《电气工程概论》辅导资料七

1、电气工程概论辅导资料七电气工程概论辅导资料七主 题： 第一章第三节同步电机学习时间： 2012年们月12 0-11月18日内 容：我们这周主要学习交流电机的另一科同步电机，通过学习我们要掌握 同步电机的工作原理、结构，掌握同步电机并网所需要的条件，了解电动势平 衡方程式及电枢反应，了解同步电机的各种特性和功率平衡。第一章电机与电器基础第三节电机同步电机同步电机属于交流电机，其转子转速为一固定的同步转速。同步电机有三 种运行方式：发电机、电动机和调相机。同步电机最重要的用途是作发电机用。 现代电网的电能几乎全部由三相同步发电机提供。有时工作于同步补偿机状态， 提供无功功率，改善电网的功率因数。1

2、.同步电机的原理和结构图 2-94(a)囲步电机原用，(1)气際怨场分伽彼形和导依 悠点电动势的彼形图293同步电机基本结构 (Q凸扱式转子;隐败式转子转子绕组直流电励礁产生固定的N、S礁极。原动机带动转子转动，定子绕 组切割孫力线，产生三相交流电。定子产生旋转磁场与转子同步运行。此时同 步电机处于发电机运行状态。定子三相绕组通入三相交流电，产生旋转磁场。转子绕组通入直流励磁产 生固定N、S极。这样旋转離场就吸引转子同步旋转。此时发电机处于电动机运 行状态。同步电机的转子有两种构造型式，即凸极式和阴极式。凸极式转子上有明 显凸出的成对琏极和励廣绕组。当励箱绕组中通过直流励磁电流后，每个箱极 就

3、出现一定的极性。隐极式转子的转子铁芯为圆柱形，沿着转子圆周表面开有 许多槽，用来嵌入励琏绕组。同步电机无论作为发电机或电动机，它的转子速度总等于由电机极对数和 电枢电流频率所决定的同步转速，同步由此得名。2.同步发电机的空载运行当外加原动机带动发电机转子在同步转速下运行，并且转子的励磁绕组通 以励磁电流时，电枢绕组开路即为同步发电机的空载运行。空载运行时，电枢电流等于零，其气隙磁场由转子或动势单独建立。电枢绕组切割旋转離场产生 感应电动势，电枢绕组开路时的端电压等于空载电动势。3同步发电机的负载运行(1) 电枢反应及电动势方程当负栽运行时，三相对称电流流过定子三相绕组，形成电枢旋转發动势， 它

4、与转子旋转黴动势同步，且转向相同。此时的气隙踐场与空载运行的情况不 同，是二者的合成發场。电枢錢动势对乞隙饌场的彩响称为电枢反应。电枢反应对同步电机的性能 有重大彫响，负载的性质决定了电枢反映的特性。可以应用时空矢量图来分析电枢反应特性。(b)图296凸极同步电机电枢反应吋空矢戢图(a) =0% (b) 0=90、(c) Oe 一90产0凸极同步电机的电动势方程U =Eo -jXd/d -jXq/q其中兀为直轴同步电抗，尿为交轴同步电抗。隐极同步电机的电动势方程0 =Eo -jXJ,其中斤为隐极电机同步电抗。(2) 同步发电机的特性1) 空载特性。当外加原动机带动发电机转子在同步转速下运行，并

5、且转 子的励饌绕组通以励饌电流人时，电枢绕组开路即为同步发电机的空載运行。 电枢绕组切割旋转離场感应电动势饥，电枢绕组开路时的端电压等于空载电动势当n =4=0时Eo = /（/,）称为同步发电机的空載特性。下图中曲线1。2）短路特性。同步发电机在同步转速下三相的稳态短路电枢电流/ ,即短 路电流乙与励碾电流人的关系称为短路特性，两者在数量上成线性关系。下图中直线3。图297空载待性和短路特性3）零功率因数负载特性。4）同步发电机的外特性。同步发电机的外特性表示在H = /7,.励離电流等 于常数、功率因数等于常数情况下，端电压和电枢电流的关系。外特性曲线与 外加负载有关系，负载性质不同，外特

6、性曲线也不同。发电机的电压调整率：爲 ixj4 U图298零功率因数负栽时的时空矢试图4. 同步发电机的并网运行同步发电机并列投入电网时，为了避免发生电流的冲击和转轴突然受力， 应使发电机每相电动势瞬时值与电网电压瞬时值保持相等。此条件可分开写成 以下四条：(1) 发电机的频率和电网频率相同；(2) 发电机和电网的电压波形要相同；(3) 发电机和电网电压大小、相位要相同；(4) 发电机和电网的相序要相同。5. 同步发电机的功率平衡同步发电机的功率平衡方程为：卩 1卩cm 十mw + ad=3L7 cos = 3UI cos( 8)由于定子绕组很小，因此其电阻损耗可以不计，就有上式。其中，0为内

7、 功率因素角，把6 =屮7称为功角，它表示发电机励/电动势与电枢端电压之间的央角。 凸极电机:二 3U+ 3V 上一J sim?隐极电机:本周要求掌握的内容如下：本周我们要了解掌握同步电机的工作原理、结构.掌握同步电机并网所需 要的条件，了解电动势平衡方程式及电枢反应，了解同步电机的各种特性和功 率平衡。习题（一）选择题1. 同步电机有三种主要的运行方式，其中最主要的用途是（）。A. 发电机B. 电动机C. 调相机D. 以上都不正确 答案：A2. 对于感性负载，在励礁电流不变的情况下，随着电枢电流的增大，同步 电机的外特性是（）的曲线。A. 上升B. 下降C. 没有影响D. 不能确定答案：B（二）判断题1.中小型同步电机多釆