同步电机及微控电机

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1、淮北职业技术学院机电工程系第六章同步电机及微控电机前言：①同步电机是一种交流电机，主要作发电机使用；也可作电动机和调相机（专门用于电网的无功补偿）使用；②同步电机定义：同步电机转速n与定子电流频率f和极对数p保持严格60f不变的关系，即n；p③主要内容：电枢反应；有功和无功调节；并联运行；不对称和突然短路6.1同步发电机的基本工作原理及其分类一、同步电机基本工作原理二、分类1.旋转磁极式定子-放置三相交流绕组转子-放置励磁绕组(主磁极)凸极式隐极式2旋转电枢式定子-放置励磁绕组(主磁极)转子-放置三相交流绕组(需三个滑环引出或引入三相电流)三、同步电机基本结构(一)隐极同步

2、电机(以汽论发电机为例)特点:转速高为保证频率f=50Hz,则发电机的极对数P少(一般为二极,2P=2)离心力大,需细长转子(隐极式)0.5mm硅钢片叠压而成定子铁心大型电机由扇型片拼成圆形1.定子矩形开口槽,径向,轴向通风道定子绕组-三相双层绕组,扁铜线绕制而成,采用成型线圈外壳-用钢板焊接而成第1页淮北职业技术学院机电工程系2.转子(1)由合金钢锻成,与转轴制成一个整体,外园开槽,大齿和小齿(2)励磁绕组为同心式绕组(3)采用高强度铝合金槽楔,端部采用保护环固定3.滑环(集电环)与电刷装置(二)凸极同步电机(以水轮发电机为例)特点:转速低为保证f=50Hz,则需发电机的极

3、对数P增大为保证放置P对磁极,则需转子的直径大.1.定子:定子铁心-硅钢片叠成,直径可达20多米,矩形开口槽.定子绕组-双层绕组2.转子:凸极式铁心由厚钢板叠成励磁绕组由扁铜线绕制而成阻尼绕组(起动绕组)-由铜条和端环构成,用于同步电动机异步起动.四、同步电机的运行状态1.稳态运行情况下,定转子磁场相对静止2.功率角δ-定子合成磁场轴线与主极磁场(转子磁场)轴线之间夹角.(用电角度表示)3.三种运行状态(1)发电机运行1物理过程:直流电流→电刷→滑环→励磁绕组→磁场原动机拖动转子pn绕组感应三相交流电动势(频率为f),接入负载后,60三相对称电流,定子旋转磁场以n1旋转.第

4、2页淮北职业技术学院机电工程系2特点:<1>功率角δ>0(即主极磁场超前定子合成磁场)<2>转子受到制动性质的电磁转矩Te<3>f∝n,为保证f=50Hz恒定,需保证n恒定,应输入转矩T111与Te平衡.(2)补偿机运行状态(或空载运行状态)当δ=0时→Te=01物理过程:转子同发电机运行状态,-主极磁场以n旋转1定子接入三相对称电源-定子合成磁场以n旋转12特点:<1>δ=0.(主磁场与定子合成磁场重合)<2>电机内没有有功功率转换(3)电动机运行当δ<0时→Te→(即主机磁场滞后定子合成磁场1物理过程:定子接三相电源-定子合成磁场以n旋转1转子接直流电源-恒定磁场,去掉原

5、动机.2特点:<1>δ<0<2>外施T2↑→δ↑→Te↑(与T2+T0平衡)保证n=n=常数1<3>转子转速n=n=60f/p,即当f一定,p一定时,n恒定.1五.同步电机的励磁方式励磁系统-共给励磁电流的整个系统-直流励磁机励磁系统,整流器励磁系统励磁系统应满足的条件:(1)能稳定的提供发电机从空载到满载(及过载)所需的If(2)当电网电压u减小时,能快速强行励磁,提高系统的稳定性.(3)当电机内部发生短路故障时,能快速灭磁.(4)运行可靠,维护方便,简单,经济.1.直流励磁机励磁副励磁机(并励直流发电机)→主励磁机(他励直流发电机)→同步发电机*一般励磁机与同步发电机同轴

6、特点:采用独立电源(直流发电机)与交流电网没关系,运行可靠.2.静止整流器励磁第3页淮北职业技术学院机电工程系(1)他励式静止流器励磁系统副励磁机(中频三相同步发电机)(电磁式或永磁式)→主励磁机(三相同步发电机)→同步发电机───────────────┛特点:①副励磁机先他励待建立电压后改为他励1自动电压调整器可根据主发电机端电压的偏差自动调整励磁电流2整流器均在电机外(静止).(2)自励式静止整流器励磁系统特点:(1)取消励磁机(3)励磁电流由电网或主发电机提供3.旋转整流器励磁(无触点式或无刷励磁)副励磁机(永磁式三相同步发电机)→主励磁机(旋转电枢式)→主发电机特点

7、:(1)主励磁为旋转电枢式(2)采用旋转整流器4.三次谐波励磁特点:(1)发电机定子嵌入三次谐波绕组(2)将三次谐波电压整流后→主发电机励磁(3)自励恒压(负载电流↑→电枢反应↑→波形畸变↑→φ3↑→E3↑→I3↑→If↑→稳压;负载电流↑→端电压↓→稳压)六.额定值1.额定容量SN(或额定功率PN)-指输出功率发电机用视在功率(KVA)或有功功率电动机用有功功率(KW)表示补偿机用无功功率(Kvar)表示2.额定电压UN—定子线电压(V)3.额定电流IN—定子线电流(A)4.其他:cosN,ηN,f