最新第六章_同步电机教学教材.ppt

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1、6.1同步电机概述同步电机的运行特点同步电机转子的旋转速度必须与定子磁场的旋转速度严格的同步，即,同步电机由此得名。1.同步发电机：机械能交流电能2.同步电动机：交流电能机械能3.同步调相机：接在电网上作空载运行的同步电动机，其主要作用是补偿电网的无功功率，以提高功率因数。二.同步电机的分类1.直流发电机励磁系统三.励磁方式GG副励磁机主励磁机同步发电机2.静止式交流整流励磁系统，如下图所示。交流副励磁机交流主励磁机不可控整流起器电压调整器主发电机电压互感器电流互感器可控整流起器自励恒压器四.同步电机的用途1.同步发电机世界上的电力几乎都由同步发电机发

2、出。2.同步电动机同步电动机即可作为电动机，又可通过调节励磁电流来改变功率因数。3.同步调相机是同步电动机的一种特殊的运行方式，即接于电网作空载运行，专门用于电网的无功补偿，以提高功率因数。6.2同步电机的主要结构及基本工作原理主要结构同步电机旋转电枢式旋转磁极式隐极式（Salient-pole）凸极式（Cylindrical-Rotor）旋转磁极式又可分为凸极式和隐极式两种。1.凸极式同步电机的结构（1）定子部分铁心由电工钢片冲叠而成，其上安放三相对称绕组，构成磁路。绕组三相对称绕组，通入三相对称电流，以产生旋转磁场。（2）转子部分铁心由电工钢片冲成

3、凸极叠压而成，其上安放励磁绕组，构成磁路。绕组励磁绕组，经电刷和滑环引入直流电，以形成主极磁场。2.隐极式同步电机的结构（1）定子部分:同凸极式（2）转子部分铁心由电工钢片冲叠而成圆柱体铁心，外围有磁槽，槽内安放励磁绕组，构成磁路。绕组励磁绕组，经电刷和滑环引入直流电，以形成主极磁场。二.基本工作原理1.发电机工作原理转子的主极磁场在原动机的拖动下旋转，切割定子的三相绕组，依次感应电势如下：2.电动机工作原理当同步电机的三相对称绕组通入对称三相电流时，在定子中产生旋转磁场。该磁场与主极磁场互相作用，产生电磁力矩，使转子跟着旋转磁场旋转。其原理图如下：N

4、oNSSon1nn1n三.额定值额定容量SN(或额定功率PN)——指额定运行时电机的输辅出功率额定电压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cosΦ——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。我国标准工频规定为50Hz额定转速nN——指额定运行时电机的转速，对同步电机而言，即为同步转速6.3空载和负载时同步发电机的磁场一.空载运行时同步发电机的磁场空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立的主极磁场。图（a）表示一台四极电机空载时的磁通示意图。从图可见，主极磁通分成主磁通Φ0和漏磁

5、通Φδ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。空载特性如图（b）所示，它是同步电动机的一条很重要的特性曲线。（a）（b）二.负载运行时同步发电机的磁场当同步发电机向外供电时，其定子三相绕组中流过三相的对称电流同样产生旋转磁场，该磁场对主极磁场的影响称为电枢反应。电枢反应的性质(增磁、去磁或交磁)取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取决于激磁电动势E0和负载电流I之间的相角差Ψ0(Ψ0称为内功率因数角)。下面分成两种情况

6、来分析。1.与同相(1)定子绕组内的电动势,电流和磁动势的空间矢量图(2)时间矢量图(3)时-空统一矢量图(4)气隙合成磁场与主磁场的相对位置2.与不同相（1）滞后于时的空间矢量图（2）滞后于时的时-空统一矢量图（2）超前时的时-空统一矢量图6.4隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路一.隐极同步发电机的电压方程其中称为同步电抗同步电抗的物理意义：表征对称负载下单位电枢电流三相联合产生的电枢总磁场在电枢每相绕组中感应电势。简化方程式并且有二.隐极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cosφ及参数ra、xtφψδ当功率因数cosφ滞后

7、时的相量图三.隐极发电机的等效电路：raxt只要去掉ra即可得到简化等效电路6.5凸极同步发电机的电压方程和相量图一.凸极发电机的电势方程式其中：称为直轴同步电抗称为交轴同步电抗并且有二.凸极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数及参数ra、xd、xq。已知内功率因数角ψ按照电势方程式的关系作出相量图未知内功率因数角ψ1.利用方程式求出ψ：2.利用公式求出ψ：6.6同步发电机的功率平衡和转矩平衡输入功率P1机械损耗pmec附加损耗pad铁损pFe电磁功率Pem定子铜损pcu1输出功率P2一.有功功率1.有功功率功角特性定义：并联于无穷大电

8、网的同步发电机，当电网电压和频率恒定、参数（xd、xq、xt）为常数、空载电势E0不变（即If