三相同步電機(jī)

1、關(guān)于三相同步電機(jī)1第一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2第一節(jié) 同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 一、同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1. 定子：主要由鐵心和電樞繞組構(gòu)成 定子鐵心是由硅鋼片疊成，它構(gòu)成電機(jī)磁路的一部分。 電樞繞組是三相對稱繞組，由高強度漆包線繞成，它構(gòu)成電機(jī)的電路。第二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3第三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月4第四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5UVWUVWVWWUUVUUWVVW Y 接法 接法WWUVVU接線盒注意：首尾端不能接反！定 子 三 相 繞 組 接 線 方 式WUVUVWU 定 子UVVWW第五張，PP

2、T共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6轉(zhuǎn)子：由鐵心、直流勵磁繞組、滑環(huán)和電刷等構(gòu)成。 按結(jié)構(gòu)型式分成凸極式轉(zhuǎn)子和隱極式轉(zhuǎn)子凸 極 式 轉(zhuǎn) 子第六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月7水輪發(fā)電機(jī)第七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月8電機(jī)與拖動水輪發(fā)電機(jī)的特點： 極數(shù)多，直徑大，軸向長度短，整個轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機(jī)大不相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機(jī)為立式。水輪發(fā)電機(jī)的直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。轉(zhuǎn)子磁極由厚度為12mm的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。有些發(fā)電機(jī)磁極的極靴上開有一些槽，槽內(nèi)放上銅條，并用

3、端環(huán)將所有銅條連在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用來擬制短路電流和減弱電機(jī)振蕩，在電動機(jī)中作為起動繞組用。磁極與磁極軛部采用 T 形或鴿尾形連接。 第八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月9隱 極 式 轉(zhuǎn) 子第九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月10汽輪發(fā)電機(jī)第十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月11第十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月12第十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月13電機(jī)與拖動汽輪發(fā)電機(jī)的特點： 定子大體上與異步電機(jī)相同，定子鐵心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的電工鋼片疊成。定子外徑較小時，采用圓形沖片，當(dāng)定子外徑大于1m 時，采用扇

4、形沖片。定子鐵心固定在機(jī)座上，機(jī)座常由鋼板焊接而成，它必須有足夠的強度和剛度，同時還必須滿足通風(fēng)和散熱的需要。汽輪發(fā)電機(jī)的電壓較高，要求定子繞組有足夠的絕緣強度，一般采用 B 級或 F 級絕緣。 為了減少高速旋轉(zhuǎn)引起的離心力，一般采用隱極式轉(zhuǎn)子，其外形常做成一個細(xì)長的圓柱體。轉(zhuǎn)子鐵心表面圓周上銑有許多槽，勵磁繞組嵌放在這些槽內(nèi)。 勵磁繞組為同心式繞組，以銅線繞制，并用不導(dǎo)磁的槽楔將繞組緊固在槽內(nèi)。 第十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月14凸 極 轉(zhuǎn) 子隱 極 轉(zhuǎn) 子d軸q軸d軸q軸特點：氣隙不均勻特點：氣隙均勻轉(zhuǎn) 子 結(jié) 構(gòu) 特 點第十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1

5、5 定子三相對稱繞組，加三相對稱電壓，流入三相對稱電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場N1、 S1 。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子勵磁繞組，加直流電壓，產(chǎn)生恒定磁場N2、 S2 。 定子磁場N1、 S1 與轉(zhuǎn)子磁場N2、 S2 之間產(chǎn)生磁拉力，從而產(chǎn)生電磁力矩拖動轉(zhuǎn)子與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)。原理動畫二、同步電動機(jī)的工作原理第十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月16*同步轉(zhuǎn)速 從供電品質(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是一個不變的值，這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。我國電網(wǎng)的頻率為50Hz ，故有： 要使得發(fā)電機(jī)供給電網(wǎng)50Hz的工頻電能，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為某些固定值，這些固定值稱為同步

6、轉(zhuǎn)速。例如2極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min，4極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，依次類推。只有運行于同步轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)才能正常運行，這也是同步電機(jī)名稱的由來。 第十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月17*同步機(jī)運行方式 同步電機(jī)的主要運行方式有三種，即作為發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和補償機(jī)運行。 作為發(fā)電機(jī)運行是同步電機(jī)最主要的運行方式，作為電動機(jī)運行是同步電機(jī)的另一種重要的運行方式。同步電動機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場合，應(yīng)用大型同步電動機(jī)可以提高運行效率。近年來，小型同步電動機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開始得到較多地應(yīng)用。 同步電機(jī)還可以接于電網(wǎng)作為同步補償機(jī)。這時電機(jī)不帶任何機(jī)械

7、負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。 第十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月18三、同步電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)額定容量 是指軸上輸出的有功功率，單位為 。 額定電壓 指加在定子繞組上的線電壓，單位為 或 。 額定電流 電動機(jī)額定運行時，流過定子繞組的 線電流， 單位為 。額定功率因數(shù) 電動機(jī)額定運行的功率因數(shù)。 額定轉(zhuǎn)速 電動機(jī)額定運行時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位為 。 額定效率 電動機(jī)額定運行效率。 此外，同步電動機(jī)銘牌上還給上額定頻率 ；額定勵磁電壓 ；額定勵磁電流 等數(shù)據(jù)。 第十八張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6

8、月19一、隱極同步電動機(jī)電磁分析和相量圖定子的電磁關(guān)系(磁路不飽和時）：轉(zhuǎn)子If定子F =F0 + Fa1、電磁分析 由于定、轉(zhuǎn)子磁場在空間相對靜止，故同步電動機(jī)帶負(fù)載運行，定轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生兩個旋轉(zhuǎn)磁場，它們相對靜止，只在定子中感應(yīng)電勢。第二節(jié) 同步電動機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系FFIaEaFaF0E0第十九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月202、基本方程磁路不飽和時氣隙磁場在定子中的感應(yīng)電勢故而漏感電勢r1定子一相繞組電阻為r1第二十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月21在給定的參考方向下，定子一相繞組的電壓平衡方程式為1aa01rIEEEU+-=s1aasdrIxjIE+-=r1aa

9、aa0IxjIxjIE+-=s式中xa稱為電樞反應(yīng)電抗，對應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁勢磁路.x定子漏電抗，與定子漏磁通的磁路對應(yīng)。xa xr10EEsaEaI1U第二十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月223、等效電路和相量圖定子一相等效電路為一般同步電動機(jī)容量都較大，電阻r1很小，忽略之，得aaa0 xjIxjIE+-=sca0 xjIE+-=式中xc稱為隱極同步電機(jī)的同步電抗。與等效電路對應(yīng)的相量圖(忽略r1）為：+r1-jxc第二十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月23一、功率、轉(zhuǎn)矩方程 ra+-jxc輸入： 定子銅耗： 電磁功率： 輸出功率： 摩擦損耗附加損耗空載損耗鐵損耗第三節(jié) 同

10、步電動機(jī)的功率方程及功角特性第二十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月24隱極機(jī)xd=xq =xc可見電磁功率是的函數(shù)。第二十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月25三、功角特性和矩角特性功角的概念： 功角在時間上表示端電壓和勵磁磁勢之間的相位差，在空間上表現(xiàn)為合成磁場軸線與轉(zhuǎn)子磁場軸線之間夾角。并網(wǎng)運行時， 為電網(wǎng)電壓，其大小和頻率不變，對應(yīng)的合成磁勢 總是以同步速度旋轉(zhuǎn)，因此功角的大小只能由轉(zhuǎn)子磁勢 的角速度決定。穩(wěn)定運行時， 和 之間無相對運動，具有固定的值。 y為內(nèi)功率因數(shù)角， =y-j定義為功角。它表示發(fā)電機(jī)的勵磁電勢 和端電壓 之間相角差。功角對于研究同步電機(jī)的功率

11、變化和運行的穩(wěn)定性有重要意義。 第二十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月26功角的空間概念： 第二十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月27功角特性和矩角特性曲線在U、E0不變時，Pem、 Tem與成正弦關(guān)系BATLTm180900Pem(Tem)隱極機(jī)180900Pem(Tem)凸極機(jī)第二十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月28一、勵磁調(diào)節(jié) 保持同步電動機(jī)的U1、f、P2不變，調(diào)節(jié)勵磁電流If ，會引起電樞電流和電機(jī)功率因數(shù)的改變。第三節(jié) 同步電動機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)及V形曲線 結(jié)論：調(diào)節(jié)If ，可以改變電機(jī)功率因數(shù)；正常勵磁時，為純阻性； If正常勵磁時,為容性；If

12、C2 C10欠勵過勵I(lǐng)IfP2=C1P2=C2P2=C3正常勵磁 V形曲線是一簇曲線，每一條V形曲線對應(yīng)一定的有功功率。V形曲線上都有一個最低點，對應(yīng)cos =0 的情況。將所有的最低點連接起來，將得到與cos =0對應(yīng)的曲線，該線左邊為欠勵狀態(tài)，功率因數(shù)超前，右邊為過勵狀態(tài)，功率因數(shù)滯后。第二十九張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月30三、cos=f(P2)曲線 保持同步電動機(jī)的U1、f、 If不變，調(diào)節(jié)輸出功率P2 ，電機(jī)功率因數(shù)的改變.P2*cos00.510.80.8容性感性第三十張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月31TemS1S2N2N1n1N1S2N2S1n1Tem

13、同步電動機(jī)起動時n=0,由于轉(zhuǎn)子的慣性，其速度不能突變，而氣隙磁場速度n1很快。所以轉(zhuǎn)子所受的T方向來回變化，轉(zhuǎn)子無法直接起動。第四節(jié) 同步電動機(jī)的起動第三十一張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月32同步電動機(jī)的起動方法 同步電機(jī)在電源頻率恒定使定子合成磁場轉(zhuǎn)速恒定的條件下，其轉(zhuǎn)速必為同步轉(zhuǎn)速 n0，是不可調(diào)節(jié)的。 平均電磁轉(zhuǎn)矩 Temav = Tem(t)dt = 0 因為同步電機(jī)僅在運行時才有平均電磁轉(zhuǎn)矩，而起動過程是非同步運行狀態(tài)，所以同步電動機(jī)不能自行起動，可采用異步起動啟動第三十二張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月33同步電動機(jī)的起動方法1、輔助起動法：用同極數(shù)異步電動

14、機(jī)拖動其起動。2、變頻起動法：將電源頻率從0fN隨n逐漸升高。3、異步起動法：利用阻尼繞組作起動繞組，實現(xiàn)異步 起動，最后被牽入同步。第三十三張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月341、一隱極同步電動機(jī)， N=30。求：（1）過載能力 ；（2）TL不變，提高 =4，勵磁電流應(yīng)提高到原來的幾倍（E0If）?2、一隱極同步電動機(jī)， PN=6300KW, UN=10000V(Y), IN=417A, cosN=0.9 (超前), IfN=404A,xc=14 （E0If） 求： （1）額定效率N ； （2）額定無功功率； N ； 習(xí)題課（3）保持PN不變，如何調(diào)節(jié)，使cos =1?求此時I和I

15、f（ 不變）。 （4）額定工作時，保持If不變，下降 PN=4000KW，求I和cos ？（ 不變）第三十四張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月354、單相變壓器的額定數(shù)據(jù)，SN=500VA，U1N/U2N=220/110V，短路阻抗標(biāo)么值ZK*=0.0560 ，I10N=0.2A。將兩臺相同的變壓器串聯(lián)，高壓側(cè)接220V電網(wǎng)，降壓供電，試求：1）分別計算第一和第二臺變壓器原邊的空載電流。2）空載供電電壓。3）短路電流。（磁路線性）220Tr1Tr23. 一臺三相變壓器，SN=200KVA, U1N/U2N =6.3/0.38KV, Y/Y0連接?，F(xiàn)為一臺Y接380V的三相同步電動機(jī)供電。同步數(shù)據(jù)：PN=75kw, UN=380V, cosN=0.5（超前）, N=88.2%，求同步電動機(jī)額定運行時：電網(wǎng)的輸出電流？第三十五張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月36解1：解2：（1）oABC第三十六張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月37oABC第三十七張，PPT共四十二頁，創(chuàng)作于2022年6月38OAB(4)由電磁功率可以計算出功角由余弦定理求AB=4823：AB=IxcI=344.5A由正弦定理求B=23.95第三十