电动机及拖动基础件课件 第6章 同步电动机

1 第6章同步电动机 6 1同步电动机的基本工作原理6 2同步电动机的主要结构及用途6 3同步电动机的电磁关系6 4同步电动机的功率和转矩6 5同步电动机功率因数的调节6 6同步电动机的的起动 2 序1 什么是同步电动机 三相定子交流磁场旋转速度和转子的旋转速度与方向完全相同的电动机和发电机 都属同步电机 序2 同步电动机有什么用途 1 发电厂的交流发电机都属同步电机2 大功率机械的调速 小功率的同步电动机用于计时 测量 录音 搅拌 印刷机 压缩机 雷达 同步调相 3 6 1 6 2同步电动机的基本工作原理和结构1 同步电动机的基本结构 如下图 它有转子绕线式和永磁两种结构 转子绕线式同步电动机由定子 定子三相绕组 转子 转子绕组线圈等组成 定子三相绕组用于产生旋转磁场 转子绕组线圈加上直流电源为转子励磁 产生直流磁场 定子三相绕组用于产生旋转磁场吸引转子励极 使转子与定子旋转磁场同步运行 4 2 三相同步电动机的工作原理结构 凸极式或永磁式结构 5 3 三相同步电动机的理论原理当三相同步电动机的定子绕组加上三交流电源 电源的频率为f1 磁极对数为p 转子绕组加上直流励磁电压 电流 转子磁极产生N S磁场 定子磁场吸引 转子磁场 使二者同步旋转 同步转速为 6 6 2 2同步电动机的铭牌数据和用途6 2 2铭牌数据1 额定功率PN2 额定转速Nn3 额定电压UN4 额定电流IN5 额定频率fN6 额定功率因数cos N7 额定效率 N PN UNINcos N 3 7 6 2 2同步电动机的分类和用途1 分类A 按用途分类1 同步电动机 拖动2 同步发电机 发电3 调相机 改善电网功率因数 B 按相数分类1 单相和两相2 三相 8 C 按旋转部件分类1 转磁式 定子不转 转子转 2 转枢式 定子转 转子不转 D 按磁极分类1 凸极式2 隐极式3 永磁式4 有换向式和无换向式E 按轴向位置分类1 卧式 2 立式 9 F 按冷却方式分类1 气冷 2 液体 3 水 油7 用途 大型水泵 离心机 通风机 小型电钟 记录仪 电影机械 复印机 陀螺 传真机 录音机 搅拌机 调相机和发电机 10 6 3同步电动机的电磁关系6 3 1同步电动机的电枢 定子 反应1 什么叫电枢反应 同时将电枢电流I的磁场对同步电动机恒定不变磁场在气隙中的影响 称为该同步电动机的电枢反应 2 电枢反应的作用和影响1 设电枢电流为I 电枢反应产生的电动势与每相电枢绕组的合成气隙的电动势为E0 11 2 当I和E0 合成电动势 同相时 有交轴反应3 当I超前 E0时 直轴反应起去磁作用 4 当I滞后 E0时 直轴反应起增磁作用 5 当IF0I 2IfHIsin 时电枢反应是去磁的 F0是电磁力 6 只要有交轴反应 反应后相位总要发生变化 12 6 3 2同步电动机的电动势平衡方程1 电枢等效电路及矢量图 13 2 电枢等效电路及矢量方程1 电动势平衡方程 14 2 磁场F和磁通 15 6 4同步电动机的功率和转矩1 同步电动机的功率平衡和转矩平衡的关系 16 17 6 4 2电磁功率和电磁转矩的关系1 凸极式同步电动机1 电磁功率 18 式中 第一项为基本电磁功率 第二项为附加电磁功率 19 20 2 隐极式同步电动机1 由向量图得电磁功率为 21 22 6 4 3同步电动机功角和矩角特性1 什么叫功角 功角 是电源电压U和感应电动势EQ矢量之间的夹角2 什么叫功角特性 同步电动机的电磁功率Pem f 称为功角特性 3 什么叫矩角特性 同步电动机的电磁转矩Tem g Pem 0称为矩角特性 23 3 同步电动机功角和矩角特性的应用 从上图可见 调节功角的大小 可以调节电动机和发电机的最大输出功率和转矩 以及电机的稳定运行 24 6 4 4同步电动机和发电机的稳定运行 25 1 由上图可见 同步电动机和同步发电机分别在 90 0度和0 90度之间进行功率和转矩的调节都是稳定增加的 在此范围之外随着 的减小或增加 功率和转矩超过最大值Tmax Pmax后 就将不断下降 使工作不稳 26 27 4 同步电动机工作特性 28 6 5同步电动机的功率因数的调节6 5 1功率因数的调节1 为什么要调节功率因数 当同步电动机或发电机和大电网连接时 由于大电网中有变压器 大母线的电抗Xe XT XL存在 29 大电抗使电流 电压相位产生超前滞后等作用 使进入电动机的 励磁 电流I变为有功和无功两种分量 Id和Iq 所以电动机不仅要从电网吸收有功功率P1 还要从电网吸收无功功率PQ 因而使电网的功率因数降低 而且对电动机的励磁不利 产生欠励磁 因而需要补偿 维护电动机的正常运行 A 当调节励磁电流If 使cos 1 U I同相时 电动机从电网吸收无功能量 称为正常励磁状态 对应反电动势 E0 30 B 当增加If时 E0也增加 cos cos 1 I超前U 电动机从电网吸收超前的无功分量 则提供滞后的无功分量 起到补偿电网功率的作用 称为过励磁状态 C 当调节励磁电流减少时 E0也减少 都使cos cos 1 且I滞后U 电动机从电网吸收滞后的无功分量 称为欠励磁状态 31 6 5 同步电机的电流I和励磁电流If曲线 V型曲线 1 什么叫V型曲线 在电网额定电压U 电动机输出额定转矩T2 额定功率因数cos N 1的条件下 画制的同步电机的电流I和励磁电流If曲线 称为V型曲线2 曲线如图6 11 32 33 6 6同步电动机的起动1 同步电动机的起动的方法有 异步法 用异步电动机起动同步电动机 用柴油机起动同步电动机 用变频器起动 磁滞式 抓极式和直接起动等 2 异步法 1 异步法起动电路 如图6 13 2 起动步骤 A 选择开关SA置1 转子接入启动电阻Rst 34 B 开关QS合上 定子加上三相电源 进入异步启动 等待转速上升到同步转速n1时 再进行下一步操作 C 瞬时将开关SA置 2 转子加上直流电压 靠