船舶电气设备及系统大连海事大学同步电机

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1、第4章同步电机§4.1三相交流同步电机的基本结构、工作原理及铭牌数据§4.2三相交流同步发电机运行特性§4.3同步电动机4.1.1三相交流同步电机的基本结构旋转电枢式同步电机图三相交流同步电机由定子部分和转子部分构成以转子绕组形式分类，有旋转电枢式和旋转磁极式。旋转磁极式同步电动机定子部分定子是由定子铁心、定子三相绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。定子铁心由硅钢片叠压而成。定子铁心槽内嵌放三相依次相差120º电角度（或120º/P空间机械角度）的。绕组，称为三相电枢绕组，是交流电路部分。转子部

2、分转子磁极有两种结构形式隐极式凸极式（也称显极式）按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型，即自励的、他励的图5-3自励同步发电机转子定子交流励磁机发电机旋转整流器图5-4无刷同步发电机AVR4.1.2三相交流同步发电机的基本工作原理当转子由原动机以恒定转速驱动。极性相间的励磁磁场随轴一起旋转，并依次切割定子各相绕组（相当于绕组导体反向切割励磁磁场）。定子三相电枢绕组就会感应出大小和方向按周期性变化的交变正弦电动势。由于三相电枢绕组在空间相差120º电角度，三相电动势相位也相差120º。其瞬时值为：空

3、载电动势的有效值为式中o为每极下的总磁通.空载电动势的频率f与转子的转速n和磁极对数p成正比,即由以上两式可得Ke为电势常数额定容量，连接方式,线电压,额定频率，磁极对数,额定转速,采用绝缘等级,冷却方式,设计标准环境温度等。4.1.3铭牌数据三相同步发电机额定值同步发电机的主要额定值有：额定容量SN或额定功率PN额定电压UN额定电流IN额定功率因数cosΦN额定频率fN额定转速nN额定励磁电压（额定励磁电流）通常把同步发电机转子转速为同步额定转速条件下，空载电动势E0与励磁电流的关系曲线称为同步发电

4、机空载特性曲线E0=f（If）或称开路特性曲线。Er：剩磁电压（在额定转速下使If=0时所测得的电枢开路电压）。§4.2三相交流同步发电机运行特性当同步发电机接通负载时,三相电枢绕组的三相电流将产生旋转磁场a,这种旋转磁场称为电枢反应磁场。电枢磁场对磁极主磁场的影响称为电枢反应。4.2.2同步发电机对称负载运行同步发电机定、转子之间的气隙同时出现两个旋转磁场。电枢反应效应与负载性质有关。a)定子绕组电动势、电流和磁动势的空间矢量图1）电枢电流与空载电势同相位时(即Ψ=0)的电枢反应交轴电枢反应直轴(D

5、irectAxis)：与主磁场同轴。交轴(QuadratureAxis)：与主磁场相交的轴。b)时间矢量图c)时-空统一矢量图直轴(DirectAxis)：与主磁场同轴。交轴(QuadratureAxis)：与主磁场相交的轴。直轴D轴交轴Q轴d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置2）电枢电流落后于空载电动势90时的电枢反应直轴去磁电枢反应：电枢磁场a与磁极磁场o在同一轴线上,但方向相反,起去磁效应使合成磁场<o。o时-空统一矢量图直轴D轴交轴Q轴直轴增磁电枢反应：电枢磁场a与磁极磁场o在同一轴

6、线上,且方向相同,起增磁效应使合成磁场大于主磁场o。3）电枢电流超前于空载电动势90的电枢反应o直轴D轴交轴Q轴时-空统一矢量图4）通常情况下,发电机的负载多为一般电感性负载,即电枢电流落后于空载电动势的角度ψ小于90。一般电感性负载的电枢反应既有去磁效应又有交磁效应。a)滞后于时的空间矢量图4）通常情况下,与不同相一般电感性负载的电枢反应既有去磁效应又有交磁效应。b)滞后时的时-空统一矢量图一般电感性负载的电枢反应既有去磁效应又有交磁效应。c)超前时得时-空统一矢量图一般电容性负载的电枢反应既

7、有增磁磁效应又有交磁效应。同步发电机负载运行时物理量的关系：一、隐极同步发电机4.2.3三相交流同步发电机电压平衡方程和相量图正弦电动势e0、ea和e是分别由转子旋转磁通0、电枢旋转磁通a和电枢绕组漏磁通产生的.Ra是电枢绕组的电阻.其电压平衡方程式为电压平衡方程相量分别表示为X=E/I称为电枢漏电抗;Xa=Ea/I称为电枢反应电抗。相量分别表示为和电枢电路的相量电压方程可写为通常Ra<

8、发电机1、双反应理论考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理的方法，就称为双反应理论。凸极同步电机的气隙是不均匀的，极面下气隙较小，两极之间气隙较大，故直轴下气隙磁阻要比交轴下气隙磁阻小许多。2、凸极同步发电机的电压方程和相量图不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关系：称为电枢漏电抗相量分别表示为因为式中，Xd和Xq分别称为直轴同步电抗和交轴同步电抗，它们是表征对称稳态运行时电枢漏磁和直轴或交轴电枢反应