同步电机课件.ppt

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1、第3章三相同步电机3-1同步电机的基本结构和运行状态3-2同步发电机的磁场3-3隐极同步发电机的基本电磁关系3-4凸极同步发电机的基本电磁关系3-5同步发电机的功率方程和转矩方程3-6同步发电机的功角特性3-7三相同步电动机3-8永磁同步电机设计中的几个问题同步电机转子转速是常值且与同步速相等，与负载的大小无关。同步电机主要用作发电机，也可以用作电动机和补偿机。3-1同步电机的基本结构和运行状态一、基本结构定子转子a)隐极式b)凸极式有明显的凸出的磁极，气隙不均匀，制作简单。适合于高速发电机适合于低速发电机转子圆柱形，气隙均匀，转子机械强度高，励磁绕组固定容易。同

2、步电机又分为隐极式和凸极式两种电励磁永磁励磁：表面式，嵌入式，内置式。表面式结构（a）（b）表面式转子结构由于永磁体的磁导率与气隙相近，表面式结构的电机交、直轴磁路磁阻基本相同，因此是一种隐极式同步电动机。嵌入式结构嵌入式转子结构内置式结构（a）永磁体径向充磁；（b）永磁体横向充磁内置式转子结构在嵌入式和内置式电机中，交、直轴磁路磁阻是不相等的。二、同步电机的运行状态感应电机的运行状态时由转差率s决定的。同步电机：转子磁场同步速旋转：转子通入直流励磁电流，转子在原动机拖动下以ns旋转。定子磁场也以同步速旋转：定子三相对称绕组在转子磁场的作用下，产生三相对称电动势，

3、接负载后流过三相对称电流，并在气隙中产生以同步速旋转的磁动势和磁场。定转、子磁场相对静止，并相互作用，产生电磁转矩，进行能量转换。三种运行状态是由转子磁场B0与合成磁场B的相对位置决定。同步电机的三种运行状态：发电机，电动机，补偿机。δ转子磁场轴线领先合成磁场轴线的夹角—功率角δ>0时，Te为制动转矩，原动机的驱动转矩与电磁转矩Te平衡。转子吸收机械功率，定子发出电功率。Teδns主极SNoNSo主极a)发电机发电机运行状态δ<0时，Te为驱动转矩，带动负载运行。转子输出机械功率，定子吸收电功率。NSo电动机运行状态δc)电动机SNonsTeδ=0时，不进行能量

4、转换，仅发出或吸收无功功率，补偿机。补偿机运行状态NoSnsTe=0NSob)补偿机四、额定值额定电压UN单位为kV额定电流IN单位为A,kA额定功率因数额定频率fN单位为Hz额定转速nN单位为r/min额定温升θN额定励磁电流和电压IfN、UfN额定容量SN或额定率PN单位为kW,kVA同步发电机的额定功率是指额定运行时，电枢绕组输出的视在功率或有功功率同步电动机的额定功率是指额定运行时，轴上输出的机械功率补偿机的额定功率是指额定运行时，电枢绕组输出的无功功率3-2同步发电机的磁场一、空载运行nsIfI=01、空载磁场——主磁场若主磁场B0在气隙中正弦分布，且以

5、同步速ns旋转，则在定子绕组中产生对称三相电动势：空载电动势，激磁电动势有效值：频率：2、空载特性ns=cE0=f(If)Ff∝IfE0∝0电机的磁化曲线0=f(Ff)同步电机的空载特性0较小时，磁路不饱和，空载曲线的下部是一条直线；随0的增大，铁心逐渐饱和，空载曲线弯曲。气隙线：不计铁心磁阻的空载特性曲线。空载特性是同步电机的一条基本特性。二、负载运行接三相对称负载空载时，同步电机的气隙磁场是由励磁磁动势所产生的主磁场B0。}(空载电动势或激磁电动势)电枢反应：电枢磁动势的基波对气隙磁场的影响电枢反应使气隙磁场空间位置发生变化，直接关系到电机的机电能量转

6、换。电枢反应的去磁或增磁，对电机的运行性能产生影响电枢反应的性质（交磁，去磁或增磁）取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置。这一相对位置决定于空载电动势和负载电流的之间的相位差，称为内功率因数角。o一台2极同步发电机定子三相对称绕组以集中绕组表示转子励磁绕组也以集中绕组表示。（转子直轴和交轴）电枢绕组中电动势和电流的正方向规定：从首端流出，尾端流入。图示瞬间，A相绕组电动势达正的最大值，方向从X入，A出。从导体切割磁力线分析。从磁通的变化来分析。A相磁通为零，电动势滞后磁通90度。B相绕组、C相绕组电动势滞后A相电动势120度和240度。(直轴)(交轴)1.

7、o=0时基波磁动势Fa轴线与A相绕组轴线重合电枢磁动势的轴线与转子直轴正交，与交轴重合电枢磁动势是交轴磁动势A相电流达最大值时间相量图d轴q轴A相电动势达最大值相量在时轴上的投影为它的瞬时值时-空统一矢量图电枢磁动势是一个交轴磁动势，由此所产生的电枢反应为交轴电枢反应。主磁场与电枢磁动势之间的空间相位关系，恰好与链过A相的主磁通与A相的电流之间的时间相位关系一致。时-空统一矢量图三相对称，因此把表示A相量的下标A省略，写成。在时空矢量图中：既代表主极基波磁动势的空间矢量，也表示时间相量的相位；既代表A相电流相量，又表示电枢磁动势的空间相位。空间矢量是整个电枢（三

8、相）或主极