電機與變壓器教案29

注：教案首頁，教案用紙由學(xué)校另行準(zhǔn)備 湖南省勞動廳編制湖南省技工學(xué)校理論教學(xué)教案教師姓名：學(xué)科電機變壓器執(zhí)行記錄日期星期檢查簽字班級節(jié)次課題三相同步電動機課的類型新授教學(xué)目的1.掌握同步發(fā)電機的工作原理2.掌握同步電動機的工作原理3.掌握同步補償機對電網(wǎng)功率因數(shù)的補償作用教學(xué)重點同步電動機的工作原理同步補償機對電網(wǎng)功率因數(shù)的補償作用教學(xué)難點同步補償機對電網(wǎng)功率因數(shù)的補償作用主要教學(xué)方法講授教具掛圖無教學(xué)環(huán)節(jié)時間分配1、組織教學(xué)時間23、講授新課時間702、復(fù)習(xí)導(dǎo)入時間84、歸納小結(jié)時間55、作業(yè)布置時間5教學(xué)后記[復(fù)習(xí)導(dǎo)入]在交流電機中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格等于同步轉(zhuǎn)速的交流電機稱為同步電機。同步電機的主要運行方式有三種，即作為發(fā)電機、電動機和補償機運行。現(xiàn)代發(fā)電廠中所發(fā)出的交流電幾乎全部是同步發(fā)電機產(chǎn)生的。[講授新課]（一）同步發(fā)電機的工作原理如圖所示是具有兩個磁極的凸極式同步發(fā)電機，它的定子和三相異步電動機一樣對稱地安放著三相繞組。轉(zhuǎn)子則是由磁極鐵心和套在磁極上的勵磁繞組構(gòu)成，勵磁繞組中加入直流電流后，就會在氣隙中產(chǎn)生一個恒定的主極磁場。若用原動機拖動發(fā)電機轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，主磁極產(chǎn)生的恒定主極磁場隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，在定子繞組中就會感應(yīng)出交變電動勢。因為結(jié)構(gòu)設(shè)計使主磁場在空間按正弦規(guī)律分布，所以各相繞組中產(chǎn)生的交變電動勢也隨時間按正弦規(guī)律變化。即a)同步發(fā)電機的工作原理b)三相電動勢的波形圖9—1同步發(fā)電機由于三相繞組在空間彼此互差1200電角度，在圖9—1a所示旋轉(zhuǎn)方向下，N極磁通將依次切割U相、V相、W相繞組。因此，定子三相電勢大小相等，相位彼此互差l200電角度。設(shè)U相繞組的初相角為零，則三相電動勢的瞬時值為：同步發(fā)電機的定子繞組中就產(chǎn)生了如圖9—1b所示的三相對稱電動勢，若在定子繞組上接上負(fù)載，則同步發(fā)電機就會向負(fù)載輸出三相交流電流。三相電動勢的頻率由發(fā)電機的磁極數(shù)和轉(zhuǎn)速決定：當(dāng)轉(zhuǎn)子為一對磁極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，繞組中的感應(yīng)電動勢變化一個周期；當(dāng)電機有對磁極時，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一周，感應(yīng)電動勢變化個周期。設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為，則每秒鐘旋轉(zhuǎn)／60轉(zhuǎn)，因此感應(yīng)電動勢每秒變化／60個周期，即電動勢的頻率，為：我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工業(yè)交流電的頻率為50Hz，汽輪發(fā)電機在高轉(zhuǎn)速下運行比較經(jīng)濟(jì)，轉(zhuǎn)速一般為=3000r/min或=1500r/min，發(fā)電機對應(yīng)的磁極為一對磁極或為兩對磁極。相反，水輪發(fā)電機為低速發(fā)電機，它的轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)很多，如=100r/min時，發(fā)電機磁極對數(shù)有30對。（一）同步電動機的工作原理1、定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子勵磁磁場的關(guān)系同步電動機的定子結(jié)構(gòu)和三相異步電機是一樣的，當(dāng)通人三相對稱電流時，它將產(chǎn)生一個同步速度旋轉(zhuǎn)的正弦分布磁場，而這時轉(zhuǎn)子上也有一個直流勵磁正弦分布的磁場。當(dāng)三相同步電動機正常工作時，轉(zhuǎn)子也是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以這兩個磁場在空間上的位置是相互固定的，因此它們之間的作用也是固定的。a)轉(zhuǎn)子超前角b)轉(zhuǎn)子落后角c)=0時圖9—4定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場的關(guān)系根據(jù)這兩個磁場的相對位置不同，可分成三種情況：（1）轉(zhuǎn)子磁場超前定子磁場角（2）轉(zhuǎn)子磁場落后定子磁場角（3）轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場的夾角為零2、失步現(xiàn)象從前面分析看出，電動機運行時，定子磁場拖動轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)。兩個磁場之間存在著一個固定的力矩，這個力矩的存在是有條件的，必須兩者的轉(zhuǎn)速要相等，即同步才行，所以這個力矩也稱為同步力矩。一旦兩者的速度不相等，則同步力矩就不存在了，電機就會慢慢停下來。這種轉(zhuǎn)子速度與定子磁場不同步，而造成同步力矩消失，轉(zhuǎn)子慢慢停下來的現(xiàn)象，稱為“失步現(xiàn)象”。（二）同步電動機的啟動方法同步電動機啟動時，定子上立即建立起以同步轉(zhuǎn)速，z。旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，而轉(zhuǎn)子因慣性的作用不可能立即以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，因此主極磁場與電樞旋轉(zhuǎn)磁場就不能保持同步狀態(tài)，而產(chǎn)生失步現(xiàn)象。所以同步電動機在啟動時，沒有啟動力+矩，如果不采取其他措施，是不能自行啟動的。同步電動機的啟動方法有輔助電動機啟動法、調(diào)頻啟動法、異步啟動法等。同步電動機的啟動方法異步啟動法的具體啟動過程：同步電動機將在啟動繞組作用下，異步啟動。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到接近于同步轉(zhuǎn)速(約0.95)時，迅速給轉(zhuǎn)子通入直流電流勵磁，依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁極之間的吸引力，將同步電動機牽入同步速度運行。轉(zhuǎn)子到達(dá)同步轉(zhuǎn)速以后，轉(zhuǎn)子籠型啟動繞組導(dǎo)體與電樞磁場之間就處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，