電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)9

1、第第9章章同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)V1V2W2W1U1U2NS9.1 概述概述一、同步電機(jī)的工作原理一、同步電機(jī)的工作原理定子定子+UfIf轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子勵(lì)磁勵(lì)磁繞組繞組1. 三相同步電動(dòng)機(jī)三相同步電動(dòng)機(jī) 定子定子 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 直流磁極。直流磁極。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步同步第第9章章 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)60 f1pn = n0 = V1V2W2W1U1U2NS 同步電動(dòng)機(jī)中的磁通勢(shì)同步電動(dòng)機(jī)中的磁通勢(shì) 定子定子 電樞。電樞。電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) Fa轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) F0氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) F NSSNn0n0 電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) Fa 對(duì)對(duì) F 的影響

2、。的影響。NSSN電動(dòng)機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)n0n0理想空載狀態(tài)理想空載狀態(tài)F0FaF功功角角三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理 三相同步電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)（三相同步電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)（動(dòng)畫動(dòng)畫）三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理 同步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) V1V2W2W1U1U2NSF0FaFF0電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E0F電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E1 E0 在時(shí)間上滯后于在時(shí)間上滯后于 E1角角 F0 在空間上在空間上 滯后于滯后于F角角 E0 在時(shí)間上滯后于在時(shí)間上滯后于 E1角角 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工

3、作原理2. 三相同步發(fā)電機(jī)三相同步發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī)F0 旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)的 F0 和和0E0 原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) SNn0NSn0發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電機(jī)運(yùn)行NSSNn0n0 理想空載狀態(tài)理想空載狀態(tài) V1V2W2W1U1U2NSF0FaF三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理 三相同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)三相同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電樞（定子）：電樞（定子）： I1 (Fa ) = 0轉(zhuǎn)子每極磁通：轉(zhuǎn)子每極磁通： 0 空載電動(dòng)勢(shì)：空載電動(dòng)勢(shì)： E0 = 4.44 f1 kw1 N10 或或電樞相電壓：電樞相電壓： U0P = E0電樞線電壓（電樞線電壓（Y 形聯(lián)結(jié)）：形聯(lián)

4、結(jié)）：E0 = j4.44 f1 kw1 N10U0L =3 E0 E0 的頻率：的頻率：f1 =pn60如果：如果： f1 = 50Hz，則：則： pn = 3 000 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理 三相同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)三相同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí) 電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) Fa轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) F0氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì) F 同步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) V1V2W2W1U1U2NSF0FaFF0電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E0F電樞三相電樞三相 繞組中感應(yīng)繞組中感應(yīng) E1E0 在時(shí)間上超前于在時(shí)間上超前于 E1角角F0

5、 在空間上在空間上 超前于超前于F角角 三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理3. 三相同步電機(jī)的可逆運(yùn)行三相同步電機(jī)的可逆運(yùn)行NSSNn0n0電動(dòng)機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)NSSNn0n0理想空載狀態(tài)理想空載狀態(tài)SNn0NSn0發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電機(jī)運(yùn)行三相同步電機(jī)的工作原理三相同步電機(jī)的工作原理二、二、 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1. 主要部件主要部件(1) 定子（電樞）定子（電樞）(2) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成。由硅鋼片疊成。對(duì)稱三相繞組。對(duì)稱三相繞組。定子鐵心：定子鐵心：定子繞組：定子繞組：機(jī)座和端蓋等。機(jī)座和端蓋等。轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心： 由整塊鑄（鍛）鋼制成。由整塊鑄（鍛）鋼制

6、成。勵(lì)磁繞組：勵(lì)磁繞組： 工作時(shí)施加直流勵(lì)磁。工作時(shí)施加直流勵(lì)磁。阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。阻尼繞組阻尼繞組第第9章章 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)2. 勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式(1) 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 勵(lì)磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。勵(lì)磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。(2) 靜止整流器勵(lì)磁靜止整流器勵(lì)磁 交流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)整流整流直流電直流電(3) 旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁 交流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)整流整流直流電直流電勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組。電刷電刷集電環(huán)集電環(huán)勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組。 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(1) 按能量轉(zhuǎn)換的方式不同：按能量轉(zhuǎn)換的方式不同： 同步發(fā)動(dòng)機(jī)、同

7、步電動(dòng)機(jī)。同步發(fā)動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。(2) 按相數(shù)的不同按相數(shù)的不同: 三相、單相。三相、單相。(3) 按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極式。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極式。3. 主要種類主要種類NS+3 3 +NS三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)水輪機(jī)水輪機(jī) 臥式、立式。臥式、立式。(5) 按原動(dòng)機(jī)的不同：按原動(dòng)機(jī)的不同： 汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)。(4) 按安裝方式的不同：按安裝方式的不同：三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)小浪底電站水輪機(jī)組安裝小浪底電站水輪機(jī)組安裝三相同步電機(jī)的基

8、本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三峽電站首臺(tái)機(jī)組安裝三峽電站首臺(tái)機(jī)組安裝三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)水力發(fā)電水力發(fā)電三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠勵(lì)勵(lì)磁磁機(jī)機(jī)發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)汽汽輪輪機(jī)機(jī)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)燃燃燒燒室室燃燃料料鍋爐的鍋爐的爐膛爐膛循環(huán)水循環(huán)水汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)3 600 r/min升壓變升壓變壓器壓器超熱高壓蒸汽超熱高壓蒸汽電能輸出電能輸出電能的產(chǎn)生電能的產(chǎn)生三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 熱電廠熱電廠1 煤傳送帶煤傳送帶2 加煤機(jī)加煤機(jī)3 粉碎機(jī)粉碎機(jī)4 鍋爐鍋爐5 煤渣煤渣6 空氣預(yù)熱器空

9、氣預(yù)熱器 7 靜電除塵靜電除塵8 煙囪煙囪9 汽輪機(jī)汽輪機(jī)10 冷凝器冷凝器11變壓器變壓器12 冷卻塔冷卻塔13 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)14 輸電線輸電線三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)三相同步電機(jī)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)三相同步電機(jī)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)小型同步電機(jī)小型同步電機(jī)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)4. 額定值額定值(1) 額定電壓額定電壓 UN ：線電壓的額定值。：線電壓的額定值。(2) 額定電流額定電流 IN ：線電流的額定值。：線電

10、流的額定值。(3) 額定功率額定功率 PN ：輸出功率的額定值。：輸出功率的額定值。 三相同步電動(dòng)機(jī)：三相同步電動(dòng)機(jī)：PN =3 UNIN N N三相同步發(fā)電機(jī)：三相同步發(fā)電機(jī)：PN =3 UNIN N(4) 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN ：額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。：額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。(5) 額定頻率額定頻率 fN ： 50Hz。三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)9.2 同步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系同步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系一、隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析一、隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析1. 基本方程式基本方程式 取對(duì)稱三相電路的一相分析。取對(duì)稱三相電路的一相分析。U1I1Uf If F0FU1 I1FaE1 電樞電

11、樞 感應(yīng)感應(yīng)合成合成磁通勢(shì)磁通勢(shì) 漏磁通漏磁通 E R1I1 E1E U1 = R1I1E E1= (R1 + j X ) I1E1E =j X I1 漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： R1、X 定子每相繞組的電阻、漏電抗。定子每相繞組的電阻、漏電抗。第第9章章 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)( (勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)不變勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)不變) )( (電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨負(fù)載變化電樞反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨負(fù)載變化) ) 如果不計(jì)磁路飽和，則如果不計(jì)磁路飽和，則 Uf If F0 0U1 I1 FaE0aEa E R1I1 E1= E0 + Ea U1 =E0EaE R1I1 因?yàn)橐驗(yàn)?Ea a Fa I1，不計(jì)磁飽和不計(jì)磁飽和Ea

12、 滯后于滯后于a 90o ， 不計(jì)電樞鐵耗，不計(jì)電樞鐵耗，a 與與 I1 同相位。同相位。 所以所以 Ea =j Xa I1 Xa 電樞反應(yīng)電抗。電樞反應(yīng)電抗。三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析U1 =E0(R1j X j Xa ) I1 U1 =E0(R1jXs ) I1 Xs = X Xa 同步電抗。同步電抗。一般：一般：R1 Xs ，忽略，忽略 R1 ，則，則 U1 =E0j Xs I1 2. 等效電路等效電路R1 jXs+U1I1 +R1 jX +U1E1I1E0三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析3. 相量圖相量圖U1 =E0(R1jXs )

13、 I1 U1(a) 電電感感性性I1 R1 I1jXsI1E0 功率因數(shù)角。功率因數(shù)角。 內(nèi)功率因數(shù)角。內(nèi)功率因數(shù)角。 已知：已知：E0 滯后于滯后于E1角，角， U1 =E1(R1j X ) I1 因此因此E0 滯后于滯后于 U1。E1（忽略（忽略 R1 和和 X ）(b) 電電阻阻性性U1I1E0 jXsI1 R1 I1(c) 電電容容性性U1I1 R1 I1 jXsI1 E0 = 三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析U1 =E0jXs I1 (a) 電電感性感性 U1 I1 jXsI1 E0 如果忽略如果忽略 R1 ，則有，則有 同樣有關(guān)系同樣有關(guān)系 = (b) 電阻

14、電阻性性 U1 I1 E0 jXsI1 (c) 電電容性容性 U1I1 jXsI1 E0 三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 【例例9.2.1】 某三相隱極同步電動(dòng)機(jī)，某三相隱極同步電動(dòng)機(jī)， PN = 50kW，UN = 380 V，Y 形聯(lián)結(jié)，形聯(lián)結(jié)， IN = 90 A，cos N = 0.8（電感性），（電感性），R1 = 0.2 ， Xs = 1.2 。求在上。求在上述條件下運(yùn)行時(shí)的述條件下運(yùn)行時(shí)的 E0、 、 和和 。解：電樞相電壓和相電流為解：電樞相電壓和相電流為U1 =UN 3 I1 = IN = 90 A = arccos0.8 = 36.87o 取參考相

15、量：取參考相量： U1 = 220 0o V 則則I1 = 90 36.87o A = V = 220 V 380 3三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析由此求得由此求得 E0 = 159.72 V = 28.34o = = 8.53o E0 = U1( R1jXs ) I1 =220 0o ( 0.2j1.2 )90 36.87o V = 159.72 28.34o V 三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析F0二、二、 凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 特點(diǎn)：氣隙不均勻。特點(diǎn)：氣隙不均勻。 同樣的同樣的 Fa 產(chǎn)生不同的產(chǎn)生不同的a 對(duì)

16、應(yīng)不同的對(duì)應(yīng)不同的 Xa 。 V1V2W2W1U1U2NSFaFa 如果磁路不飽和：如果磁路不飽和： 將將 I1 分解為兩個(gè)分量。分解為兩個(gè)分量。 直軸直軸交交軸軸E0 I1 Iq Id 直軸分量：直軸分量：Id = I1 sin 交軸分量：交軸分量：Iq = I1 cos I1 = IdIq 雙反應(yīng)理論。雙反應(yīng)理論。 第第9章章 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)1. 基本方程式基本方程式 U1I1Uf IfF00E0U1 I1IdIqFadFaqadaqEad Eaq E R1I1 E0E EadEaqU1 =E0EadEaqE R1I1 Ead =jXad Id Xad 直軸電樞反應(yīng)電抗直軸電樞反應(yīng)電

17、抗。 Xaq 交軸電樞反應(yīng)電抗交軸電樞反應(yīng)電抗。 Eaq =jXaq Iq 三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析E =jXI1 I1 = IdIqU1 =E0 j Xad Idj Xaq Iqj XI1R1I1=E0j (XadX ) Idj (XaqX ) IqR1I1 U1 =E0jXd IdjXq IqR1I1 Xd = XadX 直軸同步電抗。直軸同步電抗。 Xq = XaqX 交軸同步電抗。交軸同步電抗。 如果忽略如果忽略 R1，則，則U1 =E0jXd IdjXq Iq 三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析E0 I1 IqIdE0 I1 Iq

18、 Id j(XdXq)Id EQ 設(shè)虛擬電動(dòng)勢(shì)設(shè)虛擬電動(dòng)勢(shì) EQ = E0j (XdXq ) Id 2. 等效電路等效電路(a) I1 滯后于滯后于E0 時(shí)時(shí) jIdEQ(b) I1 超前于超前于E0 時(shí)時(shí) jId 結(jié)論：結(jié)論： EQ 與與 E0 同相位。同相位。 U1 =E0R1I1jXd IdjXq IqjXq IdjXq Id U1 =EQR1I1jXq I1 三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析j(XdXq)Id 隱極電動(dòng)機(jī)可視為凸極電動(dòng)機(jī)的特例：隱極電動(dòng)機(jī)可視為凸極電動(dòng)機(jī)的特例： Xd = Xq = Xs 依據(jù)：依據(jù)：EQ = E0 U1 =EQR1I1jXq I

19、1 R1 jXq +U1I1 +EQ三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析3. 相量圖相量圖 設(shè)已知設(shè)已知 U1、I1、 、Xd、Xq 。 取取 U1 = U1 0oU1 (1) 設(shè)設(shè) 0，畫，畫 I1 。 I1 U1 =EQ + R1I1 + jXq I1U1 =E0 + jXd Id + jXq Iq + R1I1 (2) 畫畫 R1I1 和和 j Xq I1 。 R1I1 jXqI1 (3) 畫畫(EQ) ，確定，確定(E0)的方位。的方位。 EQ (4) 由由 I1 分解出分解出 Id 和和 Iq 。 Iq Id (5) 畫畫 j Xd Id 和和 j Xq Iq 。

20、 jXd Id jXq Iq (6) 畫畫 (E0)。 (a) 電容性電容性三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析E0 同理可以畫出同步電動(dòng)機(jī)呈電感性和電阻性同理可以畫出同步電動(dòng)機(jī)呈電感性和電阻性 時(shí)的相量圖。時(shí)的相量圖。 依據(jù)：依據(jù)：U1 =EQ + R1I1 + jXq I1U1 =E0 + jXd Id + jXq Iq + R1I1 (b) 電感性電感性(c) 電阻性電阻性三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析Id U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq jXd Id jXq Iq E0 R1I1 Id U1 I1 jXqI1EQ Iq jXd

21、 Id jXq Iq E0 電動(dòng)機(jī)呈電感性時(shí)電動(dòng)機(jī)呈電感性時(shí) = tan =U1sin XqI1U1cos R1I1 電動(dòng)機(jī)呈電容性時(shí)電動(dòng)機(jī)呈電容性時(shí) = tan =U1sin XqI1U1cos R1I1三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析Id U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq jXd Id jXq Iq E0 U1 I1 R1I1 jXqI1 EQ Iq Id jXd Id jXq Iq E0 U1 I1 jXqI1 EQ Id Iq jXd Id jXq Iq E0 忽略忽略 R1 時(shí)的相量圖時(shí)的相量圖(a) 電感性電感性jXq Iq U1 I1 jXqI

22、1 EQ Iq Id jXd Id E0 (b) 電阻性電阻性U1 =EQ jXq I1U1 =E0jXd IdjXq Iq EQ jXq IqE0 U1I1 jXqI1IdIqjXd Id(c) 電容性電容性三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 由相量圖求得由相量圖求得 = 且有關(guān)系且有關(guān)系tan = U1sin XqI1 U1cos 電感性時(shí)取電感性時(shí)取“”，電容性時(shí)取，電容性時(shí)取“”。 三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析U1 =UN 3= V = 3 468.21 V 6 0001.732 【例例 9.2.2】 一臺(tái)三相凸極同步電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)三相凸

23、極同步電動(dòng)機(jī)，UN = 6 000 V，IN = 57.8 A，Y 形聯(lián)結(jié)。當(dāng)電樞電形聯(lián)結(jié)。當(dāng)電樞電壓和電流為額定值、功率因數(shù)壓和電流為額定值、功率因數(shù) cos = 0.8 （容性）（容性）時(shí)，相電動(dòng)勢(shì)時(shí)，相電動(dòng)勢(shì) E0 = 6 300 V， = 58o，R1 忽略不忽略不計(jì)。求該電動(dòng)機(jī)的計(jì)。求該電動(dòng)機(jī)的 Xd 和和 Xq。 解：解：電樞相電壓和相電流為電樞相電壓和相電流為 I1 = IN = 57.8 A由此求得由此求得 Id = I1sin = 57.8sin58o A = 49.02 A Iq = I1cos = 57.8cos58o A = 30.63 A = = 58o 36.87o

24、 = 21.13o 三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析由相量圖可得由相量圖可得Xd = E0U1cos Id= = 62.52 6 3003 468.21cos21.13o 49.02Xq = U1sin Iq= = 40.82 3 468.21sin21.13o 30.63三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析EQ jXq IqE0 U1I1 jXqI1IdIqjXd Id9.3 同步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系同步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系和矩角特性和矩角特性1. 功率功率(1) 輸入功率（不計(jì)勵(lì)磁功率）輸入功率（不計(jì)勵(lì)磁功率） P1 = 3U1I1cos (2) 電樞銅

25、損耗電樞銅損耗 PCu = 3R1I12(3) 電磁功率電磁功率 Pe = P1PCu = 3U1I1cos 3R1I12 = 3 (U1cos R1I1 ) I1第第9章章 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)Pe = 3 (U1cos R1I1 ) I1U1I1R1I1 jXsI1E0 U1 R1I1 jXsI1 E0 I1 在隱極同步電動(dòng)機(jī)中在隱極同步電動(dòng)機(jī)中 Pe = 3E0 I1cos = 3E0 Iq 在凸極同步電動(dòng)機(jī)中在凸極同步電動(dòng)機(jī)中比較：比較：U1 =E0(R1jXs ) I1 U1 =EQ(R1jXq ) I1 可以得到：可以得到： Pe = 3EQ I1cos = 3EQ Iq三相同步電

26、動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩鐵損耗鐵損耗機(jī)械損耗機(jī)械損耗附加損耗附加損耗(4) 空載損耗空載損耗 P0 = PFePmePad(5) 輸出功率輸出功率 P2 = PeP0(6) 功率關(guān)系功率關(guān)系 P1 = PCuPe = PCuPFePmePadP2 (7) 效率效率P1PCuPeP0P2 = 100% % P2P1三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩2. 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩(1) 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系 T2 = TT0(2) 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T = Pe0= 9.55Pen0(3) 空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩T0 = P00= 9.55P0n0T2 = P20(4) 輸出轉(zhuǎn)矩輸

27、出轉(zhuǎn)矩= 9.55P2n0TN = 9.55PeNn0T2N = 9.55PNn0 忽略忽略 P0 (T0)，則有，則有 T2 = T T2N = TN 三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩 【例例 9.3.1】 已知某三相同步電動(dòng)機(jī)，已知某三相同步電動(dòng)機(jī)， n = 1 500 r/min， Xd = 6，Xq = 4， Y 形聯(lián)結(jié)。當(dāng)定子加額定電壓形聯(lián)結(jié)。當(dāng)定子加額定電壓 UN = 380 V，轉(zhuǎn)子加負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子加負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL = 30 Nm時(shí)，電樞電流時(shí)，電樞電流 I1 = 10 A，功率因數(shù)，功率因數(shù) cos = 0.8 （電容性），（電容性）， = 40o，E0 =

28、 228 V。求。求 P1、Pe、 P2、PCu、P0 和和 T2、T、T0 。 解：解：P1 = 3U1I1cos = 3 I1cos UN 3= 3 100.8 W = 5 295.2 W 3801.732Id = I1sin = 10 sin40o A = 6.43 AEQ = E0(XdXq) Id =228 (64)6.43V = 215.14 V三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩Pe = 3EQ I1cos = 3215.1410cos40o W = 4 944.2 WPCu = P1Pe = ( 5 259.24 944.2 ) W = 315 WP0 = Pe

29、P2 = ( 4 944.24 710 ) W = 234.2 WT2 = TL = 30 NmT0 = TT2 = ( 31.4930 ) Nm = 1.49 Nm P2 = T2n2 60= TLn2 60= 301 500 W = 4 710 W 23.1460T =60 Pe2 n= Nm = 31.49 Nm 60 4 944.26.28 1 500三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩3. 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 運(yùn)行特性運(yùn)行特性 當(dāng)當(dāng) U1 = UN ，f1 = fN ， If = 常數(shù)時(shí)，常數(shù)時(shí)， I1 、T、 、 = f (P2) 的關(guān)

30、系。的關(guān)系。 當(dāng)當(dāng) U1與與 E0 （即（即n 和和 If ）為常數(shù)時(shí)：）為常數(shù)時(shí)： Pe = f () T = f () 功角特性功角特性 矩角特性矩角特性（1）隱極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性）隱極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性 如果忽略如果忽略 R1，則有，則有 Pe = P1 = 3U1I1cos = 3 E0I1cos 第第9章章 同步電機(jī)的基本理論同步電機(jī)的基本理論U1 I1 jXs I1 E0 因?yàn)橐驗(yàn)?U1sin = Xs I1 cos Pe = 3 sin U1E0Xs所以所以 T = 3 sin U1E0XsOPe / T 90o PeM(TM)當(dāng)當(dāng) = 90o 時(shí)時(shí):

31、Pe = PeM ，T = TM三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 如果忽略如果忽略 R1，則有，則有 Pe = P1 = 3U1I1cos = 3U1I1cos ( ) = 3U1I1cos cos 3U1I1sin sin = 3U1Iq cos 3U1Id sin 因?yàn)橐驗(yàn)?Xq Iq = U1sin Xd Id = E0U1cos （2）凸極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性）凸極同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性U1 I1 jXqI1 EQ jXd Id jXq Iq E0 所以所以 U1sin XqIq = E0U1cos XdId =三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的

32、運(yùn)行特性PePe = 3U1Iq cos 3U1Id sin U1sin Xq = 3U1 cos E0 U1cos Xd+ 3U1 sin 3U1E0Xd = sin 1Xq ( ) sin2 3U1221Xd3U1E0Xd T = sin 1Xq+ ( ) sin2 3U1221XdPe = Pe PeT = T T 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 討論：討論： 3U1E0Xd Pe = sin Pe E0 ，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁即，當(dāng)轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁即 If 0 時(shí)存在。時(shí)存在。 1XqPe = ( ) sin2 3U1221XdPe 是由于是由于 Xd Xq 而引起的，與而引起的，

33、與 If 是否存在無關(guān)。是否存在無關(guān)。 結(jié)論：結(jié)論： Pe 使使 PeM 。 PeM 產(chǎn)生在產(chǎn)生在90o 處。處。 功角特性與矩角特性功角特性與矩角特性 不再是正弦波。不再是正弦波。 基本分量?；痉至?。 附加分量。附加分量。OPe / T 90o PeM(TM)PePe三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性9.4 同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)同步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)If 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) cos 90o 90o (純電容性純電容性) (純電感性純電感性) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 改變改變 cos 的原理的原理 以隱極同步電動(dòng)機(jī)為例，并忽略以隱極同步電

34、動(dòng)機(jī)為例，并忽略 R1 和和 T0。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) If 時(shí)，時(shí)，U1、f1、TL都不變，則都不變，則 T 和和 Pe 不變，不變，即即 T 和和 P1 不變。不變。根據(jù)：根據(jù)：Pe = 3 sin U1E0Xs= 3U1I1cos 第第9章章 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)可得如下關(guān)系：可得如下關(guān)系： E0 sin = 常數(shù)常數(shù) I1cos = 常數(shù)常數(shù)另一方面另一方面: 因此，改變因此，改變 If 而使而使E0 改變時(shí)，改變時(shí)，I1、 和和 均要改變。均要改變。當(dāng)當(dāng) If E0 。當(dāng)當(dāng) If E0 。U1 =E0j Xs I1U1jXsI1E0 E0 aajXsI1I1bbE0 jXsI1I1 三相同步

35、電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)I1 正常勵(lì)磁正常勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng) If = If0 時(shí)，時(shí)， I1 與與U1 同相，同相， = 1, 電機(jī)呈電阻性。電機(jī)呈電阻性。 欠勵(lì)磁欠勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng)If If0時(shí)，時(shí)， I1 (I1 ) 滯后于滯后于U1， 電機(jī)呈電感性。電機(jī)呈電感性。 If ，感性程度，感性程度 。 過勵(lì)磁過勵(lì)磁 當(dāng)當(dāng) If If0 時(shí)，時(shí)， 電機(jī)呈電容性，電機(jī)呈電容性， If | | ， 容性程度容性程度 。 I1 (I1) 超前于超前于U1， 三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)U1jXsI1E0 E0 aajXsI1I1bbE0 jXsI1I1 I1 調(diào)

36、節(jié)調(diào)節(jié) If 可使同步電動(dòng)機(jī)在任意特定負(fù)載下的可使同步電動(dòng)機(jī)在任意特定負(fù)載下的 達(dá)到達(dá)到 1，或改變其負(fù)載性質(zhì)?；蚋淖兤湄?fù)載性質(zhì)。 同步電動(dòng)機(jī)的同步電動(dòng)機(jī)的 V 形曲線形曲線 當(dāng)當(dāng) U1 = UN、f1 = f N、TL 不變時(shí)：不變時(shí)： I1 = f (If )OI1IfP2P2欠勵(lì)欠勵(lì) 過勵(lì)過勵(lì) If0 結(jié)論：結(jié)論：cos =1三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 負(fù)載變化時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)怎樣調(diào)節(jié)？負(fù)載變化時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)怎樣調(diào)節(jié)？ 同步電動(dòng)機(jī)的過載能力同步電動(dòng)機(jī)的過載能力 同步電動(dòng)機(jī)能否在異步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行？同步電動(dòng)機(jī)能否在異步

37、轉(zhuǎn)速下運(yùn)行？ 同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第第9章章 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)SNSNn0 同步電動(dòng)機(jī)能否在異步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行？同步電動(dòng)機(jī)能否在異步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行？三相同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性SNSNSNSNNSSN 轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為零。轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為零。 同步電動(dòng)機(jī)的異步運(yùn)行（同步電動(dòng)機(jī)的異步運(yùn)行（Flash 動(dòng)畫動(dòng)畫）三相同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 點(diǎn)擊畫面中點(diǎn)擊畫面中 央播放動(dòng)畫。央播放動(dòng)畫。 再點(diǎn)擊畫面中央再點(diǎn)擊畫面中央 停止播放動(dòng)畫。停止播放動(dòng)畫。 T = TLT0，n = n0 ， = a 。 則則 TLT0T T n = n0 ， = b a 。 a 負(fù)載變化時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)怎樣調(diào)節(jié)？負(fù)載變化時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)怎樣調(diào)節(jié)？ 如果如果 0 M 。 a 點(diǎn)：點(diǎn)： 假設(shè)假設(shè) TL ， n b 點(diǎn)點(diǎn)：T = TLT0 ， 三相同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性O(shè)Pe / T 90o PeM(TM)TLb 如果如果 0 M 。 a 點(diǎn)：點(diǎn)： T = TLT0， n = n0 ， = a 。 假設(shè)假設(shè) TL ，則，