电机与变压器教案(第18讲).pdf

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1、《电机与变压器》第十八讲授课2节授课课题：1、同步发电机的工作原理2、同步电动机的工作原理课时日期授作业拟用课讲授提问20.5方题数时间式选教1.掌握同步发电机的工作原理用学2.掌握同步电动机的工作原理教模型、自制挂图目具3.掌握同步补偿机对电网功率因数的补偿作用的挂图1.同步发电机的工作原理重2.同步电动机的工作原理难同步补偿机对电网功率因数的补点3.同步补偿机对电网功率因数的补偿点偿作用作用复习：1、直流电动机的调速方法有哪几种?教2、直流电动机的能耗制动有什么特点?学回导入课题：顾在交流电机中，转子

2、转速严格等于同步转速的交流电机称为同步电机。同步导电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。现代发电厂入中所发出的交流电几乎全部是同步发电机产生的。课下面我们一起来同步电机的工作原理及其应用。题授课教师：黄文进教研组审阅：科审阅日期：一、讲授新课（一）同步发电机的工作原理如图所示是具有两个磁极的凸极式同步发电机，它的定子和三相异步电动机一样对称地安放着三相绕组。转子则是由磁极铁心和套在磁极上的励磁绕组构成，励磁绕组中加入直流电流后，就会在气隙中产生一个恒定的主极磁场。若用原动机拖动发电机

3、转子以同步转速旋转，主磁极产生的恒定主极磁场随着转子的转动形成一个旋转磁场，在定子绕组中就会感应出交变电动势。因为结构设计使主磁场在空间按正弦规律分布，所以各相绕组中产生的交变电动势也随时间按正弦规律变化。即a)同步发电机的工作原理b)三相电动势的波形图9—1同步发电机由于三相绕组在空间彼此互差1200电角度，在图9—1a所示旋转方向下，N极磁通将依次切割U相、V相、W相绕组。因此，定子三相电势大小相等，相位彼此互差l200电角度。设U相绕组的初相角为零，则三相电动势的瞬时值为：同步发电机的定子绕组中就产

4、生了如图9—1b所示的三相对称电动势，若在定子绕组上接上负载，则同步发电机就会向负载输出三相交流电流。三相电动势的频率由发电机的磁极数和转速决定：当转子为一对磁极时，转子旋转一周，绕组中的感应电动势变化一个周期；当电机有p对磁极时，则转子转过一周，感应电动势变化p个周期。设转子每分钟转数为n，则每秒钟旋转n／60转，因此感应电动势每秒变化pn／60个周期，即电动势的频率，为：我国国家标准规定工业交流电的频率为50Hz，汽轮发电机在高转速下运行比较经济，转速一般为n=3000r/min或n=1500r/mi

5、n，发电机对应的磁极为一对磁极或为两对磁极。相反，水轮发电机为低速发电机，它的转子磁极对数很多，如n=100r/min时，发电机磁极对数有30对。现代发电厂中所发出的交流电能几乎全部是同步发电机产生的。汽轮发电机和水轮发电机就分别是隐极式和凸极式同步发电机。2003年7月10日，三峡工程首台发电机组(2号机组)正式并网发电。三峡水电站单机装机容量为70万千瓦，是世界上单机最大的水轮发电机。三峡水电站共装机26台，总装机容量1820万千瓦，年均发电可达80.0多亿度(千瓦小时)。长江三峡水利枢纽，是当今世界

6、上最大的水利枢纽工程，它不仅为我国带来巨大的经济效益，还将为世界水利水电技术和有关科技的发展作出有益的贡献。（一）同步电动机的工作原理1、定子旋转磁场与转子励磁磁场的关系同步电动机的定子结构和三相异步电机是一样的，当通人三相对称电流时，它将产生一个同步速度旋转的正弦分布磁场，而这时转子上也有一个直流励磁正弦分布的磁场。当三相同步电动机正常工作时，转子也是以同步转速旋转，所以这两个磁场在空间上的位置是相互固定的，因此它们之间的作用也是固定的。a)转子超前角b)转子落后角c)=0时图9—4定子磁场与转子

7、磁场的关系根据这两个磁场的相对位置不同，可分成三种情况：（1）转子磁场超前定子磁场角转子磁场吸引着定子做同步转速运转，从物理学的能量、力矩平衡关系看，转子的(机械)驱动力矩应等于定子磁场的(电磁)阻力矩。转子做的功(机械功)应等于定子中产生的功(电功)，转子做的功是由原动机提供的，同步电动机处于发电机运行状态。（2）转子磁场落后定子磁场角定子磁场吸引着转子做同步转速运转，从物理学的能量、力矩平衡关系看，是定子磁场做功，转子是输出机械功，即同步电动机工作在电动机状态。当转子的负荷增加时，拉力就会增大，磁

8、力线会被拉长，转子落后的角度就会增加，所以0角也称为功角。（3）转子磁场与定子磁场的夹角为零定子磁场和转子磁场正好重合，虽然相互吸引，但这个吸引力经过转子的轴心，所以不会产生力矩，因此也就不会输出功率。当空载时，虽然转子没有输出功率，但电动机总有一定的摩擦力矩、空气阻力矩等，所以0角不可能完全为零，但0角很小。2、失步现象从前面分析看出，电动机运行时，定子磁场拖动转子磁场旋转。两个磁场之间存在着一个固定的力矩，这个力矩的存在