同步电机复习

1、同步电机复习同步电机复习（Ch18-Ch24） 第十八章第十八章 同步电机概述同步电机概述复习交流电机一般问题（交流绕组、感应电势、磁势），介绍同步电机原理、结构、复习交流电机一般问题（交流绕组、感应电势、磁势），介绍同步电机原理、结构、励磁方式、技术指标、航空同步电机特色及发展状况。励磁方式、技术指标、航空同步电机特色及发展状况。* *第十九章第十九章 三相同步发电机对称运行原理三相同步发电机对称运行原理重点介绍了重点介绍了同步电机电枢反应，同步电机电枢反应，推导出推导出时空相量图时空相量图，本章另一个重点是同步发电机，本章另一个重点是同步发电机的的电势方程及相量图电势方程及相量图，这些是同

2、步电机的基本理论，应当牢固掌握，同时，对同步发，这些是同步电机的基本理论，应当牢固掌握，同时，对同步发电机的负载特性及电机的负载特性及电抗电抗测定方法应了解。测定方法应了解。第二十章第二十章 同步发电机不对称运行同步发电机不对称运行重点是不对称运行的分析方法，重点是不对称运行的分析方法，了解相序电抗概念了解相序电抗概念，掌握阻尼绕组的作用，掌握阻尼绕组的作用第二十一章第二十一章 同步发电机的突然短路同步发电机的突然短路重点是三相突然短路物理过程的分析重点是三相突然短路物理过程的分析，要求了解瞬态电抗及突然短路电流。，要求了解瞬态电抗及突然短路电流。第二十二章第二十二章 同步发电机的并联运行同步

3、发电机的并联运行重点是重点是同步发电机并网的条件及方法同步发电机并网的条件及方法，另一重点是功角特性及并网后，另一重点是功角特性及并网后有功功率及无有功功率及无功功率的调节功功率的调节，均要求掌握。，均要求掌握。第二十三章第二十三章 同步电动机同步电动机重点是同步电动机的电势方程式和相量图，同时要求掌握重点是同步电动机的电势方程式和相量图，同时要求掌握同步电动机起动方法同步电动机起动方法。掌握掌握无刷直流电机、步进电机的结构、原理及性能特点无刷直流电机、步进电机的结构、原理及性能特点。第二十四章第二十四章 永磁电机永磁电机重点是重点是永磁材料及其特性永磁材料及其特性，了解永磁同步、有刷直流、无

4、刷直流电机的特点与应用，了解永磁同步、有刷直流、无刷直流电机的特点与应用。sinsin(120 )sin(240 )AmBmCmiItiItiIt同步电机同步电机 感应电机感应电机 传统交流电机传统交流电机 90t322mAmBCIiIiiFF 210t322mBmCAIiIiiFF 330t322mCmABIiIiiFF 450t322mAmBCIiIiiFF 160 fnp产生圆形旋转磁场产生圆形旋转磁场ABC同步电机同步电机定子：定子：铁心、交流绕组铁心、交流绕组电枢绕组电枢绕组 转子：转子：磁极磁极铁心、励磁绕组铁心、励磁绕组 气隙气隙 稳定转矩：定转子磁场相对静止稳定转矩：定转子磁场

5、相对静止 通入三相交流电，产生同步旋转通入三相交流电，产生同步旋转 磁场。磁场。 转子绕组切割旋转磁场，产生感应电势。转子绕组切割旋转磁场，产生感应电势。 转子电流与磁场相互作用产生电磁力、转子电流与磁场相互作用产生电磁力、 电磁转矩。电磁转矩。当电磁转矩当电磁转矩阻转矩时，转子以转速阻转矩时，转子以转速 n 旋转。旋转。1nn异步电动机：异步电动机：感应电动机：感应电动机：转子电流是感应产生的。转子电流是感应产生的。感应电机感应电机感应电机感应电机电动电动 电磁制动电磁制动 发电发电 0s 10s1s 凸极式隐极式爪极式：水轮发电机、航空发电机：水轮发电机、航空发电机：汽轮发电机：汽轮发电机

6、：汽车发电机：汽车发电机160 fnp高速电机？高速电机？旋转电枢式旋转电枢式旋转磁极式旋转磁极式有刷励磁系统有刷励磁系统无刷励磁系统无刷励磁系统航空三级式同步电机航空三级式同步电机N NS S星型星型切向切向径向径向永磁励磁永磁励磁 电励磁电励磁 1、2、外特性硬、电压调整率小、外特性硬、电压调整率小3、调压困难、调压困难4、稳态短路电流大、稳态短路电流大5、功角特性、功角特性aqadxx 钕钕- -铁铁- -硼硼铝镍钴铝镍钴钐钴钐钴铁氧体铁氧体BmHmBrHc热稳定性热稳定性机械强度机械强度价格价格 单台同步发电机给阻抗性负载供电时，频率、感应电势如何变化？单台同步发电机给阻抗性负载供电时

7、，频率、感应电势如何变化？ 发电机的电流和功率因数由励磁电流、发电机阻抗、负载阻抗发电机的电流和功率因数由励磁电流、发电机阻抗、负载阻抗 决定。决定。 同步发电机并联组成容量很大的系统，在受到干扰和发生故障同步发电机并联组成容量很大的系统，在受到干扰和发生故障 时仍能保持同步性。时仍能保持同步性。 单台发电机连接到无穷大电网时，端电压和频率将被电网所固定。单台发电机连接到无穷大电网时，端电压和频率将被电网所固定。单机和并联运行单机和并联运行 一、同步电机的电感和等效电路一、同步电机的电感和等效电路fIIqIdI aqFaq adFad aqEadE1 0E E EarI ffWIfF电磁过程a

8、qadEEE 0addadxI jE xI j aqqaqxI jE )( jxrIUEa )(0 jxrIxI jxI jUEaaqqadd 直轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗直轴电枢反应电势交轴电枢反应电势漏抗一、同步电机的电感和等效电路一、同步电机的电感和等效电路)( jxrIUEa )(0 jxrIxI jxI jUEaaqqadd qaqdadxxxxxx 直轴同步电抗交轴同步电抗 xxxaqad直轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗漏抗saxx电枢反应电抗同步电抗aqqddr IxI jxI jU adWadKpWkklmfx210)(2 aqWaqKpWkklmfx210)(2 Xad、

9、 Xaq 与哪些参量有关？与哪些参量有关？ qaqdadxxxxxx 直轴同步电抗交轴同步电抗 xxxaqad直轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗漏抗saxx电枢反应电抗同步电抗qdaqadEEEEEE 0空载电势（励磁电势）气隙电势直轴电枢反应电势交轴电枢反应电势直轴电势(气隙电势直轴分量)交轴电势(气隙电势交轴分量)空载试验稳态短路试验取出转子法KodIEx/ 一、同步电机的电感和等效电路一、同步电机的电感和等效电路)(0 jxrIxI jxI jUEaaqqadd aqqddr IxI jxI jU 内功率因数角：内功率因数角： 如如何何求求？ sincoscos0daIxIrUE qqqI

10、xxIDCDB coscos cossinUIrUIxOGBGtgaq 励磁电势：励磁电势：E0如如何何求求？Xd、 Xq 、X大小关系？大小关系？Xd Xq X一、同步电机的电感和等效电路一、同步电机的电感和等效电路在等值电路中标出气隙电势的位置？在等值电路中标出气隙电势的位置？E E U 0、 、用电压平衡式表示用电压平衡式表示之间的关系？之间的关系？忽略电阻忽略电阻负载性质？负载性质？ cosmUIP1 发电惯例发电惯例电动惯例电动惯例 cosmUIP2 0 0 asr IxI jUE 0asr IxI jEU 0输入容性电流输出感性电流 sin1mUIQ sin2mUIQ )90( ,

11、 0 )0( ,0 正序分量正序分量负序分量负序分量零序分量零序分量1AI1BI1CI2AI2CI2BI3CI3AI3BI合成合成分解分解不对称系统！不对称系统！AIBICI对称分量法对称分量法（思路）思路）1、正序（又称顺序）分量：、正序（又称顺序）分量：CBAIII、幅值相等、相位上顺相序相差幅值相等、相位上顺相序相差120120CBAIaIaI2矢量算子：矢量算子：AICIBI1ea23j21240sinj240cosea23j21120sinj120cosea000360j300240j200120j 三相正序电流建立正向旋转磁场！三相正序电流建立正向旋转磁场！2、负序（又称逆序）分量

12、、负序（又称逆序）分量幅值相等、相位上逆相序相差幅值相等、相位上逆相序相差120120 CB2AIaIaI:IIICBA 、AICIBI三相负序电流建立反向旋转磁场！三相负序电流建立反向旋转磁场！3、零序分量、零序分量幅值相等、相位相同幅值相等、相位相同000CBAIII000CBAIII000CBAIII三相零序电流合成磁势为零！三相零序电流合成磁势为零！1、正序阻抗、正序阻抗：（：（对应正转磁场对应正转磁场）jxrZr+：电枢相绕组电阻：电枢相绕组电阻 rax+：电枢相绕组的同步电抗：电枢相绕组的同步电抗 xd xq2、负序阻抗、负序阻抗Z （对应反转磁场）（对应反转磁场）负序磁场，相对于

13、转子以二倍同负序磁场，相对于转子以二倍同步速旋转，在转子的步速旋转，在转子的阻尼绕组阻尼绕组和和励磁绕组励磁绕组中感应二倍频率的电势中感应二倍频率的电势和电流和电流。jxrZWf1naF1nWD负序电抗：负序电抗：2qdxxx负序电阻：负序电阻：arr负序磁场在转子的铁耗负序磁场在转子的铁耗3、零序阻抗、零序阻抗零序电抗零序电抗短距绕组短距绕组xx 0零序电阻零序电阻arr 0零序电流只产生漏磁场，不产生气隙基波磁场零序电流只产生漏磁场，不产生气隙基波磁场 0Fxx 0整距绕组整距绕组000 xrZ相序阻抗比较相序阻抗比较正序正序负序负序零序零序漏抗漏抗0.042.030.940.090.13

14、0.040.040.08x ar dx qx r x 0r 0 x aarrr ;rr01sxxxx 02ar r r r01、 ？sx x x x 02、 、 、？同步发电机的突然短路同步发电机的突然短路忽略线圈电阻 r，超导体：闭合超导线圈的磁链守恒原理：闭合超导线圈的磁链不变0 LMLiL M e i L Li电枢绕组的磁链 )120cos()120cos()cos(000 tttmCmBmA短路前: )120cos()120cos(cos000000 mCmBmA短路后: CCCBBBAAAiiiiiiiii电枢绕组的电流三相电流交流分量：（周期分量） )120cos(2)120cos

15、(2)cos(2000 tIitIitIiCBA三相电流直流分量(非周期分量) ： )120cos(2)120cos(2cos2000 IiIiIiCBA00cos2)cos(2 ItI 一、超瞬变电流Dfadxxxaddxxxx 1111 0dxEI 二、瞬变电流fadxxaddxxxx 111 0dxEI 三、稳态短路电流addxxx dKxEI0 dddxxxx adadadxxx 几个电流和电抗的区别Xd、 Xd 、 Xd、 X大小关系？大小关系？Xad、 Xad 、 Xad大小关系？大小关系？电流衰减规律: Di: i: fiaaaarxrLrLT ffdrLT DDdrLT msT

16、a44.1 msTd38.8 msTd32. 1 例：二、同步电机的开路特性和短路特性二、同步电机的开路特性和短路特性 ffIIk0 损耗分析损耗分析互感互感二、同步电机的开路特性和短路特性二、同步电机的开路特性和短路特性原因：近似纯直轴去磁近似纯直轴去磁方法：输出短接，nn1，通入励磁电流，求取I= f(If )aqqddr IxI jxI jUE 0dII 0 ardxI jE 0特性：IKIfqqaaIxU sinxtg=IrU cosr 二、同步电机的开路特性和短路特性二、同步电机的开路特性和短路特性dKxI jE 0联合试验测求联合试验测求损耗分析损耗分析绕组等效电阻绕组等效电阻功率

17、角三、功角特性三、功角特性 sinxUmEPs0em二、凸极电机功角特性二、凸极电机功角特性一、隐极电机功角特性一、隐极电机功角特性不加励磁也能输出功率！不加励磁也能输出功率！ 2sin)x1x1(2mUsinxUmEPdq2d0em基本分量附加分量基本分量附加分量三、功角特性三、功角特性不加励磁也能输出功率！不加励磁也能输出功率！ 2sin)x1x1(2mUsinxUmEPdq2d0em基本分量附加分量永磁？永磁？电励磁？电励磁？四、稳态运行特性四、稳态运行特性端电压、励磁电流、电枢电流、功率因数、效率之间的关系 四、稳态运行特性四、稳态运行特性端电压、励磁电流、电枢电流、功率因数、效率之间

18、的关系 四、稳态运行特性四、稳态运行特性功率因数：1、功率因数从1向额定值(如0.75)变化时，电枢绕组的发热 是限制因素。2、负载有功功率一定时，功率因数减小，无功功率增大， 电流电流增大，产生的热量超出冷却范围，温升破坏绝 缘。3、功率因数更低时，励磁电流升高，保持输出电压为恒定 值，励磁绕组发热是主要限制因数。四、稳态运行特性四、稳态运行特性正常正常励磁励磁过过励励欠欠励励cos=1不稳不稳定区定区Pem=0Pem1Pem2IfIa0过励正常励磁欠励1、功率因数从、功率因数从1向额定值向额定值(如如0.75)变化时，变化时， 电枢绕组的发热是限制因素。电枢绕组的发热是限制因素。 2、负载

19、有功功率一定时，功率因数减小，、负载有功功率一定时，功率因数减小， 无功功率增大，电流电流增大，无功功率增大，电流电流增大， 产生的热量超出冷却范围，温升产生的热量超出冷却范围，温升 破坏绝缘。破坏绝缘。 3、功率因数更低时，励磁电流升高，、功率因数更低时，励磁电流升高， 保持输出电压为恒定值，励磁绕组保持输出电压为恒定值，励磁绕组 发热是主要限制因数。发热是主要限制因数。 无功功率调节无功功率调节五、同步电动机五、同步电动机1、自起动方法：、自起动方法：异步起动法异步起动法（阻尼绕组作鼠笼绕组阻尼绕组作鼠笼绕组）电磁转矩是交变的，电磁转矩是交变的，平均值为零！平均值为零！2、自整步同步电动机、自整步同步电动机无刷直流电动机无刷直流电动机(BLDCM)1、速度、速度-转矩特性转矩特性2、类似、类似DC电机，电子换相电机，电子换相某瞬间，某瞬间，A相电势最大，相电势最大，A相电流也最大相电流也最大电流电流 与励磁电势与励磁电势 同相同相 I1.六、同步电机电枢反应六、同步电机电枢反应0E.磁