电机学第5章同步电机概要.ppt

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1、第五章同步电机及控制电机5.1同步电机5.1.1三相同步电机的基本结构5.1.2三相同步发电机5.1.3三相同步电动机5.2控制电机5.2.1控制电机概述5.2.2步进电动机同步电机主要用途：主要作为发电机使用,工农业的交流电几乎全由同步发电机发出。作为电动机使用，在不要求调速的大功率生产机械中使用较多。作为同步补偿机使用（又称为调相机），专门向电网发出感性和容性无功功率，满足电网对无功功率的要求。5.1同步电机5.1.1三相同步电机的基本结构同步电机结构模型定子包括：定子铁心、三相绕组（又称电枢绕组）、

2、机座、端盖。转子部分：转子铁心、转子绕组、滑环和转轴。转子有两种类型：凸极式、隐极式。（1）凸极式：有明显的极，励磁绕组绕在铁心上，可以是一对、两对，机械强度较低适用于转速低的场合，但结构简单。没有明显的极，转子为一圆柱体，工艺复杂，机械强度高。两极汽轮发电机的转子剖面图5.1.2三相同步发电机+-励磁电源n定子铁心定子绕组励磁绕组1、基本工作原理（1）空载运行定子三相绕组开路时即为空载运行状态。A、转子绕组中通直流电，产生磁场Φ0B、原动机拖动转子旋转，产生旋转磁场，该磁场沿气隙按正弦规律分布，定子绕组

3、内磁通发生变化产生感应电动势，也按正弦规律变化。定子三相绕组结构相同，空间分布相差120度，因此三相绕组感应的电动势幅值、频率相同，相位相差120度。式中为一对磁极产生的主磁通，其大小可由If调节，N为定子每相绕组匝数。C、f为电动势的频率。频率表示每秒钟切割磁力线的次数。P为转子磁极对数，n为转子转速（转/分），当n不变时才有f不变。当空载运行时只须克服摩擦、风阻及铁损等形式的空载转矩。（2）负载运行当定子绕组与负载相连，电枢绕组中通过电流即进入负载运行状态。产生的磁场转子绕组定子绕组产生旋转磁场Φ0E

4、0I0三相对称交流电Φa电枢磁场，转速为n0假设负载对称所以Φa与转子相对静止，它们总是同步在空间旋转，同步电机的名称由此而来。电机中少量的漏磁通负载时定子中通以电流产生了电枢磁场，电枢磁场使气隙磁场发生变化的作用称为电枢反应。这时的气隙磁场是电枢磁场和转子磁场合成的旋转磁场。Xs为同步电抗包括电枢反映感抗和电枢漏感抗。E0UjXSIθφabcIE0U内阻抗例5.1.1某三相六极同步发电机的额定电压为400v，额定容量为15kvA，频率为50Hz，同步电抗Xs=6欧姆，功率因数为0.8（滞后），电枢绕组星

5、形联接。试求：①转速；②每相绕组的空载电动势和功率角。例：一台三相Y形连接的隐极同步发电机，每相电抗为2欧姆，每相电阻为0.1欧姆，当容量为500kvA，cosφ=0.8（滞后）时，端电压为2300v，求气隙磁场在一相绕组中产生的电动势。IUEIRjIXs2、三相同步发电机的特性（1）空载特性空载特性曲线的校正空载试验还可检验励磁系统的工作情况，电枢绕组连接是否正确。（2）外特性在额定同步转速、励磁电流和负载功率因数不变下，定子绕组的端电压和定子电流之间的关系。当负载分别为电容性、电阻性、电感性负载时，该

6、特性曲线不同（p120），这是因为电枢回路中的阻抗压降及电枢反应的不同影响造成的。作为发电机的端电压变化越小越好，用电压调整率表示。其中U0是空载时的端电压，UN是额定电压。当电压变化较大时，需调节励磁电流If使E0作相应的变化。（3）,n=cont时电感性电容性电阻性3、同步发电机的励磁方式同步发电机的直流供电装置称为励磁系统。获得直流励磁电流的方法称为励磁方式。励磁系统的作用：（1）提供励磁电流，并根据负载变化作相应的调整维持端电压不变。（2）发电机因故端电发严重下降时对发电机强行励磁提高运行的稳定性

7、。（3）当负荷突然减少时，强行减磁以限制发电机端电压过度增高。励磁方式：自励：二极管或晶闸管整流器将自身发出来的交流电整流后送给励磁绕组。其中有三次谐波励磁方式，利用气隙磁场中存在的三次谐波在定子绕组中感应出三次谐波电动势，经整流后作为励磁电流。它励：励磁电流取自于其他电源，一般有直流励磁机（常见的有直流并励发电机）；交流励磁机。特点是励磁机只与原动机有关，与外电网无直接关系，电网发生故障时不会影响励磁系统。5.1.3三相同步电动机NSNSn0n1、工作原理定子绕组星形或三角形连接，通入三相交流电产生旋转

8、磁场。转速为：转子绕组通入直流励磁电流产生转子磁场。两磁场异性磁极相吸。定子磁场吸引转子同方向等速度旋转。转子轴上的负载转矩须小于同步电机定子转子间吸引力产生的转矩。转子的转向与异步电动机一样取决于定子磁场的旋转方向与励磁绕组电流无关。运行时各相电枢绕组中的磁通是转子绕组产生的磁通、电枢绕组产生的磁通和电枢漏磁通合成的结果。感应的电动势关系为：E0UjXSI与发电机不同电动机电枢绕组上感应出的电动势为反电动势。发电机的等效电路