船舶电气设备及系统课件-第四章-同步电机.ppt

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1、第四章同步电机§4-1三相交流同步电机的基本结构、工作原理及铭牌数据本节的主要内容三相交流同步电机的基本结构三相交流同步发电机的基本工作原理铭牌数据4.1.1三相交流同步电机(synchronousgenerator)的基本结构基本结构：定子和转子。定子结构：——一般是三相电枢绕组（转极式）结构：由铁心和绕组组成，与异步电机定子基本相同。机座号相同时若与异步机互换仍可运行。区别：主要是尺寸方面，同步电机通常容量较大，而异步机的容量相对较小。因此，从表面上看同步机机壳无散热片，异步机则有散热片。接线：发电机定子绕组通常采用Y形连接——减小三次谐波影响。同步电机旋

2、转电枢式旋转磁极式隐极式(Salient-pole)凸极式(Cylindrical-Rotor)基本结构旋转磁极式同步电机类型：发电机——把机械能转换为电能电动机——把电能转换为机械能补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸收无功功率同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场与转子主磁场之间的夹角，称为功率角。定子结构定子：定子是由铁芯、定子三相绕组、机座及固定这些部分的其他结构件组成，中小型同步发电机的定子部分与三相交流异步电机的定子结构部分基本相同。转子结构——一般是励磁绕组转子：励磁绕组是直流绕组。隐极式转子结构：隐极式铁心隐极式转子大型机的转子支架转

3、子铁心硅钢片一对极隐极式示意图隐极式转子结构示意滑环两对极凸极式转子立体示意图电机截面示意图4.1.2三相交流同步发电机的基本工作原理直流电流通入励磁绕组，主磁极产生励磁磁通。主磁极被原动机拖动，以同步转速旋转，其磁通密度沿气隙近似正弦波形分布。励磁磁场依次切割定子各相绕组（相当于绕组导体反向切割）。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。直流电源由滑环向转子提供励磁电流，产生磁场；原动机拖动转子旋转，转子磁场切割三相定子绕组，感应三相交流电。导体感应电动势励磁绕组通入直流电后产生磁场，发电机转子由原动机拖着以恒定转速n1相对于定子顺

4、时针方向旋转，定子导体相对磁场运动感应电动势，感应电动势可以由e=bδlv决定。当导体长度一定、转速一定时，导体感应电动势由气隙磁通密度大小决定。图4-6三相空载电势向量图图4-5同步发电机主磁极下气隙的磁通密度分布电动势瞬时值为: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。——P.53，式4-1即有关公式式4-2与变压器公式多了kw，称为绕组系数。是绕组短距和分布引起的。电势、频率公式：4.1.3铭牌数据铭牌数据：主要铭牌数据有：额定容量（或功率）、额定电压、额定电流、额定功率因数、额定频率、额定转速、绝缘等级、温升、励磁电压、励

5、磁电流等。注意：额定容量、额定电压、额定功率因数和额定电流可能只标出三个（∵第四个参数可以求出）。额定容量SN——指额定运行时电机的输出功率额定电压UN——指额定运行时定子的线电压额定电流IN——指额定运行时定子的线电流额定功率因数——指额定运行时电机的功率因数额定频率fN——指额定运行时电枢的频率额定转速nN——指额定运行时电机的转速，即为同步转速额定值：结构（基本结构、组成、转极式和转枢式）；原理（原动机转，磁场切割绕组产生电势，在空间互差120°，所以是三相交流电势）；额定参数（主要是容量、电压、电流、功率因数、频率）。第一节要点§4-2三相交流同步发电

6、机运行特性本节的主要内容同步发电机空载运行特性同步发电机对称负载运行三相交流同步发电机电压平衡方程和相量图三相交流同步发电机的外特性及调节特性三相交流同步发电机的功角特性空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立的主极磁场。主极磁通分成主磁通0和漏磁通f两部分，前者通过气隙并与定子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁绕组相交链。主磁通所经过的主磁路包括空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。空载运行4.2.1同步发电机空载运行特性(no-loadcharacteristic)保持n=nN，空载电势E0与励磁电流If的关系曲线。P.54，+6行的

7、k是饱和系数。等于总磁势与不饱和磁势之比。也等于饱和电势与不饱和电势之比。空载特性实质是磁化曲线。k一般为1.1～1.254.2.2同步发电机对称负载运行同步发电机负载后，三相电枢绕组也将产生旋转磁场（与异步电动机一样）；稳定运行时，定子电枢磁场（电气磁场）与励磁磁场（机械磁场）之间没有相对运动；定子电枢磁场对转子磁场（气隙磁场）的影响称为电枢反应；电枢反应的大小、性质与负载电流的大小、相位有关（与负载的大小、性质有关）。内功率因数角：Ė0与İa之间的相位角。电枢电流与空载电势特殊关系有：同相位、滞后和超前三种。与之对应的电枢反应的性质有：交轴、直轴去磁

8、和直轴增磁三种。发电机负载一般为感性负