電機學-同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)

電機學-同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-1概述什么是同步電機同步電機：是一種旋轉(zhuǎn)的交流電機，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與電動勢頻率f之間保持嚴格不變的關(guān)系。對同步發(fā)電機，發(fā)出的電動勢頻率f滿足對同步電動機，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足

第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-1概述同步電機的運行方式第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-2同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機基本構(gòu)成：定子、轉(zhuǎn)子、氣隙、勵磁繞組、電樞繞組。橫截面圖凸極式隱極式第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-2同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機作為發(fā)電機運行時，用一原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通入直流電，從而在氣隙中產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)的磁場，該磁場切割定子上的電樞導體，電樞繞組便感應出交流電動勢。設氣隙磁密按正弦分布，則在定子三相繞組里感應出正弦變化的三相電動勢，交流電動勢的頻率取決于電機的極對數(shù)p和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，若電機為一對極，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，導體中感應電動勢變化一個周波。第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-2同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機考察電樞導體A的感應電動勢。e=Blv，右手定則。導體相對于磁場的運動方向。e=Emax電樞導體A處徑向磁密等于0e=0第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-2同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機e=－Emax電樞導體A處徑向磁密等于0e=0第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-2同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機若為p對極，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，導體感應電動勢變化p個周波。設轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)，則對p對極電機，導體感應電動勢每分鐘變化pn個周波，每秒鐘變化pn/60個周波，這就是電動勢的頻率。

注：我國電力系統(tǒng)，規(guī)定交流電的頻率為50Hz，因此極對數(shù)和轉(zhuǎn)速有如下固定關(guān)系第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-2同步電機的基本工作原理同步電動機如果同步電機作為電動機運行，則必須在定子三相繞組上加上三相交流電壓，三相交流電流流過定子繞組，會在電機里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，當勵磁繞組加上直流勵磁電流時，轉(zhuǎn)子好象是一個磁鐵，于是旋轉(zhuǎn)磁場帶動這個磁鐵，按旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)把電能轉(zhuǎn)換成機械能的目的。這時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n為“同步”的概念同步電機無論作為發(fā)電機還是電動機運行，當極數(shù)一定時，它的轉(zhuǎn)速n和頻率f之間保持嚴格不變的關(guān)系，用電機專業(yè)術(shù)語說，叫做“同步”，所以這種電機叫同步電機。第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-3同步電機的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子特點：轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)軸細長，由高機械強度和導磁性能較好的合金鋼鍛成，并且和轉(zhuǎn)軸作成一個整體，為隱極式轉(zhuǎn)子。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。定子特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。作用：感應電勢，通過電流，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。機座固定定子鐵心。水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子特點：轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)軸短粗，為凸極式轉(zhuǎn)子。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。定子特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。作用：感應電勢，通過電流，實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。提供直流的電源及附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。

勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機的關(guān)系，可分為他勵式(separatelyexcited)和自勵式(self-excited)兩類。

第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。提供直流的電源及附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。

勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機的關(guān)系，可分為他勵式(separatelyexcited)和自勵式(self-excited)兩類。

第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

一、他勵式勵磁系統(tǒng)他勵式勵磁系統(tǒng)主要有下列幾種。1．直流勵磁機勵磁系統(tǒng)

第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

2．他勵式靜止半導體勵磁系統(tǒng)第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

3．旋轉(zhuǎn)半導體勵磁系統(tǒng)第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統(tǒng)1．自并勵半導體勵磁系統(tǒng)第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統(tǒng)1．自并勵半導體勵磁系統(tǒng)第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統(tǒng)2．自復勵半導體勵磁系統(tǒng)第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統(tǒng)3．相復勵勵磁系統(tǒng)

相復勵勵磁系統(tǒng)的全稱是相位補償復勵式勵磁系統(tǒng)，它具有自勵恒壓特性。所謂恒壓特性，就是這種勵磁系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁，使得在任何負載下端電壓都能穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)1－發(fā)電機2－線性電抗器3－電流互感器4－橋式整流器5－整定電阻6－起勵裝置第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統(tǒng)4．三次諧波勵磁系統(tǒng)在電機定子上加裝一套獨立的三次諧波繞組，其線圈節(jié)距把該繞組感應產(chǎn)生的三次諧波電動勢引出，經(jīng)整流后供給電機勵磁繞組，這種方式稱為三次諧波勵磁方式。

第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統(tǒng)4．三次諧波勵磁系統(tǒng)1－發(fā)電機2－勵磁繞組3－諧波繞組4－整流器5－調(diào)節(jié)電阻6－集電環(huán)第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-5同步電機的額定值額定容量SN或額定功率PN同步發(fā)電機：額定容量SN是指出線端的額定視在功率，一般以干伏安(kVA)或兆伏安(MVA即百萬伏安)為單位；而額定功率PN是指發(fā)電機輸出的額定有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW，即百萬瓦)為單位。

同步電動機：PN是指軸上輸出的有效機械功率，也用千瓦(kW)或兆瓦(MW)來表示。對于同步調(diào)相機，則用線端的額定無功功率來表示其容量。以千乏(kVAR)或兆乏(MVAR)為單位。

第二十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一同步電機的基本知識和結(jié)構(gòu)§7-5同步電機的額定值額定電壓UN

指在額定運行時電機定子三相線電壓，單位為伏(V)或千伏(kV)。額定電流IN

指電機在額定