第六章常用同步电机

1、University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础1电机及拖动基础电机及拖动基础电子与信息工程学院电子与信息工程学院电气工程及自动化系电气工程及自动化系University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础2V1V2W2W1U1U2NS第一节第一节 同步电机的工作原理同步电机的工作原理定子定

2、子+UfIf转子转子励磁励磁绕组绕组1. 三相同步电动机三相同步电动机 定子：三相对称绕组通入定子：三相对称绕组通入三相对称电流产生旋转磁场。三相对称电流产生旋转磁场。 转子：转子绕组通入直流转子：转子绕组通入直流励磁。励磁。 转子转速转子转速同步转速同步转速60 f1pn = n1 = 第六章常用同步电动机第六章常用同步电动机University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础3V1V2W2W1U1U2NS同步电动机中的磁通势同步电动机中的

3、磁通势 定子定子 电枢。电枢。电枢旋转磁通势电枢旋转磁通势 Fa转子励磁旋转磁通势转子励磁旋转磁通势 F0气隙旋转磁通势气隙旋转磁通势 F NSSNn0n0电枢反应电枢反应 Fa 对对 F 的影响。的影响。NSSN电动机状态电动机状态n0n0理想空载状态理想空载状态F0FaF功功角角University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础4同步电动机中的感应电动势同步电动机中的感应电动势 V1V2W2W1U1U2NSF0FaFF0电枢三相电枢三相

4、 绕组中感应绕组中感应 E0F电枢三相电枢三相 绕组中感应绕组中感应 E1 E0 在时间上滞后于在时间上滞后于 E1角角 F0 在空间上在空间上 滞后于滞后于F角角 E0 在时间上滞后于在时间上滞后于 E1角角 同步电动机工作原理：就是旋转磁场以磁动力拖同步电动机工作原理：就是旋转磁场以磁动力拖动旋转磁极（转子）共同以同步转速动旋转磁极（转子）共同以同步转速n n1 1旋转旋转University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础52. 三相同

5、步发电机三相同步发电机 励磁机励磁机F0 旋转的旋转的 F0 和和0E0 原动机原动机电枢三相电枢三相 绕组中感应绕组中感应 SNn0NSn0发电机运行发电机运行NSSNn0n0 理想空载状态理想空载状态 V1V2W2W1U1U2NSF0FaFUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础63. 三相同步电机的可逆运行三相同步电机的可逆运行NSSNn0n0电动机状态电动机状态NSSNn0n0理想空载状态理想空载状态SNn0NSn0发电机

6、运行发电机运行University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础74 三相同步电机的基本结构三相同步电机的基本结构1）主要部件）主要部件(1) 定子（电枢）定子（电枢）(2) 转子转子由硅钢片叠成。由硅钢片叠成。对称三相绕组。对称三相绕组。定子铁心：定子铁心：定子绕组：定子绕组：机座和端盖等。机座和端盖等。转子铁心：转子铁心： 由整块铸（锻）钢制成。由整块铸（锻）钢制成。励磁绕组：励磁绕组： 工作时施加直流励磁。工作时施加直流励磁。阻尼绕组

7、和转轴等。阻尼绕组和转轴等。阻尼绕组阻尼绕组University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础82）励磁方式）励磁方式(1) 直流励磁机励磁直流励磁机励磁 励磁绕组由小型直流发电机供电。励磁绕组由小型直流发电机供电。(2) 静止整流器励磁静止整流器励磁 交流励磁机交流励磁机整流整流直流电直流电(3) 旋转整流器励磁旋转整流器励磁 交流励磁机交流励磁机整流整流直流电直流电励磁绕组。励磁绕组。电刷电刷集电环集电环励磁绕组。励磁绕组。 Unive

8、rsity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础9(1) 按能量转换的方式不同：按能量转换的方式不同： 同步发动机、同步电动机。同步发动机、同步电动机。(2) 按相数的不同按相数的不同: 三相、单相。三相、单相。(3) 按转子结构的不同：隐极式、凸极式。按转子结构的不同：隐极式、凸极式。3）主要种类）主要种类NS+3 3 +NSUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致

9、用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础105、额定值、额定值(1) 额定电压额定电压 UN ：线电压的额定值。：线电压的额定值。(2) 额定电流额定电流 IN ：线电流的额定值。：线电流的额定值。(3) 额定功率额定功率 PN ：输出功率的额定值。：输出功率的额定值。 三相同步电动机：三相同步电动机： PN =3 UNINcoscos N N (4) 额定转速额定转速 nN ：额定运行时的转速。：额定运行时的转速。(5) 额定频率额定频率 fN ： 50Hz。University of Science and Technology Liaoning

10、博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础116、三相同步电动机的电压方程、三相同步电动机的电压方程U1 = R1I1E E1= (R1 + j X ) I1E1E =j X I1 漏磁感应电动势：漏磁感应电动势：R1、X 定子每相绕组的电阻、漏电抗。定子每相绕组的电阻、漏电抗。1 1）隐极同步电动机）隐极同步电动机2 2）凸极同步电动机）凸极同步电动机E =jXI1 I1 = IdIqUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋

11、向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础12U1 =E0 j Xad Idj Xaq Iqj XI1R1I1=E0j (XadX ) Idj (XaqX ) IqR1I1 U1 =E0jXd IdjXq IqR1I1 Xd = XadX 直轴同步电抗。直轴同步电抗。 Xq = XaqX 交轴同步电抗。交轴同步电抗。如果忽略如果忽略 R1，则，则U1 =E0jXd IdjXq Iq University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖

12、动基础电机及拖动基础137 、三相同步电动机的功率和转矩三相同步电动机的功率和转矩1. 功率功率(1) 输入功率（不计励磁功率）输入功率（不计励磁功率） P1 = 3U1I1cos (2) 电枢铜损耗电枢铜损耗 PCu = 3R1I12(3) 电磁功率电磁功率 Pem = P1PCu = 3U1I1cos 3R1I12 = 3 (U1cos R1I1 ) I1University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础14铁损耗铁损耗机械损耗机械损耗

13、附加损耗附加损耗(4) 空载损耗空载损耗 P0 = PFePmePad(5) 输出功率输出功率 P2 = PemP0(6) 功率关系功率关系 P1 = PCuPe = PCuPFePmePadP2 (7) 效率效率P1PCuPemP0P2 = 100% % P2P1University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础15PePe = 3U1Iq cos 3U1Id sin U1sin Xq = 3U1 cos E0 U1cos Xd+ 3U1

14、 sin 3U1E0Xd = sin 1Xq ( ) sin2 3U1221Xd3U1E0Xd T = sin 1Xq+ ( ) sin2 3U1221Xd2 2电磁功率（功角特性）和电磁转矩（矩角特性）电磁功率（功角特性）和电磁转矩（矩角特性）University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础168、三相同步电动机功率因数的调节三相同步电动机功率因数的调节 同步电动机的主要优点同步电动机的主要优点 调节调节If 调节调节 cos 90o

15、90o (纯电容性纯电容性) (纯电感性纯电感性)调节调节 If 改变改变 cos 的原理的原理 以隐极同步电动机为例，并忽略以隐极同步电动机为例，并忽略 R1 和和 T0。 调节调节 If 时，时，U1、f1、TL都不变，则都不变，则 T 和和 Pe 不变，不变，即即 T 和和 P1 不变。不变。根据：根据：Pe = 3 sin U1E0Xs= 3U1I1cos University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础17可得如下关系：可得如下

16、关系： E0 sin = 常数常数 I1cos = 常数常数另一方面另一方面: 因此，改变因此，改变 If 而使而使E0 改变时，改变时，I1、 和和 均要改变。均要改变。当当 If E0 。当当 If E0 。U1 =E0j Xs I1恒功率、变励磁、不恒功率、变励磁、不计凸极效应时同步电计凸极效应时同步电动机的电动势相量图动机的电动势相量图University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2021-11-10电机及拖动基础电机及拖动基础18 正常励磁正常励磁 当当 If = If0 时，时， I1 与与U1 同相，同相， = 1, 电机呈电阻性。电机呈电阻性。 欠励磁欠励磁 当当If If0时，时， I1 (I1 ) 滞后于滞后于U1， 电机呈电感性。电机呈电感性。 If ，感性程度，感性程度 。 过励磁过励磁 当当 If If0 时，时， 电机呈电容性，电机呈电容性， I If f | | | | ， I1 (I1) 超前于超前于U1， University of Scien