船舶电气设备与系统.ppt

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1、第五章船舶同步电机本章概述同步电机是一种交流电机,它区别另一种交流电机－异步电机的一个重要特征在于它的转速（r/min）与电流频率（Hz）之间保持着严格的关系，即式中p为电机的极对数。所以，当同步电机的极对数和转速一定时，感应电动势的频率也是一定的。同步电机和其他电机一样，具有可逆性，可做同步发电机也可做同步电动机用，还可以做同步补偿机用。但在船舶上主要是做同步发电机用，对于某些采用电力推进的船舶，推进电动机大部分采用同步电动机。第五章船舶同步电机本章主要讲解内容第一节三相同步发电机的基本类型和结构第二节同步发电机的电枢反应第三节同步发电机的电势方程和相量图第四节同步

2、发电机的运行特性第五节同步电动机第一节三相同步发电机的基本类型和结构同步电机与其他电机一样，由定子和转子两大部分组成。三相同步发电机（转场式）定子与三相异步电机的相同，主要有嵌放在铁心槽中的三相对称绕组，转子上装有磁极和励磁绕组，如图5-1三相同步发电机结构原理图所示。当励磁绕组通以直流电流以后，电机内产转子磁场，如用原动机带动转子旋转，则转子磁场与三相定子绕组间有相对运动，就会在三相定子绕组中感应出交流电势。返回图5-1三相同步发电机结构原理图返回一、同步电机的基本结构1.同步发电机按其结构可以分为旋转电枢式和旋转磁极式。2.旋转磁极式按照磁极的形状，又可分为凸极式

3、和隐极式。图5-2同步发电机的基本型式图5-2同步发电机的基本型式1-定子；2-凸极转子；3-隐极转子；4-滑环a）b）124143返回二、同步发电机的基本类型同步电机按用途分为发电机、电动机和补偿机三种；按冷却方式分为空气冷、氢气冷和水冷三种；按转子结构分为隐极式和凸极式两种。同步发电机按其原动机的种类可分为水轮发电机、汽轮发电机和柴油发电机三种。同步发电机的基本类型：按同步发电机定子和转子的结构及作用不同有两种类型，即旋转磁极式和旋转电枢式。按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型，即自励的图5-3自励同步发电机和他励的图5-4无刷同步发电机。图5-3自励同步发

4、电机返回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AVR返回三、三相同步发电机额定值同步发电机和其他电机一样，制造厂将该电机正常运行的条件，各种规定的数据都印刷在铭牌上。这些数据称为同步发电机的额定值，也是使用管理电机人员必须遵守的技术规定。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）第二节同步发电机的电枢反应三相同步发电机在运行中随着负载的大小、性质的变化，发电机内部的气隙磁场也在变化，三相同步发电机的输出电压和电流也随之变化。返回一、电枢电流与空

5、载电势同相位（即）时的电枢反应ψ=0°时，同步发电机的内功率因数为，输出的负载电流与空载电势同相，发电机并不发出无功功率，将有功功率从发电机输至电网。具体电枢反应如图5-5。a）某一瞬间的位置图b）相量图c）展开图图5-5ψ=0时的电枢反应返回二、电枢电流滞后于空载电势900（即ψ=900）时的电枢反应ψ=90°时，同步发电机的输出负载电流滞后于空载电势90°（即），发电机发出的有功功率为零，仅输送感性无功功率至电网。具体电枢反应如图5-6。图5-6ψ=90°时的电枢反应返回NSSNFaFfEUIUNSEWEVIWIVnfanU1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W

6、1W2U1U2a）U相绕组电势最大时的位置c）U相绕组电流最大时的位置b）相量图d）展开图三、电枢电流滞后于空载电势900（即ψ=-900）时的电枢反应ψ=-90°时，同步发电机的输出负载电流Ia超前于空载电势90°（），发电机发出的有功功率为零，仅输送容性无功功率至电网。具体电枢反应如图5-7。返回NSSNEUIUNSEWEVIVnFfFaIWnnU1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1U2a）U相绕组电势最大时的位置c）U相绕组电流最大时的位置b）相量图d）展开图图5-6ψ=-90°时的电枢反应四、同步发电机实际运行时的电枢反应1.实际运行时，同步发电

7、机的内功率因数角Φ可以为-90°到90°之间的任意数值，即电枢磁势的轴线和主磁势的轴线可以有任意的相对位置。与直流电机一样。此时可以将电枢磁势分解为直轴分量和交轴分量，直轴分量起去磁作用或增磁作用。2.一般0°<Φ<90°是同步发电机最常见的运行情况，此时发电机的输出负载电流落后于空载电势角，发电机将向电网输送一部分有功功率和一部分感性无功功率。a）b）c）图5-10不同性质负载时电枢反应磁场与转子电流的作用a）ψ=00；b）ψ=900；c）ψ=-900返回第三节同步发电机的电势方程和相量图同步发电机负载运行时，气隙中存在两个旋转磁场，即电枢磁场和主