第六章-同步电机PPT课件

第六章同步电机，中国石油大学(华东)信息与控制学院，2。什么是同步电机？同步是相对于异步而言的，指这种电机在正常工作时，电机转速始终保持相同的同步转速。转速不像异步电动机，而是随着负载而变化。我们目前使用的电力有99%以上是由同步发电机产生的。你为什么想学同步电机？电励磁同步电机的功率因数可以通过改变励磁来调节，同步电机可以在功率因数为1甚至更高的状态下运行。永磁同步电机无励磁，无励磁损耗，不需要从电网吸收无功功率。它的效率和功率密度非常高。这是一个非常有潜力的发动机。短缺：成本高，启动困难，失步问题，永磁体失场问题，电励磁滑环和电刷，可靠性不如感应电机。 3，6-1的基本工作原理和结构。首先，电机的基本工作原理和简化模型只能在同步时产生稳定的电磁转矩，即转子在正常运行时处于同步转速。感应电机增加负载后，转速会降低，再次达到平衡。如何在不降低同步电机速度的情况下达到新的平衡？电磁转矩的大小与两个磁场之间的夹角有关。5、真实同步电机，真实旋转磁极和三相对称电流流过的三相对称绕组分别产生两个旋转磁场。也就是说，定子结构与感应电机完全相同，转子磁极由直流或永久磁极激励。发电机的简化模型。当发电机连接到三相对称负载时，定子将有三相电流，发电机将轴上输入的机械能转换成电能并输出到负载。电枢是机电能量转换的中枢，被称为电枢。对应于主磁极。DC电机、感应电机和同步电机是不同的。电枢电流在三相对称绕组中流动，会不会形成旋转磁场？转速是多少？转弯怎么样？电枢产生的旋转磁动势和磁极的励磁磁动势以相同的速度和方向旋转，在空间中相对静止。可以合成。合成气隙磁动势也以同步速度旋转，但是它在大小和相位上不同于通过旋转磁极建立的磁动势。这种变化称为电枢反应。8、2、基本结构、定子、气隙、转子，一般采用转子式。定子的结构和绕组形式与感应电机定子基本相同。铁芯也是由硅钢片制成的。9、定子10、11、转子有隐极式和凸极式。隐极式，是指转子极芯表面呈圆形，气隙均匀，而凸极式，气隙不均匀。原转子铁芯由整块合金钢锻造而成，适用于轴长、电机外径小、转子励磁线圈匝数少、导体厚、电流大的高速汽轮发电机。为什么一整块钢可以代替硅钢片用作大型汽轮发电机成品转子的转子芯？当电机稳定运行时，转子铁芯中的主磁通不会改变。不会产生涡流和磁滞损耗。凸极同步电机的转子由主磁极、磁轭、励磁绕组、滑环和转轴组成。阻尼绕组通常嵌入转子极靴的槽中。阻尼绕组由槽中的铜条和末端的短路铜环焊接而成，以防止运行中的振荡，并用作启动绕组。主磁极铁芯结构，一般用作水轮发电机，速度慢，极对数多，轴短，电机直径大。17，18，19，19，20，21，22，23，24，3，同步电机的额定值，(1)额定容量SN和额定功率PN，额定容量SN指同步发电机的额定视在功率输出，单位kVA或MVA，PN指额定有功功率输出，发电机的额定有效电功率输出，和有效机械功率，会改变主磁极激发磁动势形成的气隙磁场的分布。气隙磁场由合成气隙磁动势建立。与转子励磁磁动势产生的磁场不同，磁场产生的感应电动势也不同。电枢磁动势对主磁极基本磁场的影响称为电枢反应。电枢反应与主磁路的电流大小和饱和度、电枢磁动势和励磁磁动势在空间的相对位置以及转子结构有关。电流及其产生的磁动势符合右手螺旋关系，磁动势和磁通量方向相同。感应电动势的正方向和产生它的磁通量的正方向不符合右手螺旋关系。与电流方向相反，它是反向电势。对吧。为了便于分析，假设磁路不饱和，不考虑铁损，转子是一个隐极，电枢反应由电枢磁动势基波的大小及其与空间激励磁动势基波的相对位置决定。在时空矢量图中，电枢磁动势矢量与产生它的电枢电流同相，如果排除铁损，基本励磁磁动势矢量与励磁磁通同相，而励磁磁通产生的励磁电动势比电角度提前90度。电枢电流和励磁电动势之间的相位差决定了电枢磁动势和励磁磁动势在空间中的相对位置。像DC电机一样，主磁极的轴是直轴，称为d轴，与主磁极的轴正交的轴是横轴，称为q轴。通常，q轴需要滞后d轴90度。不同于DC电机，因为DC电机的主磁极是固定的，所以交流-DC轴是固定的，但是交流-DC轴的同步电机随着主磁极的旋转而旋转。注意，轴关系是根据统一矢量的重合顺序确定的，而物理量的相位关系是由它们在空间中的前后关系确定的。电枢电流和励磁电动势同相时的电枢反应，各相绕组的轴向和该相绕组电流的正向符合右手螺旋关系。直轴是主磁极轴，其方向与磁力线的方向相同，相交轴垂直于直轴，并滞后90度。当主磁极旋转时，dq轴以相同的转速旋转。励磁电动势同步旋转，比主磁极的磁通量提前90度。它总是在横轴上。电枢电流与励磁电动势同相，也在横轴上，由它产生的电枢磁动势也在横轴上。电枢反应将气隙合成磁动势的轴向前移动一个电角度，振幅增加。感应电动势瞬时值的方向？电枢电流瞬时值的方向？参考方向相反，相位相同，瞬时值方向正好相反。这时，电磁转矩的方向和电机的运行状态如何？首先判断电枢导体的应力，根据作用和反作用，磁极应力正好相反。它也可以由e和I的乘积的符号来确定。交流电枢电流产生电磁转矩。排除饱和时，DC电机的交流电枢反应是消磁还是消磁？考虑饱和？既不助磁也不退磁，退磁。为什么同步电机的交叉轴电枢反应不管饱和与否都有助于磁性？由于电刷和换向器的作用，电流流向被电刷分开。每极有效磁通量的“每极”范围是固定的，而同步电机则不是。电枢电流产生的磁动势滞后于电枢反应在两相静止坐标系中，两轴上统一相量的分量仍然是交流分量。然而，在同步旋转坐标系中，这两个分量是DC。交流电机难以分析和控制的原因是我们面对的是交流量，不仅要考虑物理量的大小关系，还要考虑相位关系。如果通过选择合适的参考坐标系，将交流电流的复杂关系转化为直流电流大小的简单关系，对交流电机的运行和控制进行分析，甚至对整个电场中的其他问题进行分析，都是非常有意义的。事实上，100多年前，这一思想和理论分析就已经成熟。先将ABC坐标系中的正弦量转化为 坐标系中的量(克拉克变换、3S/2S变换或3/2变换)，再转化为dq坐标系中的量(PARK变换、3S/2r变换或同步旋转坐标变换)，然后进行分析计算。最后，通过逆变换将得到的结果转化为ABC坐标系中的量。在变换过程中，统一时间相量是环节。37，直轴的电枢电流对电磁转矩的贡献，并且Id在a轴上的投影为0。此时，尽管a相导体处于最大磁密度位置，但不会产生电磁转矩。Id在轴b和c上的投影不是0，但产生的电磁转矩之和为零。这是否意味着对电磁转矩没有贡献？直轴电枢电流不直接产生电磁转矩，而是影响磁场，并且通过影响磁场来影响电磁转矩。直轴的电枢电流与励磁磁动势方向相同，起到辅助磁力的作用。如果主磁路不饱和且磁密度增加，在相同的横轴电流下，电磁转矩增加。然而，如果主磁路接近饱和，磁密度的增加非常小，并且直轴电流对电磁转矩的贡献非常小。此时横轴的电枢反应对电磁转矩的贡献是电机吸收还是释放无功功率？磁，必须从电网吸收无功功率；相关参考方向的电流滞后于电压降。电机吸收电网的无功功率和有功功率。当电枢电流超过励磁电动势一个锐角时，就会发生电枢反应。横轴电枢反应与前一个相同，它辅助磁场并产生具有驱动特性的电磁转矩。直轴电枢反应起消磁作用。虽然它不直接产生电磁转矩，但它的去磁效应会对电磁转矩产生间接影响。退磁，无功功率应送至电网，从图中可以看出。当电枢电流与励磁电动势的夹角为锐角时，电枢磁动势在励磁磁动势之前，电机横轴电枢电流产生驱动电磁转矩，电机处于电动状态。它什么时候开始发电？当电枢电流与励磁电动势的夹角为钝角时，电枢磁动势滞后于励磁磁动势，电机的电枢电流穿过轴时会产生具有制动性能的电磁转矩，电机处于发电状态。根据双反应理论，气隙磁动势是电枢磁动势和励磁磁动势的组合。当电机为隐极且气隙均匀时，如果不考虑饱和，可以根据气隙磁动势得到气隙磁场的分布。当电机为凸极且气隙不均匀时，不能用解析表达式求解。双重反应理论应运而生。44，合成磁动势的方法不能使用。在不考虑磁路饱和的情况下，分别计算了电枢磁动势和交流DC轴的励磁磁动势形成的磁场，进而计算了基本磁场的影响嘿。48、Xa为电枢反应电抗，相当于感应电机的励磁电抗。当磁路不饱和时，Xa是常数。Xt是隐极同步电机的同步电抗。对于大容量同步电机，电枢电阻非常小，一般不考虑。等效电路可以简化。不考虑铁的消耗，同相位，同相位，并且符合左手螺旋关系，超前电角90度，即超前电角90度。49，称为、和Ra、Xa、X。注：(1)。角度的定义和它们之间的关系是电枢电流和励磁电动势之间的角度。50，端电压和电枢电流之间的角度是功率因数角度，气隙电动势和电枢电流之间的角度是内部功率因数角度。端电压和励磁电动势之间的角度是功率角，气隙电动势和励磁电动势之间的角度是内部功率角。不是简单的角度加法，根据相应的关系来判断正负角度。(2)。dq轴投影上各量之间的关系，51，(3)。具有公共底边的多个直角三角形的电动势平衡方程、同步电抗和相量图。52，2。当磁路不饱和时，根据双反应理论，可以得到交流和直轴励磁磁动势以及它们分别产生的基波磁通和感应电动势，并且感应电动势可以叠加。正方向的调节如图所示。电流及其产生的磁动势符合右手螺旋关系。不考虑铁的消耗，它是在同一个阶段，在同一个阶段，并按照左手螺旋关系，领先90度电角，即领先90度电角。出于同样的原因，它超过了90度。Xad是直轴电枢反应电抗，Xaq是横轴电枢反应电抗。电抗与哪个量有关？频率，磁路的磁导，匝数，课堂练习：6-7。54岁。直轴磁路的气隙小，磁阻小，因此直轴电枢反应电抗大于横轴电枢反应电抗。嘿。55为凸极同步电机的直轴同步电抗和凸极同步电机的横轴同步电抗。对于隐极同步电机，气隙均匀，电枢电流无需分解为直轴和横轴，同步电抗相等。56，称为，和Ra，Xd，Xq，X，绘制相量图。已知的，但未知的，不能直接解决，我们怎么能找到这两个电流分量呢？最好知道dq轴与电流的夹角。d轴与励磁磁动势和励磁磁通重合，而励磁电动势与q轴重合。是否有任何其他物理量与dq轴重合？57，在横轴上，也在横轴上，因此也在横轴上，可以确定电枢电流和横轴之间的相位关系，并且也可以获得横轴电流。注：(1)角度的定义及其关系，端电压与电枢电流之间的角度为功率因数角度，气隙电动势与电枢电流之间的角度为内部功率因数角度。端电压和励磁电动势之间的角度是功率角，气隙电动势和励磁电动势之间的角度是内部功率角。58，课堂练习：6-14，9，(2)。每个量在dq轴上的投影之间的关系是电枢电流和励磁电动势之间的夹角，(3)。直角三角形之间的关系不是简单的角度叠加，正、负角度应根据对应关系来判断。同步电动机与DC电动机和感应电动机的区别在于，当负载变化时，其转速总是与同步速度相同，但是气隙旋转磁场和励磁磁场之间的角度，即内部功率角发生变化。对于同步电动机，