的磁場 空載運行時，同步電機內(nèi)僅有由勵磁電流所建立的主極磁場。圖（a）表示一臺四極電機空載時的磁通示意圖。從圖可見，主極磁通分成主磁通0和漏磁通兩部分，前者通過氣隙并與定子繞組相交鏈，后者不通過氣隙，僅與勵磁繞組相交鏈。主磁通所經(jīng)過的主磁路包括空氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛等五部分。 空載特性如圖（b）所示，它是同步電動機的一條很重要的特性曲線。0 F

7、If,NU00, E0fIo空載特性 NU氣隙線（a）（b）二二. . 負載運行時同步發(fā)電機的磁場負載運行時同步發(fā)電機的磁場 當同步發(fā)電機向外供電時，其定子三相繞組中流過三相的對稱電流同樣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場對主極磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。afffaFFFFIFI 電樞反應(yīng)的性質(zhì)(增磁、去磁或交磁)取決于電樞磁動勢和主磁場在空間的相對位置。分析表明，此相對位置取決于激磁電動勢E0和負載電流I之間的相角差0 (0稱為內(nèi)功率因數(shù)角)。下面分成兩種情況來分析。 1. 與 同相aF0EI(1)定子繞組內(nèi)的電動勢,電流和磁動勢的空間矢量圖相軸線相軸線AfFA0BXZYBCNSsnsnaF(2)時間矢量圖時間參考軸時間參考軸CE0 A0 C0 BE0 AE0 B I1 00B0 AICI (3)時-空統(tǒng)一矢量圖軸軸dfF)(aqnFF )(00 B I0 E1 (4)氣隙合成磁場與主磁場的相對位置aFeTAXZYBCNS0BBsn2. 與 不同相0EIXsnadF相