电机及拖动基础 教学课件 作者 汤天浩 第10章－交流同步电机.ppt

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1、第10章交流同步电机电机及拖动基础10.1同步电机的结构和运行方式10.2同步电动机的电磁关系10.3同步电动机的功率与转矩10.4同步电动机的工作特性10.5永磁式同步电动机*1引言本章主要阐述同步电机的工作原理，利用双反应理论建立同步电动机的基本电磁关系，在此基础上对同步电动机的功率关系、功角特性、矩角特性及功率因数的调节等进行深入的分析。本章还对迅速发展的永磁式同步电动机做了简要介绍。第10章交流同步电机210.1同步电机的结构和运行方式如果三相交流电机的转子转速n与定子电流的频率f1满足下面的方程式关系，这种电机就称为同步电机。同步电机多被用作发电机，当今作

2、为动力用的强大电力几乎全是由三相同步发电机发出的，因此它是各类发电厂的核心设备之一。同步电机也可以作电动机使用，例如空气压缩机、鼓风机、电力推进装置和电动发电机组等。第10章交流同步电机310.1.1同步电机的基本结构1.定子同步电机的定子，就其基本结构来看，与异步电机的定子没有多大区别，也是由定子铁心、定子绕组以及机座、端盖等附件组成。第10章交流同步电机42.转子同步电机的转子有两种结构形式：一种有明显的磁极，称为凸极式，如图10-1a所示；另一种转子为一个圆柱体，表面上开有槽，无明显的磁极，称为隐极式，如图10-1b所示。第10章交流同步电机同步电机的励磁电源

3、有两种：一种是由励磁机供电，另一种是由交流电源经过整流而得到。每台同步电机应配备一台励磁机或整流励磁装置，以便调节励磁电流。水轮发电机凸极式汽轮发电机隐极式转速较低转速较高510.1.2同步电机的基本原理1.同步电机的物理模型第10章交流同步电机62.同步电机的工作原理现以同步发电机为例来说明同步电机的工作原理。当同步发电机的转子在原动机的拖动下达到同步转速n1时，由于转子绕组是由直流电流If励磁，所以转子绕组在气隙中所建立的磁场相对于定子来说是一个与转子旋转方向相同，转速大小相等的旋转磁场。该磁场切割定子上开路的三相对称绕组，在三相对称绕组中产生三相对称空载感应电

4、动势E0。若改变励磁电流的大小则可相应地改变感应电动势的大小，此时同步发电机处于空载运行。当同步发电机带负载后，定子绕组构成闭合回路，产生定子电流，该电流是三相对称电流，因而要在气隙中产生与与转子旋转方向相同，转速大小相等的旋转磁场。此时定、转子间旋转磁场相对静止，气隙中的磁场是定、转子旋转磁场的合成。由于气隙中磁场的改变，定子绕组中感应电动势的大小也将发生变化。第10章交流同步电机73.同步电机的运行方式第10章交流同步电机810.2同步电动机的电磁关系10.2.1同步电动机的磁动势当同步电动机的定子三相对称绕组连接到三相对称电源上时，就会产生三相合成旋转磁动势，

5、简称电枢磁动势，用空间矢量Fa表示。设电枢磁动势Fa的转向为逆时针方向，转速为同步转速。在同步电动机负载运行时，其转子也是逆时针方向以同步转速旋转。由直流励磁电流If产生的磁动势称为励磁磁动势，用Ff表示，它也是一个空间矢量。这里规定两个轴方向：转子N极和S极的中心线称为直轴或纵轴，简称d轴；与直轴相距90空间电角度的方向称为交轴或横轴，简称q轴。直轴和交轴随转子一同旋转，如图10-4所示。第10章交流同步电机9先考虑励磁磁动势Ff单独在电机主磁路中产生磁通时的情况。励磁磁动势Ff总是在直轴方向，产生的磁通如图8-5所示。将由励磁磁动势Ff单独产生的磁通叫励磁磁通

6、，用f表示。第10章交流同步电机10f经过的磁路是以直轴为对称的，图10-6是其计算机仿真结果。第10章交流同步电机11对于电枢磁动势Fa单独在电机主磁路中产生磁通时的情况，则比励磁磁动势Ff产生磁通时的情况复杂。图10-7给出了电枢磁动势单独在电机主磁路中产生磁通的计算机仿真结果。第10章交流同步电机1210.2.2凸极同步电动机的双反应理论第10章交流同步电机13根据第8章的分析，可以写出由定子电流产生的电枢磁动势的表达式（10-2）将上式分解为d、q轴上的直轴电枢磁动势和交轴电枢磁动势：（10-3）第10章交流同步电机14考虑到式（10-1）的关系，即有（

7、10-4）第10章交流同步电机1510.2.3同步电动机的电压方程1.凸极同步电动机的电压方程不管是励磁磁通f，还是直轴磁通ad和交轴磁通aq，都是以同步转速逆时针旋转，因此都要在定子绕组中产生相应的感应电动势。根据图10-9给出的同步电动机定子绕组各电量正方向，可以列出A相回路的电压方程（10-5）第10章交流同步电机16感应电动势、可以写成（10-7）（10-6）把式（10-6）、式（10-7）代入式（10-5），得在将式（10-4）代入上式，得第10章交流同步电机直轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗17一般情况下，当同步电动机容量较大时，可忽略电阻Rs，