4 第四章 同步电机

1、三相同步发电机的基本结构和铭牌数据三相同步发电机的基本结构和铭牌数据 同步电机是由同步电机是由定子定子和和转子转子两大部分组成两大部分组成. 定子定子铁心、转子铁心和定、转子间的气隙构成同步电铁心、转子铁心和定、转子间的气隙构成同步电机的磁路。机的磁路。作为电力发电机基本上都采用作为电力发电机基本上都采用联接联接。1. 三相交流同步电机的基本结构三相交流同步电机的基本结构1 1）定子电枢构造定子电枢构造 定子为电枢的同步电机定子为电枢的同步电机,定子铁心是由硅钢片叠定子铁心是由硅钢片叠成。定子铁心槽内嵌放的三相对称绕组也是依次相成。定子铁心槽内嵌放的三相对称绕组也是依次相差差120 空间电角度

2、或空间电角度或 120 /p 空间机械角度。空间机械角度。 三相三相绕组又称电枢绕组。绕组又称电枢绕组。 结构：结构：由铁心和绕组组成，与异步电机定子基本相由铁心和绕组组成，与异步电机定子基本相同。同。 相同机座号时，相同机座号时，若与异步机互换定子，则仍然若与异步机互换定子，则仍然可以运行。可以运行。 区别：区别：主要是尺寸方面，同步电机通常容量较大，而主要是尺寸方面，同步电机通常容量较大，而异步机的容量相对较小。因此，从表面上看同步机机壳无异步机的容量相对较小。因此，从表面上看同步机机壳无散热片，异步机则有散热片。散热片，异步机则有散热片。 接线：接线：发电机定子绕组通常采用发电机定子绕组

3、通常采用Y 形连接。形连接。定子结构比较：定子结构比较： 三相交流同步电机的基本结构三相交流同步电机的基本结构旋转电枢式同步电机图旋转电枢式同步电机图三相交流同步电机由定子部分和转子部分构成三相交流同步电机由定子部分和转子部分构成 以转子绕组形式分类，有旋转电枢式和旋转磁极式。以转子绕组形式分类，有旋转电枢式和旋转磁极式。 旋转磁极式同步电动机旋转磁极式同步电动机 旋转磁极式同步电机旋转磁极式同步电机转子是直流磁极转子是直流磁极, 产生恒定的磁极产生恒定的磁极主磁通主磁通. 转子磁极有两种结构形式转子磁极有两种结构形式, 即即隐极式隐极式和和凸极式凸极式或称或称显极式。显极式。 励磁绕组的两个

4、出线端分别接到固定在转轴上的两个滑励磁绕组的两个出线端分别接到固定在转轴上的两个滑环上。环上。 两个滑环彼此绝缘并对轴绝缘。通过固定的电刷两个滑环彼此绝缘并对轴绝缘。通过固定的电刷装置与滑环的滑动接触将装置与滑环的滑动接触将直流电流直流电流引入励磁绕组中。引入励磁绕组中。2）转子隐极式转子隐极式转子转子铁心转子铁心硅钢片硅钢片转子轴上的滑环转子轴上的滑环一对极一对极隐极式隐极式两对极凸极式两对极凸极式转子：有转子：有凸极式凸极式和和隐极式隐极式两种。两种。转子绕组是转子绕组是直流直流绕组。绕组。大型机的大型机的转子支架转子支架 按同步发电机定子和转子的结构及作用不同有两种类型按同步发电机定子和

5、转子的结构及作用不同有两种类型, 即即旋转磁极式和旋转电枢式旋转磁极式和旋转电枢式。按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型, 即即自励自励的和他励的的和他励的。以发电机以发电机本身本身的 电 枢 绕 组的 电 枢 绕 组(或辅助绕组或辅助绕组)为励磁电源的为励磁电源的是自励的是自励的。 设有专用励磁电源的称为他励的。设有专用励磁电源的称为他励的。同步发电机的基本类型 说明以发电机以发电机本身本身的电枢绕组的电枢绕组(或或辅助绕组辅助绕组)为励为励磁电源的是自磁电源的是自励的励的。 2.三相交流同步发电机的基本工作原理三相交流同步发电机的基本工作原理

6、工作原理简介：工作原理简介： 外部直流电源通过滑环向转子提供直流外部直流电源通过滑环向转子提供直流励磁电流，并产生磁场；原动机拖动转子旋励磁电流，并产生磁场；原动机拖动转子旋转，转子磁极磁场切割三相定子绕组，感应转，转子磁极磁场切割三相定子绕组，感应三相交流电。三相交流电。 在三相电枢绕组中产生对称的三相正弦空载电动在三相电枢绕组中产生对称的三相正弦空载电动势（即开路相电压），其瞬时值为：势（即开路相电压），其瞬时值为：eEteEteEtAmBmCmsinsin()sin()120120空载电动势的有效值为空载电动势的有效值为 00/24.44mEEfN式中式中: o为每极下的总磁通为每极下的

7、总磁通. 空载电动势的频率空载电动势的频率 f 与与转子的转速转子的转速n和磁极对数和磁极对数p成正比成正比, 即即fpn60由以上两式可得：由以上两式可得：EKne00Ke为电势常数为电势常数电动势的频率：电动势的频率：可见：空载电动势与主磁通和转速的变化有关可见：空载电动势与主磁通和转速的变化有关00/24.44mEEfN铭牌数据：铭牌数据： 主要铭牌数据有：主要铭牌数据有： 额定容量、额定电压、额定容量、额定电压、额定频率、额定功率因数、定子绕组连接、绝额定频率、额定功率因数、定子绕组连接、绝缘等级（温升）缘等级（温升） 、冷却方式、励磁电压、励磁、冷却方式、励磁电压、励磁电流等。电流等

8、。3.铭牌数据铭牌数据额定容量额定容量33NllppSU IU I 保持发电机额定转速不变保持发电机额定转速不变时时, 空载电动势随励磁电流变空载电动势随励磁电流变化的关系化的关系 曲线称曲线称为为空载特性曲线空载特性曲线.)(0fIfE Er：剩磁电压（在额定转速下：剩磁电压（在额定转速下使使If=0时所测得的电枢开路电时所测得的电枢开路电压）。压）。5.5.2 同步发电机的空载运行及空载特性1.1.同步发电机空载运行特性同步发电机空载运行特性 无刷同步发电机实际上是两台机同轴工作。定子：1和2，转子：3和4；主发电机：2和4，励磁发电机：1和3。 当同步发电机接负载时当同步发电机接负载时,

9、 电枢绕组的电枢绕组的三相电流三相电流将产将产生旋转磁场生旋转磁场 a, 这种旋转磁场称为电枢反应磁场。这种旋转磁场称为电枢反应磁场。电电枢反应：电枢磁场对磁极（励磁）主磁场的影响枢反应：电枢磁场对磁极（励磁）主磁场的影响 电枢反应效应与负载性质有关。电枢反应效应与负载性质有关。5.5.3 同步发电机的负载运行及电枢反应同步发电机的负载运行及电枢反应 同步发电机对称负载运行时，同步发电机定、转同步发电机对称负载运行时，同步发电机定、转子之间的气隙同时出现子之间的气隙同时出现两个两个旋转磁场。旋转磁场。 两个两个旋转磁场旋转磁场AXYCBZNS电枢反应：电枢磁场对磁极（励磁）主磁场的影响电枢反应

10、：电枢磁场对磁极（励磁）主磁场的影响eEteEteEtAmBmCmsinsin()sin()120120二、电枢反应 定义：负载时由三相电枢绕组产生的旋转磁场称为电枢反应磁场。电枢反应磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。 电枢电流影响电枢反应的性质：电枢电流与空载电势的关系有：同相位(电阻)、滞后（电感）和超前（电容）三种。与之对应的电枢反应的性质有：交轴、直轴去磁和直轴增磁三种。 交轴反应（同相位） 直轴去磁（滞后） 直轴去磁（超前）一般情况感性滞后的电流 通常情况下通常情况下, 发电机的负载多为一般电感性负载发电机的负载多为一般电感性负载, 即电枢电流落后于空载电动势的角度即电枢电流落后于空

11、载电动势的角度小于小于90 一般电感性负载的电枢反应既有去磁效应又有一般电感性负载的电枢反应既有去磁效应又有交磁效应。交磁效应。4)实际负载的电枢反应 为保持端电压不变，应增加励磁电流，发电机为保持端电压不变，应增加励磁电流，发电机处于过激状态。处于过激状态。 当保持额定转速不变、保当保持额定转速不变、保持一定的负载功率因数和励持一定的负载功率因数和励磁电流不变时磁电流不变时, 发电机的端发电机的端电压随电枢电流变化的特性电压随电枢电流变化的特性U=f(I), 称为外特性。称为外特性。1）外特性）外特性U=f(I)电压变化率电压变化率UUUUnn% 0100% 同步发电机在同步发电机在cos=0.8 (滞后滞后)的负载时的负载时, 其电压其电压变化率约为变化率约为2040, 一般不超过一般不超过50。5.5.4 同步发电机的运行特性 同步发电机在额定转速和一定的负载功率因数下同步发电机在额定转速和一定的负载功率因数下, 为保持端电压基本不变为保持端电压基本不变, 励磁电流励磁电流If随负载电流随负载电流I而变而变化的关系化的关系If =f(I)称为调节特性。称为调节特性。 2）调节特性If =f(I) 同步发电机在额定转速和一定的负载功率因数下同步发电机在额定转速和一定的负载功率因数下, 为保持端电压基本不变为保持端电压基本不变, 励磁电流励磁电流If随负载电流随负