第六章同步電機(jī)

1、第六章 同步電機(jī)6.1 6.1 同步電機(jī)概述同步電機(jī)概述6.2 6.2 同步電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及基本工作原理同步電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及基本工作原理6.3 6.3 空載和負(fù)載時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)空載和負(fù)載時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)6.4 6.4 隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路6.5 6.5 凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖6.6 6.6 同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程6.7 6.7 同步電機(jī)參數(shù)的測(cè)定同步電機(jī)參數(shù)的測(cè)定6.8 6.8 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性6.16.1 同步電機(jī)概述同

2、步電機(jī)概述1 1同步電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)同步電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn) 同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度必須與定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度嚴(yán)格的同步，即 同步電機(jī)由此得名。pfn1160二二. . 同步電機(jī)的分類同步電機(jī)的分類 1. 同步發(fā)電機(jī)：機(jī)械能 交流電能 2. 同步電動(dòng)機(jī)：交流電能 機(jī)械能 3. 同步調(diào)相機(jī)：接在電網(wǎng)上作空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，其主要作用是補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功功率，以提高功率因數(shù)。三三. . 勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式 1. 直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) GG副勵(lì)磁機(jī)副勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)2. 靜止式交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)，如下圖所示。交流副勵(lì)磁機(jī)交流副勵(lì)磁機(jī)交流主勵(lì)磁機(jī)交流主勵(lì)磁機(jī)不可控整不可控整流起器流起器電壓調(diào)電

3、壓調(diào)整器整器主發(fā)電機(jī)主發(fā)電機(jī)電電壓壓互互感感器器電流互感器電流互感器可控整可控整流起器流起器自勵(lì)恒自勵(lì)恒壓器壓器四四. . 同步電機(jī)的用途同步電機(jī)的用途 1. 同步發(fā)電機(jī) 世界上的電力幾乎都由同步發(fā)電機(jī)發(fā)出。 2. 同步電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī)即可作為電動(dòng)機(jī)，又可通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)改變功率因數(shù)。 3. 同步調(diào)相機(jī) 是同步電動(dòng)機(jī)的一種特殊的運(yùn)行方式，即接于電網(wǎng)作空載運(yùn)行，專門用于電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償，以提高功率因數(shù)。6.2 6.2 同步電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及基本工作原理同步電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及基本工作原理1主要結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞式 旋轉(zhuǎn)磁極式 隱極式（Salient-pole） 凸極式（Cylindrica

4、l-Rotor） 旋轉(zhuǎn)磁極式又可分為凸極式和隱極式兩種。 1. 凸極式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)（1）定子部分 鐵心 由電工鋼片沖疊而成，其上安放三相對(duì)稱繞組，構(gòu)成磁路。 繞組 三相對(duì)稱繞組，通入三相對(duì)稱電流，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。（2）轉(zhuǎn)子部分 鐵心 由電工鋼片沖成凸極疊壓而成，其上安放勵(lì)磁繞組，構(gòu)成磁路。 繞組 勵(lì)磁繞組，經(jīng)電刷和滑環(huán)引入直流電，以形成主極磁場(chǎng)。 2. 隱極式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)（1）定子部分 同凸極式（2）轉(zhuǎn)子部分 鐵心 由電工鋼片沖疊而成圓柱體鐵心，外圍有磁槽，槽內(nèi)安放勵(lì)磁繞組，構(gòu)成磁路。 繞組 勵(lì)磁繞組，經(jīng)電刷和滑環(huán)引入直流電，以形成主極磁場(chǎng)。二二. . 基本工作原理基本工作原理 1. 發(fā)電

5、機(jī)工作原理 轉(zhuǎn)子的主極磁場(chǎng)在原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，切割定子的三相繞組，依次感應(yīng)電勢(shì)如下： AXZYBCNSsntEemAsin)120sin(tEemB)240sin(tEemC 2. 電動(dòng)機(jī)工作原理 當(dāng)同步電機(jī)的三相對(duì)稱繞組通入對(duì)稱三相電流時(shí)，在定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)與主極磁場(chǎng)互相作用，產(chǎn)生電磁力矩，使轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。其原理圖如下：NoNSSon1 nn1 n三. 額定值額定容量SN(或額定功率PN )指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的輸輔出功率 額定電壓UN 指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電壓 額定電流IN 指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流 額定功率因數(shù)cos 指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù) 額定頻率fN 指額定運(yùn)行時(shí)

6、電樞的頻率。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工頻規(guī)定為50Hz額定轉(zhuǎn)速nN 指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)同步電機(jī)而言，即為同步轉(zhuǎn)速 6.3 6.3 空載和負(fù)載時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)空載和負(fù)載時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)一一. . 空載運(yùn)行時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)空載運(yùn)行時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng) 空載運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)內(nèi)僅有由勵(lì)磁電流所建立的主極磁場(chǎng)。圖（a）表示一臺(tái)四極電機(jī)空載時(shí)的磁通示意圖。從圖可見，主極磁通分成主磁通0和漏磁通兩部分，前者通過(guò)氣隙并與定子繞組相交鏈，后者不通過(guò)氣隙，僅與勵(lì)磁繞組相交鏈。主磁通所經(jīng)過(guò)的主磁路包括空氣隙、電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛等五部分。 空載特性如圖（b）所示，它是同步電動(dòng)機(jī)的一條很重要的特性曲線。0 F

7、If,NU00, E0fIo空載特性 NU氣隙線（a）（b）二二. . 負(fù)載運(yùn)行時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng) 當(dāng)同步發(fā)電機(jī)向外供電時(shí)，其定子三相繞組中流過(guò)三相的對(duì)稱電流同樣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)對(duì)主極磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。afffaFFFFIFI 電樞反應(yīng)的性質(zhì)(增磁、去磁或交磁)取決于電樞磁動(dòng)勢(shì)和主磁場(chǎng)在空間的相對(duì)位置。分析表明，此相對(duì)位置取決于激磁電動(dòng)勢(shì)E0和負(fù)載電流I之間的相角差0 (0稱為內(nèi)功率因數(shù)角)。下面分成兩種情況來(lái)分析。 1. 與 同相aF0EI(1)定子繞組內(nèi)的電動(dòng)勢(shì),電流和磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量圖相軸線相軸線AfFA0BXZYBCNSsnsnaF(2)時(shí)間矢量圖時(shí)間參考軸時(shí)間參考軸CE0 A0 C0 BE0 AE0 B I1 00B0 AICI (3)時(shí)-空統(tǒng)一矢量圖軸軸dfF)(aqnFF )(00 B I0 E1 (4)氣隙合成磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)的相對(duì)位置aFeTAXZYBCNS0BBsn2. 與 不同相0EIXsnadF相