第六章同步电机

1、第六章 同步电机6.1 6.1 同步电机概述同步电机概述6.2 6.2 同步电机的主要结构及基本工作原理同步电机的主要结构及基本工作原理6.3 6.3 空载和负载时同步发电机的磁场空载和负载时同步发电机的磁场6.4 6.4 隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路6.5 6.5 凸极同步发电机的电压方程和相量图凸极同步发电机的电压方程和相量图6.6 6.6 同步发电机的功率方程和转矩方程同步发电机的功率方程和转矩方程6.7 6.7 同步电机参数的测定同步电机参数的测定6.8 6.8 同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性6.16.1 同步电机概述同

2、步电机概述1 1同步电机的运行特点同步电机的运行特点 同步电机转子的旋转速度必须与定子磁场的旋转速度严格的同步，即 同步电机由此得名。pfn1160二二. . 同步电机的分类同步电机的分类 1. 同步发电机：机械能 交流电能 2. 同步电动机：交流电能 机械能 3. 同步调相机：接在电网上作空载运行的同步电动机，其主要作用是补偿电网的无功功率，以提高功率因数。三三. . 励磁方式励磁方式 1. 直流发电机励磁系统 GG副励磁机副励磁机主励磁机主励磁机同步发电机同步发电机2. 静止式交流整流励磁系统，如下图所示。交流副励磁机交流副励磁机交流主励磁机交流主励磁机不可控整不可控整流起器流起器电压调电

3、压调整器整器主发电机主发电机电电压压互互感感器器电流互感器电流互感器可控整可控整流起器流起器自励恒自励恒压器压器四四. . 同步电机的用途同步电机的用途 1. 同步发电机 世界上的电力几乎都由同步发电机发出。 2. 同步电动机 同步电动机即可作为电动机，又可通过调节励磁电流来改变功率因数。 3. 同步调相机 是同步电动机的一种特殊的运行方式，即接于电网作空载运行，专门用于电网的无功补偿，以提高功率因数。6.2 6.2 同步电机的主要结构及基本工作原理同步电机的主要结构及基本工作原理1主要结构主要结构同步电机旋转电枢式 旋转磁极式 隐极式（Salient-pole） 凸极式（Cylindrica

4、l-Rotor） 旋转磁极式又可分为凸极式和隐极式两种。 1. 凸极式同步电机的结构（1）定子部分 铁心 由电工钢片冲叠而成，其上安放三相对称绕组，构成磁路。 绕组 三相对称绕组，通入三相对称电流，以产生旋转磁场。（2）转子部分 铁心 由电工钢片冲成凸极叠压而成，其上安放励磁绕组，构成磁路。 绕组 励磁绕组，经电刷和滑环引入直流电，以形成主极磁场。 2. 隐极式同步电机的结构（1）定子部分 同凸极式（2）转子部分 铁心 由电工钢片冲叠而成圆柱体铁心，外围有磁槽，槽内安放励磁绕组，构成磁路。 绕组 励磁绕组，经电刷和滑环引入直流电，以形成主极磁场。二二. . 基本工作原理基本工作原理 1. 发电

5、机工作原理 转子的主极磁场在原动机的拖动下旋转，切割定子的三相绕组，依次感应电势如下： AXZYBCNSsntEemAsin)120sin(tEemB)240sin(tEemC 2. 电动机工作原理 当同步电机的三相对称绕组通入对称三相电流时，在定子中产生旋转磁场。该磁场与主极磁场互相作用，产生电磁力矩，使转子跟着旋转磁场旋转。其原理图如下：NoNSSon1 nn1 n三. 额定值额定容量SN(或额定功率PN )指额定运行时电机的输辅出功率 额定电压UN 指额定运行时定子的线电压 额定电流IN 指额定运行时定子的线电流 额定功率因数cos 指额定运行时电机的功率因数 额定频率fN 指额定运行时

6、电枢的频率。我国标准工频规定为50Hz额定转速nN 指额定运行时电机的转速，对同步电机而言，即为同步转速 6.3 6.3 空载和负载时同步发电机的磁场空载和负载时同步发电机的磁场一一. . 空载运行时同步发电机的磁场空载运行时同步发电机的磁场 空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立的主极磁场。图（a）表示一台四极电机空载时的磁通示意图。从图可见，主极磁通分成主磁通0和漏磁通两部分，前者通过气隙并与定子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁绕组相交链。主磁通所经过的主磁路包括空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭等五部分。 空载特性如图（b）所示，它是同步电动机的一条很重要的特性曲线。0 F

7、If,NU00, E0fIo空载特性 NU气隙线（a）（b）二二. . 负载运行时同步发电机的磁场负载运行时同步发电机的磁场 当同步发电机向外供电时，其定子三相绕组中流过三相的对称电流同样产生旋转磁场，该磁场对主极磁场的影响称为电枢反应。afffaFFFFIFI 电枢反应的性质(增磁、去磁或交磁)取决于电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取决于激磁电动势E0和负载电流I之间的相角差0 (0称为内功率因数角)。下面分成两种情况来分析。 1. 与 同相aF0EI(1)定子绕组内的电动势,电流和磁动势的空间矢量图相轴线相轴线AfFA0BXZYBCNSsnsnaF(2)时间矢量图时间参考轴时间参考轴CE0 A0 C0 BE0 AE0 B I1 00B0 AICI (3)时-空统一矢量图轴轴dfF)(aqnFF )(00 B I0 E1 (4)气隙合成磁场与主磁场的相对位置aFeTAXZYBCNS0BBsn2. 与 不同相0EIXsnadF相