《同步电机原理课程》PPT课件

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1、同步电机原理结构模型◆同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。　◆图15.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。　◆转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。　

2、◆气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。　◆除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。图中用AX、BY、CZ三个在空间错开120电角度分布的线圈代表三相对称交流绕组。工作原理◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。　◆载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。　◆切割运动：原动机拖动转

3、子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。　◆交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。　◆感应电势有效值：由第11章可知，每相感应电势的有效值为(15.1)◆感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n和极对数p，即(15.2)◆交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，

4、保证了感应电势的三相对称性。同步转速◆同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz，故有：(15.3)◆要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。运行方式◆同步电机的主要运行方式有三种，即

5、作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。同步发电机电势方程式和相量图电势方程式◇负载以后，同步发电机的电枢绕组中

6、存在以下电势：　　　①由励磁磁通产生的励磁电势；　　　②由电枢反应磁通产生的电枢反应电势；　　　③由电枢绕组漏磁通产生的漏磁电势。　　由于电枢绕组的电阻很小，如果忽略电阻压降，则每相感应电势总和即为发电机的端电压，用方程式表示为(16-7)◇对于凸极电机来说,+=-j-j,其方程式可表示为=+j+j(16-8)◇对于隐极电机来说，+=-j，其方程式可表示为=+j(16-9)隐极发电机电势相量图凸极发电机电势相量图凸极发电机电势相量图　　◇对于凸极电机来说，需要首先将分解为和，然后才能根据方程式

7、(16-8)作出其电势相量图。由于与同方位，与正交，只要找出的方位，就可以方便地将分解为和。　　◇方程式(16-8)两边同时加上-j(-)，即：　　　　　　　　　　　　　　上式左边的相量-j(-)显然与处于同一方位，而右边的相量+j可以很方便地求得，这样就找到了的方位。参看图16.7b，凸极电机的相量图可按下述步骤作出。　　①在水平方位作出相量，错开j角作出；　　②在的尾端，加上相量j，它超前于90°电角度，经过首端和j尾端的直线就确定了的方位，也即确定了q轴，与q轴正交的方位即为d轴；　　

8、③将在正交分解为和；　　④根据方程式(16-8)即可作出。　　◇电势相量图很直观地显示了同步电机各个相量之间的数值关系和相位关系，对于分析和计算同步电机的许多问题有较大的帮助作用。对于凸极电机来说，(16-10)而对于隐极电机来说，有(16-11)以上两式在分析同步电机问题经常用到。功角特性及有功功率调节功率平衡功率平衡◆同步发电机的功率流程如图17.6所示。为自原动机向发电机的输入的机械功率，其中一部分提供轴与轴承间的摩擦、转动部分与