電機(jī)學(xué)CAI-同步機(jī)(十五章)2013

1、第四篇第四篇 同同 步步 電電 機(jī)機(jī)福州大學(xué)福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院電機(jī)學(xué)教研組電機(jī)學(xué)教研組電機(jī)學(xué)多媒體課件系列電機(jī)學(xué)多媒體課件系列2013.8第十五章第十五章 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第一節(jié)第一節(jié) 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式第二節(jié)第二節(jié) 同步電機(jī)的基本工作原理同步電機(jī)的基本工作原理第三節(jié)第三節(jié) 同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng) 第四節(jié)第四節(jié) 同步電機(jī)的額定值同步電機(jī)的額定值目目 錄錄第十五章第十五章 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2 2、基本特點(diǎn)：電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、基本特點(diǎn)：電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n

2、n、定子電流頻率、定子電流頻率f f和磁極和磁極對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)p p之間的關(guān)系之間的關(guān)系: : 3 3、主要用途：、主要用途： 主要用作發(fā)電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)產(chǎn)生單、三相交流電。產(chǎn)生單、三相交流電。 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)用于無(wú)需調(diào)速大功率機(jī)械中用于無(wú)需調(diào)速大功率機(jī)械中, ,能改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。能改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。 同步補(bǔ)償機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)空轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)空轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī), ,靠調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流向靠調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流向 電網(wǎng)輸送無(wú)功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。電網(wǎng)輸送無(wú)功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。pfnn601 (r/min)(r/min)當(dāng)當(dāng)f=50Hzf=50Hz時(shí)，時(shí)，p=1p=1、2

3、 2、3 3、4 4、5 5 則：則：n=n1=3000n=n1=3000、15001500、10001000、750750、6006001 1、定義：由電磁感應(yīng)原理而工作的一種、定義：由電磁感應(yīng)原理而工作的一種旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)。電機(jī)。 它是一種它是一種交流交流電機(jī)電機(jī)。凸極式凸極式: :第一節(jié)第一節(jié) 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式一、基本結(jié)構(gòu)型式一、基本結(jié)構(gòu)型式隱極式隱極式: 同步電機(jī)同步電機(jī)( (結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式) )a)a)旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)磁極式 磁極裝在轉(zhuǎn)子磁極裝在轉(zhuǎn)子上上, ,電樞繞組放電樞繞組放在定子上。在定子上。b)b)旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)電樞式: : 磁極裝在定子磁極裝在定子

4、上，電樞繞組上，電樞繞組放在轉(zhuǎn)子上放在轉(zhuǎn)子上 a a）旋轉(zhuǎn)磁極式）旋轉(zhuǎn)磁極式 ：轉(zhuǎn)子上裝有磁極鐵芯和勵(lì)磁繞組：轉(zhuǎn)子上裝有磁極鐵芯和勵(lì)磁繞組, ,當(dāng)當(dāng)勵(lì)磁繞組通以直流電流后，電機(jī)內(nèi)將產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組通以直流電流后，電機(jī)內(nèi)將產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。 電樞：高電壓、大電流，裝在定子便于引出電樞：高電壓、大電流，裝在定子便于引出磁極磁極( (勵(lì)磁勵(lì)磁) )：電流小，通過(guò)電刷引入轉(zhuǎn)子方便：電流小，通過(guò)電刷引入轉(zhuǎn)子方便因此，同步電機(jī)一般都采用旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)。因此，同步電機(jī)一般都采用旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)。凸極式凸極式: :氣隙不均勻，氣隙不均勻，集中勵(lì)磁集中勵(lì)磁繞組；繞組；極弧下較小而極間較大，極弧下較小而極間較大，

5、適合于中速或低速旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合。適合于中速或低速旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合。 隱極式隱極式:氣隙均勻，勵(lì)磁繞組分布于轉(zhuǎn)氣隙均勻，勵(lì)磁繞組分布于轉(zhuǎn)子表面槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高，適合子表面槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高，適合高速旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合。高速旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合。SNX2A1A1A2NSSX1X1NSNX2A1A1A2NSSX1X1Nb)b)旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)電樞式: :機(jī)座上裝有磁極鐵機(jī)座上裝有磁極鐵芯和勵(lì)磁繞組芯和勵(lì)磁繞組, ,當(dāng)勵(lì)磁繞組通以直當(dāng)勵(lì)磁繞組通以直流電流后，電機(jī)內(nèi)將產(chǎn)生定子磁場(chǎng)；流電流后，電機(jī)內(nèi)將產(chǎn)生定子磁場(chǎng)；電樞繞組在轉(zhuǎn)子上電樞繞組在轉(zhuǎn)子上 。 用于小容量或特殊用途同步電機(jī)。如同步電機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)用于小容量或特殊用途同步電機(jī)。如同

6、步電機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī). 與感應(yīng)電機(jī)一樣，同步電機(jī)也是由定子及轉(zhuǎn)子兩大部分所與感應(yīng)電機(jī)一樣，同步電機(jī)也是由定子及轉(zhuǎn)子兩大部分所組成，定子上有三相交流繞組；轉(zhuǎn)子上則有勵(lì)磁繞組，通入直組成，定子上有三相交流繞組；轉(zhuǎn)子上則有勵(lì)磁繞組，通入直流電流后，能產(chǎn)生磁場(chǎng)。流電流后，能產(chǎn)生磁場(chǎng)。 定子定子: :同步電機(jī)的定子有時(shí)也稱(chēng)為同步電機(jī)的定子有時(shí)也稱(chēng)為電樞電樞，由定子鐵芯、電樞三，由定子鐵芯、電樞三相繞組、機(jī)座和相繞組、機(jī)座和電刷電刷等部件所組成。等部件所組成。二、同步電機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)二、同步電機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)NSNS+AABCCB定子鐵芯定子鐵芯定子繞組定子繞組轉(zhuǎn)子磁極鐵芯轉(zhuǎn)子磁極鐵芯轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組電刷

7、電刷集電環(huán)集電環(huán)（滑環(huán)）（滑環(huán)）氣隙氣隙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子同步電機(jī)組成：定子、同步電機(jī)組成：定子、( (氣隙氣隙) )、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子: :由磁極、轉(zhuǎn)軸、勵(lì)磁繞組、阻尼繞組、滑環(huán)等組由磁極、轉(zhuǎn)軸、勵(lì)磁繞組、阻尼繞組、滑環(huán)等組成。通過(guò)電刷和滑環(huán)通入直流電勵(lì)磁，產(chǎn)生機(jī)械成。通過(guò)電刷和滑環(huán)通入直流電勵(lì)磁，產(chǎn)生機(jī)械磁場(chǎng)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)子有隱極式和凸極式隱極式和凸極式兩種兩種。（一）定子（一）定子 : : 鐵芯、定子繞組、機(jī)座及其他固定部件鐵芯、定子繞組、機(jī)座及其他固定部件 定子鐵定子鐵芯芯:由由0.350.350.5mm0.5mm硅鋼片沖制后疊裝而成。硅鋼片沖制后疊裝而成。大型大型: :同步電機(jī)沖片外

8、圓同步電機(jī)沖片外圓( (直徑大于直徑大于1m1m時(shí)時(shí)),),由于材料尺由于材料尺寸的限制，必須做成扇形沖片，然后按圓周拼裝而成寸的限制，必須做成扇形沖片，然后按圓周拼裝而成; ;采用矩形開(kāi)口槽采用矩形開(kāi)口槽, ,設(shè)有徑向通風(fēng)道。設(shè)有徑向通風(fēng)道。小型小型: :同步電機(jī)由整型沖片疊壓成，半開(kāi)口槽。同步電機(jī)由整型沖片疊壓成，半開(kāi)口槽。大型電大型電機(jī)沖片機(jī)沖片小型電小型電機(jī)沖片機(jī)沖片定子嵌線定子嵌線 定子繞組定子繞組：雙層（短距）對(duì)稱(chēng)三相繞組。大型電機(jī)：雙層（短距）對(duì)稱(chēng)三相繞組。大型電機(jī)常采用扁銅線成型線圈繞制嵌入常采用扁銅線成型線圈繞制嵌入 ；槽口、端部必須；槽口、端部必須固定；大容量汽輪發(fā)電機(jī)常用

9、高壓（固定；大容量汽輪發(fā)電機(jī)常用高壓（1824kv)1824kv)線圈，線圈，要防電腐、電暈。要防電腐、電暈。汽輪機(jī)定子汽輪機(jī)定子(隱)外機(jī)座加工機(jī)座機(jī)座：主要用于：主要用于固定定子鐵芯，固定定子鐵芯，起支撐作用。起支撐作用。 小型機(jī)座可小型機(jī)座可根據(jù)發(fā)電機(jī)安裝根據(jù)發(fā)電機(jī)安裝結(jié)構(gòu)需要，由鑄結(jié)構(gòu)需要，由鑄鐵鑄造而成。鐵鑄造而成。 大型發(fā)電機(jī)大型發(fā)電機(jī)機(jī)座常由鋼板焊機(jī)座常由鋼板焊接而成。接而成。水輪機(jī)定子機(jī)座水輪機(jī)定子機(jī)座其他部件其他部件：端蓋、軸承蓋、隔振結(jié)構(gòu)等：端蓋、軸承蓋、隔振結(jié)構(gòu)等汽輪機(jī)定子壓入外機(jī)座汽輪機(jī)定子壓入外機(jī)座 1 1、隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（汽輪發(fā)電機(jī)）、隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（汽輪發(fā)電機(jī)）

10、隱極式同步發(fā)電機(jī)一般采用汽輪機(jī)作原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。汽輪隱極式同步發(fā)電機(jī)一般采用汽輪機(jī)作原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高，離心力大，受轉(zhuǎn)子材料機(jī)械強(qiáng)度限制，轉(zhuǎn)子直徑機(jī)轉(zhuǎn)速高，離心力大，受轉(zhuǎn)子材料機(jī)械強(qiáng)度限制，轉(zhuǎn)子直徑限制在限制在1m1m左右左右, ,用增大長(zhǎng)度來(lái)增大容量。用增大長(zhǎng)度來(lái)增大容量。通常轉(zhuǎn)子長(zhǎng)通常轉(zhuǎn)子長(zhǎng)/ /徑徑比：比： ，容量越大比值亦越大。，容量越大比值亦越大。（二）轉(zhuǎn)子（二）轉(zhuǎn)子 65 .2 DL 汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)( (隱極機(jī)隱極機(jī)) 的構(gòu)造特點(diǎn)：的構(gòu)造特點(diǎn)：發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)p2p2；隱；隱極式，氣隙均勻；轉(zhuǎn)子鐵芯細(xì)而長(zhǎng)，極式，氣隙均勻；轉(zhuǎn)子鐵芯細(xì)而長(zhǎng)，因此均為臥式安裝結(jié)構(gòu)。因此均

11、為臥式安裝結(jié)構(gòu)。 汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組、集汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組、集電環(huán)電環(huán)( (引入勵(lì)磁電流引入勵(lì)磁電流) )、護(hù)環(huán)、風(fēng)扇等部件構(gòu)成。、護(hù)環(huán)、風(fēng)扇等部件構(gòu)成。 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加工汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加工轉(zhuǎn)子鐵芯材料：轉(zhuǎn)子鐵芯材料：要求有良好的導(dǎo)磁性能；高的機(jī)械強(qiáng)度。要求有良好的導(dǎo)磁性能；高的機(jī)械強(qiáng)度。常用整塊高強(qiáng)度合金鋼鍛成常用整塊高強(qiáng)度合金鋼鍛成, ,沿轉(zhuǎn)子表面約沿轉(zhuǎn)子表面約2/32/3部分銑有部分銑有軸向凹槽，用于嵌放勵(lì)磁繞組軸向凹槽，用于嵌放勵(lì)磁繞組, ,不開(kāi)槽的大齒為轉(zhuǎn)子主不開(kāi)槽的大齒為轉(zhuǎn)子主磁極。磁極。 轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組： a)a)勵(lì)磁繞

12、組勵(lì)磁繞組: :由扁銅線繞成同心式線圈由扁銅線繞成同心式線圈; ; b) b)阻尼繞組阻尼繞組: :放置在每槽槽契與導(dǎo)體之間或大齒上專(zhuān)門(mén)放置在每槽槽契與導(dǎo)體之間或大齒上專(zhuān)門(mén)銑出的槽里銑出的槽里, ,與轉(zhuǎn)子端環(huán)連成一短路繞組與轉(zhuǎn)子端環(huán)連成一短路繞組; ; 阻尼繞組作用阻尼繞組作用: :正常運(yùn)行不起作用正常運(yùn)行不起作用, ,當(dāng)電機(jī)發(fā)生振蕩時(shí)當(dāng)電機(jī)發(fā)生振蕩時(shí), ,阻尼繞組中的電流能使振蕩衰減，抑制轉(zhuǎn)子機(jī)械振蕩。阻尼繞組中的電流能使振蕩衰減，抑制轉(zhuǎn)子機(jī)械振蕩。 c)c)轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇、集電環(huán)轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇、集電環(huán)( (引入勵(lì)磁電流引入勵(lì)磁電流) )汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽形汽輪發(fā)電

13、機(jī)轉(zhuǎn)子槽形2 2凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)通常通常分臥式結(jié)構(gòu)分臥式結(jié)構(gòu)和和立式結(jié)構(gòu)立式結(jié)構(gòu)兩類(lèi)。兩類(lèi)。臥式結(jié)構(gòu)臥式結(jié)構(gòu)立式立式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)臥式結(jié)構(gòu)臥式結(jié)構(gòu) ：同步電動(dòng)機(jī)、補(bǔ)償機(jī)和用同步電動(dòng)機(jī)、補(bǔ)償機(jī)和用內(nèi)燃機(jī)或沖擊式水輪機(jī)拖動(dòng)的同步發(fā)內(nèi)燃機(jī)或沖擊式水輪機(jī)拖動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)都電機(jī)都采用臥式結(jié)構(gòu)采用臥式結(jié)構(gòu) 。立式結(jié)構(gòu)：立式結(jié)構(gòu)：低速、低速、大容量的水輪發(fā)大容量的水輪發(fā)電機(jī)和大型水泵電機(jī)和大型水泵用同步電動(dòng)機(jī)則用同步電動(dòng)機(jī)則采用立式結(jié)構(gòu)安采用立式結(jié)構(gòu)安裝。裝。 吊裝中的水輪吊裝中的水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(凸凸極極)(320MW)凸極式轉(zhuǎn)子凸極式轉(zhuǎn)子: :由轉(zhuǎn)軸、由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子支架、轉(zhuǎn)子支架、磁軛、磁極

14、、勵(lì)磁繞磁軛、磁極、勵(lì)磁繞組及阻尼繞構(gòu)成。組及阻尼繞構(gòu)成。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸: :傳遞轉(zhuǎn)矩傳遞轉(zhuǎn)矩,40#,40#或或50#50#和和20 SiMn20 SiMn等高強(qiáng)度鋼鍛成，等高強(qiáng)度鋼鍛成，大型電機(jī)通常做成空心軸，以減輕重量。大型電機(jī)通常做成空心軸，以減輕重量。磁極鐵芯磁極鐵芯: :由由1 12mm2mm的鋼板沖制成沖片疊壓鉚固成，在的鋼板沖制成沖片疊壓鉚固成，在高速電機(jī)中則采用實(shí)心磁極，構(gòu)成磁路。高速電機(jī)中則采用實(shí)心磁極，構(gòu)成磁路。勵(lì)磁繞組：勵(lì)磁繞組：由扁銅線繞成由扁銅線繞成同心式線圈套在磁極鐵芯同心式線圈套在磁極鐵芯上，上，通入直流電勵(lì)磁，產(chǎn)通入直流電勵(lì)磁，產(chǎn)生機(jī)械磁場(chǎng)生機(jī)械磁場(chǎng)。T形尾槽轉(zhuǎn)軸阻

15、尼條勵(lì)磁繞組磁極磁軛螺桿磁極鐵芯磁極鐵芯轉(zhuǎn)子支架轉(zhuǎn)子支架: :軸與轉(zhuǎn)子磁軛之間過(guò)度結(jié)構(gòu)（水輪發(fā)電）。軸與轉(zhuǎn)子磁軛之間過(guò)度結(jié)構(gòu)（水輪發(fā)電）。阻尼繞組：阻尼繞組：由插入主極極靴槽中的銅條和兩端的端環(huán)由插入主極極靴槽中的銅條和兩端的端環(huán)焊成的一個(gè)閉合繞組構(gòu)成，當(dāng)電機(jī)發(fā)生振蕩時(shí)焊成的一個(gè)閉合繞組構(gòu)成，當(dāng)電機(jī)發(fā)生振蕩時(shí), ,阻尼阻尼繞組中的電流能使振蕩衰減，抑制轉(zhuǎn)子機(jī)械振蕩。繞組中的電流能使振蕩衰減，抑制轉(zhuǎn)子機(jī)械振蕩。磁軛：磁軛：用鋼錠加工或鋼板沖用鋼錠加工或鋼板沖成扇形片交錯(cuò)疊成成扇形片交錯(cuò)疊成, ,用來(lái)固用來(lái)固定磁極并構(gòu)成磁路。定磁極并構(gòu)成磁路。T形尾槽轉(zhuǎn)軸阻尼條勵(lì)磁繞組磁極磁軛螺桿磁磁 軛軛3 3

16、、凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（水輪發(fā)電機(jī)）構(gòu)造特點(diǎn)、凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（水輪發(fā)電機(jī)）構(gòu)造特點(diǎn) 原動(dòng)機(jī)是水輪機(jī)原動(dòng)機(jī)是水輪機(jī); ; 轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)速低、徑大多極徑大多極、極對(duì)數(shù)、極對(duì)數(shù)p3p3；有明；有明顯的磁極（凸極式）顯的磁極（凸極式）, ,氣隙不均氣隙不均勻；勻；軸向短扁式軸向短扁式( )( )，采，采用用豎軸安裝豎軸安裝立式結(jié)構(gòu)。立式結(jié)構(gòu)。1 . 0 DL定子定子: :同一般交流發(fā)電機(jī)相似同一般交流發(fā)電機(jī)相似, ,但是但是: : a) a)由于直徑大由于直徑大, ,為便于運(yùn)輸為便于運(yùn)輸, ,定子做成四或六定子做成四或六塊等到電廠拼裝塊等到電廠拼裝; ; b) b)由于其極數(shù)多由于其極數(shù)多,q,q值小值小, ,

17、為改善電壓波形為改善電壓波形, ,常常用分?jǐn)?shù)槽繞組用分?jǐn)?shù)槽繞組. .大容量水輪發(fā)電機(jī)為省極間聯(lián)接線大容量水輪發(fā)電機(jī)為省極間聯(lián)接線, ,一般采用單匝波繞組一般采用單匝波繞組. .汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)組水水輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)組組NSNS+NS+隱極式隱極式（Salient-pole） 凸極式凸極式（Cylindrical-Rotor） 類(lèi)型類(lèi)型隱極式隱極式凸極式凸極式定子定子鐵芯鐵芯+ +三相對(duì)稱(chēng)繞組三相對(duì)稱(chēng)繞組鐵芯鐵芯+ +三相對(duì)稱(chēng)繞組三相對(duì)稱(chēng)繞組轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)子磁極細(xì)長(zhǎng)圓柱形，圓周上銑有細(xì)長(zhǎng)圓柱形，圓周上銑有大齒、小齒（大齒、小齒（1 1：2 2）凸極形狀凸極形狀轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組分布分布集中集中氣

18、隙氣隙均勻均勻極弧下小、極間大極弧下小、極間大速度速度高速高速低速低速應(yīng)用應(yīng)用汽輪發(fā)電機(jī)（汽輪發(fā)電機(jī)（p2)p2)水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)(p3)(p3)總結(jié)對(duì)比總結(jié)對(duì)比: : 直流勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)直流勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由外力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，由外力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，故也稱(chēng)機(jī)故也稱(chēng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。第二節(jié)第二節(jié) 同步電機(jī)的基本工作原理同步電機(jī)的基本工作原理其磁勢(shì)幅值為：其磁勢(shì)幅值為：fffFI N一一兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng): :1 1直流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)直流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) : :當(dāng)勵(lì)磁繞組通入直流當(dāng)勵(lì)磁繞組通入直流勵(lì)磁電流時(shí)勵(lì)磁電流時(shí), , 磁極將產(chǎn)生直流勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。原動(dòng)機(jī)磁極將產(chǎn)生直流勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子

19、以同步速旋轉(zhuǎn)時(shí)，直流勵(lì)磁磁場(chǎng)隨之旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)時(shí)，直流勵(lì)磁磁場(chǎng)隨之旋轉(zhuǎn)，在氣隙中形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在氣隙中形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 fFYbj2.swf2 2、交流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、交流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ：當(dāng)定子三相對(duì)稱(chēng)繞組當(dāng)定子三相對(duì)稱(chēng)繞組流過(guò)對(duì)稱(chēng)的三相交流電流時(shí)，將在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)流過(guò)對(duì)稱(chēng)的三相交流電流時(shí)，將在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，也稱(chēng)也稱(chēng)電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。aF 其基波磁勢(shì)為：其基波磁勢(shì)為：aN12cos()Nfmk ItxpP104(8-22)P104(8-22)基波磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為：基波磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為：pfn601 基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)總是從超前電流相

20、相軸轉(zhuǎn)向滯后電流相相軸?；ㄐD(zhuǎn)磁場(chǎng)總是從超前電流相相軸轉(zhuǎn)向滯后電流相相軸。那相電流達(dá)到最大值那相電流達(dá)到最大值,Fa,Fa就恰在該相軸線上就恰在該相軸線上. . C相軸ZnB相軸BqFaYAFf 1dXCSNnA相軸同步電機(jī)工作原理示意圖同步電機(jī)工作原理示意圖a)a)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) 在前，在前，電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 在后。在后。 aFf1Fb)b)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 在前，在前，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng) 在后。在后。 aFf1F兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 、 只要空間有位移只要空間有位移, ,便會(huì)產(chǎn)生電磁便

21、會(huì)產(chǎn)生電磁力力. .它們間作用力的方向就決定同步電機(jī)的運(yùn)行方式它們間作用力的方向就決定同步電機(jī)的運(yùn)行方式. .aF fF 與與 始終同速同向旋轉(zhuǎn)，在空間保持始終同速同向旋轉(zhuǎn)，在空間保持相對(duì)靜止。相對(duì)靜止?？蛰d時(shí)氣隙磁場(chǎng)：空載時(shí)氣隙磁場(chǎng)： ；負(fù)載后氣隙磁場(chǎng)；負(fù)載后氣隙磁場(chǎng) 。aFf1Ff1FFaf1FFFN1 (Fa)S2(Ff)N1(Fa)S S2(2(F Ff f ) )0eT1n1neT1nN1(Fa)S2(Ff)定子定子 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī):轉(zhuǎn)子磁極磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子磁極磁場(chǎng)F Ff f超前于電樞磁場(chǎng)超前于電樞磁場(chǎng)FaFa外力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子外力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子, ,電磁力電磁力TeTe是阻力矩。是阻力矩。 補(bǔ)償機(jī)補(bǔ)償

22、機(jī): : 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī): :電樞磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)FaFa超前于轉(zhuǎn)子磁極磁場(chǎng)超前于轉(zhuǎn)子磁極磁場(chǎng)F Ff f電磁力電磁力TeTe驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子, ,負(fù)載是阻力矩負(fù)載是阻力矩定子定子定子定子=0eT阻力阻力驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子第三節(jié)第三節(jié) 同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)為同步電機(jī)提供為同步電機(jī)提供勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流的整個(gè)系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng) a)a)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)b)b)交流勵(lì)磁機(jī)整流勵(lì)磁系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)整流勵(lì)磁系統(tǒng) 靜止整流勵(lì)磁靜止整流勵(lì)磁 旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁自勵(lì)式自勵(lì)式: :三次諧波勵(lì)磁等三次諧波勵(lì)磁等2 2、勵(lì)磁系統(tǒng)分類(lèi)、勵(lì)磁系統(tǒng)分類(lèi)1 1

23、、勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)滿足的條件（、勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)滿足的條件（P193P193）：）：能穩(wěn)定提供發(fā)電機(jī)從空載到滿載能穩(wěn)定提供發(fā)電機(jī)從空載到滿載( (及過(guò)載及過(guò)載) )所需的所需的I If f。當(dāng)電網(wǎng)電壓減小時(shí)當(dāng)電網(wǎng)電壓減小時(shí), ,能快速?gòu)?qiáng)行勵(lì)磁能快速?gòu)?qiáng)行勵(lì)磁, ,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)能快速減磁，限制電壓過(guò)高。發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)能快速減磁，限制電壓過(guò)高。當(dāng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)當(dāng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí), ,能快速滅磁。能快速滅磁。運(yùn)行可靠運(yùn)行可靠, ,維護(hù)方便維護(hù)方便, ,簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單, ,經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)。多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，能夠配合多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，能夠配合合理合理調(diào)節(jié)無(wú)功功率。調(diào)節(jié)無(wú)功功率

24、。 一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 直流勵(lì)磁機(jī)與同步發(fā)電機(jī)同軸直流勵(lì)磁機(jī)與同步發(fā)電機(jī)同軸, ,當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)后起來(lái)后, ,勵(lì)磁機(jī)就可發(fā)出直流電。一般最常用直流勵(lì)磁機(jī)就可發(fā)出直流電。一般最常用直流并勵(lì)發(fā)電機(jī)并勵(lì)發(fā)電機(jī); ;也有采用它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。也有采用它勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈: :Rfr1直流并勵(lì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)直流并勵(lì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 交流副勵(lì)磁機(jī)500Hz交流主勵(lì)磁機(jī)100Hz主發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器同軸連接電壓輸出圖12-11 他勵(lì)式靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng) 二、交流勵(lì)磁機(jī)整流勵(lì)磁系統(tǒng)二、交流勵(lì)磁機(jī)整流勵(lì)磁系統(tǒng) 大容量發(fā)電機(jī)大容量發(fā)電機(jī), ,一般采用交流勵(lì)磁

25、機(jī)與整流裝置相配合一般采用交流勵(lì)磁機(jī)與整流裝置相配合共同構(gòu)成勵(lì)磁系統(tǒng)給主發(fā)電機(jī)提共勵(lì)磁電流共同構(gòu)成勵(lì)磁系統(tǒng)給主發(fā)電機(jī)提共勵(lì)磁電流. .根據(jù)整流裝置根據(jù)整流裝置的放置又可分為的放置又可分為: :靜止整流勵(lì)磁靜止整流勵(lì)磁和和旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁. .1 1 、靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)、靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)( (他勵(lì)他勵(lì)) )主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁: :2 2 、旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁系統(tǒng)( (無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)) )主勵(lì)磁機(jī)采用旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)主勵(lì)磁機(jī)采用旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)無(wú)電刷和集電環(huán)，運(yùn)行可靠，適用于防燃防爆場(chǎng)合無(wú)電刷和集電環(huán)，運(yùn)行可靠，適用于防燃防爆場(chǎng)合但滅磁時(shí)間常數(shù)大，轉(zhuǎn)子繞組保護(hù)困難但滅磁時(shí)間常數(shù)大，轉(zhuǎn)子繞組保護(hù)困難交流副勵(lì)磁機(jī)500Hz圖12-12 旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁系統(tǒng)