《相同步电机》ppt课件

1、电机与拖动NoImage三一样步电机三一样步电机第第 7 章章电机与拖动本章要求本章要求掌握同步电机的根本构造和任务原理。掌握同步电机的根本构造和任务原理。 掌握同步电动机的分析方法及分析结果。掌握同步电动机的分析方法及分析结果。 掌握功角的概念及意义，矩角特性及其运用。掌握功角的概念及意义，矩角特性及其运用。 熟练掌握同步电动机的熟练掌握同步电动机的U型曲线及其意义。型曲线及其意义。 掌握任务特性中的掌握任务特性中的cos=fP2曲线外形及其曲线外形及其意义。意义。 了解同步电动机的起动方法；普通掌握同步伐了解同步电动机的起动方法；普通掌握同步伐相机相机 。 电机与拖动第一节 同步电动机的根

2、本构造和任务原理 一、同步电动机的根本构造一、同步电动机的根本构造 1. 1. 定子：主要由铁心和电枢绕组构成定子：主要由铁心和电枢绕组构成 定子铁心是定子铁心是由硅钢片叠成，由硅钢片叠成，它构成电机磁它构成电机磁路的一部分。路的一部分。 电枢绕组是电枢绕组是三相对称绕组，三相对称绕组，由高强度漆包由高强度漆包线绕成，它构线绕成，它构成电机的电路。成电机的电路。电机与拖动电机与拖动电机与拖动UV WUVWVWWUUVUUWVVW Y 接法 接法接法WWUVVU接线盒接线盒留意：首尾端不能接反！留意：首尾端不能接反！定定 子子 三三 相相 绕绕 组组 接接 线线 方方 式式WUVUVWU 定 子

3、UVVWW电机与拖动转子：由铁心、直流励磁绕组、滑环和电刷等构成。转子：由铁心、直流励磁绕组、滑环和电刷等构成。 按构外型式分成凸极式转子和隐极式转子按构外型式分成凸极式转子和隐极式转子凸凸 极极 式式 转转 子子电机与拖动水轮发电机水轮发电机电机与拖动电机与拖动电机与拖动水轮发电机的特点：水轮发电机的特点： 极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不一样。大多数水轮发电机为立式。水与汽轮发电机大不一样。大多数水轮发电机为立式。水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了

4、散热的需求，定子铁心中留有径向通风沟。转成。为了散热的需求，定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为子磁极由厚度为12mm的钢片叠成；磁极两端有磁的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环将一切铜条连在一同构成阻尼绕组，其作用是用来拟制将一切铜条连在一同构成阻尼绕组，其作用是用来拟制短路电流和减弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。短路电流和减弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。磁极与磁极轭部采用磁极与磁极轭部采用 T

5、 形或鸽尾形衔接。形或鸽尾形衔接。 电机与拖动隐隐 极极 式式 转转 子子电机与拖动汽轮发电机汽轮发电机电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动汽轮发电机的特点：汽轮发电机的特点： 定子大体上与异步电机一样，定子铁心由定子大体上与异步电机一样，定子铁心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的电工钢片叠成。定子外径较小时，或其它厚度的电工钢片叠成。定子外径较小时，采用圆形冲片，当定子外径大于采用圆形冲片，当定子外径大于1m 时，采用扇形冲片。时，采用扇形冲片。定子铁心固定在机座上，机座常由钢板焊接而成，它必需定子铁心固定在机座上，机座常由钢板焊接而成，它必需有足够的强度和刚度，同时还必需

6、满足通风和散热的需求。有足够的强度和刚度，同时还必需满足通风和散热的需求。汽轮发电机的电压较高，要求定子绕组有足够的绝缘强度，汽轮发电机的电压较高，要求定子绕组有足够的绝缘强度，普通采用普通采用 B 级或级或 F 级绝缘。级绝缘。 为了减少高速旋转引起的为了减少高速旋转引起的离心力，普通采用隐极式转子，其外形常做成一个细长的离心力，普通采用隐极式转子，其外形常做成一个细长的圆柱体。转子铁心外表圆周上铣有许多槽，励磁绕组嵌放圆柱体。转子铁心外表圆周上铣有许多槽，励磁绕组嵌放在这些槽内。在这些槽内。 励磁绕组为同心式绕组，以铜线绕制，并励磁绕组为同心式绕组，以铜线绕制，并用不导磁的槽楔将绕组紧固在

7、槽内。用不导磁的槽楔将绕组紧固在槽内。 电机与拖动凸凸 极极 转转 子子隐隐 极极 转转 子子d轴q轴pf60n11 d轴q轴特点：气隙不均匀特点：气隙不均匀特点：气隙均匀特点：气隙均匀转转 子子 结结 构构 特特 点点电机与拖动 定子三相对称绕组，加三相对定子三相对称绕组，加三相对称电压，流入三相对称电流，产生称电压，流入三相对称电流，产生旋转磁场旋转磁场N1、 S1 。旋转磁场的转。旋转磁场的转速为速为转子励磁绕组，加直流电压，产生恒定磁场转子励磁绕组，加直流电压，产生恒定磁场N2、 S2 。 定子磁场定子磁场N1、 S1 与转子磁场与转子磁场N2、 S2 之间产生磁之间产生磁拉力，从而产

8、生电磁力矩拖动转子与定子磁场同步旋拉力，从而产生电磁力矩拖动转子与定子磁场同步旋转。转。p3000p60fn二、同步电动机的任务原理二、同步电动机的任务原理电机与拖动*同步转速同步转速 从供电质量思索，由众多同步发电机并联构成的从供电质量思索，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有：，故有：NP 要使得发电机供应电网要使得发电机供应电网50Hz的工频电能，发电的工频电能，发电机的转速必需为某些固定值，这些固定

9、值称为同步转机的转速必需为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如速。例如2极电机的同步转速为极电机的同步转速为3000r/min，4极电极电机的同步转速为机的同步转速为1500r/min，依次类推。只需运转，依次类推。只需运转于同步转速，同步电机才干正常运转，这也是同步电于同步转速，同步电机才干正常运转，这也是同步电机称号的由来。机称号的由来。 电机与拖动*同步机运转方式同步机运转方式 同步电机的主要运转方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运转。同步电机的主要运转方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运转。 作为发电机运转是同步电机最主要的运转方式，作为电动机运转是同步电机的作为发电机

10、运转是同步电机最主要的运转方式，作为电动机运转是同步电机的另一种重要的运转方式。同步电动机的功率因数可以调理，在不要求调速的场所，另一种重要的运转方式。同步电动机的功率因数可以调理，在不要求调速的场所，运用大型同步电动机可以提高运转效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统运用大型同步电动机可以提高运转效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开场得到较多地运用。中开场得到较多地运用。 同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调理转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，任何机械负载，靠调理转子中的励磁电

11、流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以到达改善电网功率因数或者调理电网电压的目的。以到达改善电网功率因数或者调理电网电压的目的。 电机与拖动三、同步电动机的额定数据三、同步电动机的额定数据额定容量额定容量 是指轴上输出的有功功率，单位为是指轴上输出的有功功率，单位为 。 KWNU额定电压额定电压 指加在定子绕组上的线电压，单位为指加在定子绕组上的线电压，单位为 或或 。 VKVNI额定电流额定电流 电动机额定运转时，流过定子绕组的电动机额定运转时，流过定子绕组的 线电流，线电流， 单位为单位为 。AN cos额定功率因数额定功率因数 电动机额定运转的功率因数。电动机额定运转的功率因数。 N

12、n额定转速额定转速 电动机额定运转时转子转速，单位为电动机额定运转时转子转速，单位为 。 min/ rN 额定效率额定效率 电动机额定运转效率。电动机额定运转效率。 )(HzfN 此外，同步电动机铭牌上还给上额定频率此外，同步电动机铭牌上还给上额定频率 ；额；额定励磁电压定励磁电压 ；额定励磁电流；额定励磁电流 等数据。等数据。 )(VUfN)(AIfN电机与拖动一、隐极同步电动机电磁分析和相量图一、隐极同步电动机电磁分析和相量图定子的电磁关系定子的电磁关系(磁路不饱和时：磁路不饱和时：转子转子If定子定子F =F0 + Fa1、电磁分析、电磁分析 由于定、转子磁场在由于定、转子磁场在空间相对

13、静止，故空间相对静止，故同步电动机带负载运转，同步电动机带负载运转，定转子电流产生两个旋转定转子电流产生两个旋转磁场，它们相对静止，只磁场，它们相对静止，只在定子中感应电势。在定子中感应电势。第二节第二节 同步电动机内部的电磁同步电动机内部的电磁关系关系FFEaIaEaFa0F0E0aaa000FEFE 电机与拖动2、根本方程、根本方程aaaxjIE 磁路不饱和时磁路不饱和时气隙磁场在定子中的感应电势气隙磁场在定子中的感应电势故故aI而漏感电势而漏感电势r11U0EaE EaxI jE定子一相绕组电阻为定子一相绕组电阻为r1a0EEE0E电机与拖动在给定的参考方向下，定子在给定的参考方向下，定

14、子一相绕组的电压平衡方程式一相绕组的电压平衡方程式为为1aa01rIEEEU 1aa d drIxjIE r1aaaa0IxjIxjIE 式中式中xa称为电枢反响电抗，对应旋转磁势磁路称为电枢反响电抗，对应旋转磁势磁路.x 定子漏电抗，与定子漏磁通的磁路对应。定子漏电抗，与定子漏磁通的磁路对应。xa x r10EE aEaI1U电机与拖动3、等效电路和相量图、等效电路和相量图定子一相等效电路为定子一相等效电路为普通同步电动机容量都较大，电阻普通同步电动机容量都较大，电阻r1很小，忽略之，得很小，忽略之，得aaa0 xjIxjIE ca0 xjIE 式中式中 xc称为隐极同步电机的同步电抗。称为

15、隐极同步电机的同步电抗。与等效电路对应的相量图与等效电路对应的相量图(忽略忽略r1为：为：+r1-jxccaxI j1U1E-aI.1I电机与拖动一、功率、转矩方程一、功率、转矩方程 ra.1U.0E+-cu1empPP jxc cosmUIP1a2curmIp 输入：输入： 定子铜耗：定子铜耗： 0emFesmecem2pPpppPP 电磁功率：电磁功率： 输出功率：输出功率： 2sin)x1x1(2UmsinxUEmPdq2d0em摩擦损耗摩擦损耗附加损耗附加损耗空载损耗空载损耗铁损耗铁损耗第三节第三节 同步电动机的功率方程及功同步电动机的功率方程及功角特性角特性电机与拖动 sinxUEm

16、Pc0em隐隐极极机机隐极机隐极机xd=xq =xc sinxUEmTc01em隐隐极极机机可见电磁功率是可见电磁功率是的函数。的函数。电机与拖动三、功角特性和矩角特性三、功角特性和矩角特性功角的概念：功角的概念： 功角功角在时间上表示端电压和励磁磁势之间的相位差，在时间上表示端电压和励磁磁势之间的相位差，在空间上表现为合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹在空间上表现为合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。并网运转时，角。并网运转时， 为电网电压，其大小和频率不变，为电网电压，其大小和频率不变，对应的合成磁势对应的合成磁势 总是以同步速度旋转，因此功角的总是以同步速度旋转，因此功角的大小只能由转子磁

17、势大小只能由转子磁势 的角速度决议。稳定运转的角速度决议。稳定运转时，时， 和和 之间无相对运动，之间无相对运动，具有固定的值。具有固定的值。 y为内功率因数角，为内功率因数角， =y-j定义为功角。它表示发电机定义为功角。它表示发电机的励磁电势的励磁电势 和端电压和端电压 之间相角差。功角之间相角差。功角对于研讨对于研讨同步电机的功率变化和运转的稳定性有重要意义。同步电机的功率变化和运转的稳定性有重要意义。 电机与拖动功角的空间概念：功角的空间概念： 电机与拖动功角特性和矩角特性曲线功角特性和矩角特性曲线在在U、E0不变时，不变时，Pem、 Tem与与成正弦关系成正弦关系B BA ATLTm

180Pem(Tem)隐极机隐极0Pem(Tem)凸极机凸极机电机与拖动一、励磁调理一、励磁调理 坚持同步电动机的坚持同步电动机的U1、f、P2不变，调理励磁电不变，调理励磁电流流If ，会引起电枢电流和电机功率因数的改动。，会引起电枢电流和电机功率因数的改动。第三节第三节 同步电动机的励磁调理及同步电动机的励磁调理及V V形曲线形曲线 结论：调理结论：调理If ，可以改动电机功率因数；正常，可以改动电机功率因数；正常励磁时，为纯阻性；励磁时，为纯阻性； If正常励磁时正常励磁时,为容性；为容性；If C2 C3 C2 C1C10 0欠欠励励过过励

19、励IIfIfP2=C1P2=C1P2=C2P2=C2P2=C3P2=C3正常正常励磁励磁 V形曲线是一簇曲线，每一条形曲线是一簇曲线，每一条V形曲线对应一定的形曲线对应一定的有功功率。有功功率。V形曲线上都有一个最低点，对应形曲线上都有一个最低点，对应cos =0 的情况。将一切的最低点衔接起来，将得到与的情况。将一切的最低点衔接起来，将得到与cos =0对应的曲线，该线左边为欠励形状，功率因对应的曲线，该线左边为欠励形状，功率因数超前，右边为过励形状，功率因数滞后。数超前，右边为过励形状，功率因数滞后。230sin1sin1N 230sin1sin1N 电机与拖动三、三、cos=f(P2)曲

20、线曲线 坚持同步电动机的坚持同步电动机的U1、f、 If不变，调理输出功不变，调理输出功率率P2 ，电机功率因数的改动，电机功率因数的改动.P2*cos00.510.80.8容性容性感性感性电机与拖动TemS1S2N2N1n1N1S2N2S1n1T em 同步电动机起动时同步电动机起动时n=0,由于转子的惯性，其速度由于转子的惯性，其速度不能突变，而气隙磁场速度不能突变，而气隙磁场速度n1很快。所以转子所受的很快。所以转子所受的T方向来回变化，转子无法直接起动。方向来回变化，转子无法直接起动。第四节第四节 同步电动机的同步电动机的起动起动电机与拖动同步电动机的起动方法同步电动机的起动方法 同步

21、电机在电源频率恒定使定子合成磁场转同步电机在电源频率恒定使定子合成磁场转速恒定的条件下，其转速必为同步转速速恒定的条件下，其转速必为同步转速 n0，是，是不可调理的。不可调理的。 平均电磁转矩平均电磁转矩 Temav = Tem(t)dt = 0 由于同步电机仅在运转时才有平均电磁转矩，由于同步电机仅在运转时才有平均电磁转矩，而起动过程是非同步运转形状，所以同步电动机而起动过程是非同步运转形状，所以同步电动机不能自行起动，可采用异步起动启动不能自行起动，可采用异步起动启动电机与拖动同步电动机的起动方法同步电动机的起动方法1、辅助起动法：用同极数异步电动机拖动其起动。、辅助起动法：用同极数异步电

22、动机拖动其起动。2、变频起动法：将电源频率从、变频起动法：将电源频率从0fN随随n逐渐升高。逐渐升高。3、异步起动法：利用阻尼绕组作起动绕组，实现异步、异步起动法：利用阻尼绕组作起动绕组，实现异步 起动，最后被牵入同步。起动，最后被牵入同步。电机与拖动1、一隐极同步电动机，、一隐极同步电动机， N=30。求：。求：1过过载才干载才干 ；2TL不变，提高不变，提高 =4，励磁电，励磁电流应提高到原来的几倍流应提高到原来的几倍E0If?2、一隐极同步电动机，、一隐极同步电动机， PN=6300KW, UN=10000V(Y), IN=417A, cosN=0.9 (超前超前), IfN=404A,

23、xc=14 E0If 求：求： 1额定效率额定效率N ； 2额定无功功率；额定无功功率； N ； 习题课习题课3坚持坚持PN不变，如何调理，使不变，如何调理，使cos =1?求此求此时时I和和If 不变。不变。 4额定任务时，坚持额定任务时，坚持If不不变，下降变，下降 PN=4000KW，求，求I和和cos ？ 不变不变电机与拖动4、单相变压器的额定数据，、单相变压器的额定数据，SN=500VA，U1N/U2N=220/110V，短路阻抗标么值，短路阻抗标么值ZK*=0.0560 ，I10N=0.2A。将两台一样的变压器。将两台一样的变压器串联，高压侧接串联，高压侧接220V电网，降压供电，

24、试求：电网，降压供电，试求：1分别分别计算第一和第二台变压器原边的空载电流。计算第一和第二台变压器原边的空载电流。2空载供空载供电电压。电电压。3短路电流。磁道路性短路电流。磁道路性220Tr1Tr23. 一台三相变压器，一台三相变压器，SN=200KVA, U1N/U2N =6.3/0.38KV, Y/Y0衔接。现为一台衔接。现为一台Y接接380V的三一的三一样步电动机供电。同步数据：样步电动机供电。同步数据：PN=75kw, UN=380V, cosN=0.5超前超前, N=88.2%，求同步电动机额，求同步电动机额定运转时：电网的输出电流？定运转时：电网的输出电流？电机与拖动解解1：c0NmaxxEUmT fNfN00I 2I ;E2E ; 4 %9 .969 . 04171036300cosIU3PNN2N 解解2：1KVA3148sinUI3Q)2(NN .