三相同步电机

1、关于三相同步电机1第一张，PPT共四十二页，创作于2022年6月2第一节 同步电动机的基本结构和工作原理 一、同步电动机的基本结构 1. 定子：主要由铁心和电枢绕组构成 定子铁心是由硅钢片叠成，它构成电机磁路的一部分。 电枢绕组是三相对称绕组，由高强度漆包线绕成，它构成电机的电路。第二张，PPT共四十二页，创作于2022年6月3第三张，PPT共四十二页，创作于2022年6月4第四张，PPT共四十二页，创作于2022年6月5UVWUVWVWWUUVUUWVVW Y 接法 接法WWUVVU接线盒注意：首尾端不能接反！定 子 三 相 绕 组 接 线 方 式WUVUVWU 定 子UVVWW第五张，PP

2、T共四十二页，创作于2022年6月6转子：由铁心、直流励磁绕组、滑环和电刷等构成。 按结构型式分成凸极式转子和隐极式转子凸 极 式 转 子第六张，PPT共四十二页，创作于2022年6月7水轮发电机第七张，PPT共四十二页，创作于2022年6月8电机与拖动水轮发电机的特点： 极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。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成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为12mm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。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用

3、端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，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。磁极与磁极轭部采用 T 形或鸽尾形连接。 第八张，PPT共四十二页，创作于2022年6月9隐 极 式 转 子第九张，PPT共四十二页，创作于2022年6月10汽轮发电机第十张，PPT共四十二页，创作于2022年6月11第十一张，PPT共四十二页，创作于2022年6月12第十二张，PPT共四十二页，创作于2022年6月13电机与拖动汽轮发电机的特点： 定子大体上与异步电机相同，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，采用圆形冲片，当定子外径大于1m 时，采用扇

4、形冲片。定子铁心固定在机座上，机座常由钢板焊接而成，它必须有足够的强度和刚度，同时还必须满足通风和散热的需要。汽轮发电机的电压较高，要求定子绕组有足够的绝缘强度，一般采用 B 级或 F 级绝缘。 为了减少高速旋转引起的离心力，一般采用隐极式转子，其外形常做成一个细长的圆柱体。转子铁心表面圆周上铣有许多槽，励磁绕组嵌放在这些槽内。 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槽内。 第十三张，PPT共四十二页，创作于2022年6月14凸 极 转 子隐 极 转 子d轴q轴d轴q轴特点：气隙不均匀特点：气隙均匀转 子 结 构 特 点第十四张，PPT共四十二页，创作于2022年6月1

5、5 定子三相对称绕组，加三相对称电压，流入三相对称电流，产生旋转磁场N1、 S1 。旋转磁场的转速为转子励磁绕组，加直流电压，产生恒定磁场N2、 S2 。 定子磁场N1、 S1 与转子磁场N2、 S2 之间产生磁拉力，从而产生电磁力矩拖动转子与定子磁场同步旋转。原理动画二、同步电动机的工作原理第十五张，PPT共四十二页，创作于2022年6月16*同步转速 从供电品质考虑，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： 要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步

6、转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。 第十六张，PPT共四十二页，创作于2022年6月17*同步机运行方式 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。 作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。 同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械

7、负载，靠调节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，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 第十七张，PPT共四十二页，创作于2022年6月18三、同步电动机的额定数据额定容量 是指轴上输出的有功功率，单位为 。 额定电压 指加在定子绕组上的线电压，单位为 或 。 额定电流 电动机额定运行时，流过定子绕组的 线电流， 单位为 。额定功率因数 电动机额定运行的功率因数。 额定转速 电动机额定运行时转子转速，单位为 。 额定效率 电动机额定运行效率。 此外，同步电动机铭牌上还给上额定频率 ；额定励磁电压 ；额定励磁电流 等数据。 第十八张，PPT共四十二页，创作于2022年6

8、月19一、隐极同步电动机电磁分析和相量图定子的电磁关系(磁路不饱和时）：转子If定子F =F0 + Fa1、电磁分析 由于定、转子磁场在空间相对静止，故同步电动机带负载运行，定转子电流产生两个旋转磁场，它们相对静止，只在定子中感应电势。第二节 同步电动机内部的电磁关系FFIaEaFaF0E0第十九张，PPT共四十二页，创作于2022年6月202、基本方程磁路不饱和时气隙磁场在定子中的感应电势故而漏感电势r1定子一相绕组电阻为r1第二十张，PPT共四十二页，创作于2022年6月21在给定的参考方向下，定子一相绕组的电压平衡方程式为1aa01rIEEEU+-=s1aasdrIxjIE+-=r1aa

9、aa0IxjIxjIE+-=s式中xa称为电枢反应电抗，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。xa xr10EEsaEaI1U第二十一张，PPT共四十二页，创作于2022年6月223、等效电路和相量图定子一相等效电路为一般同步电动机容量都较大，电阻r1很小，忽略之，得aaa0 xjIxjIE+-=sca0 xjIE+-=式中xc称为隐极同步电机的同步电抗。与等效电路对应的相量图(忽略r1）为：+r1-jxc第二十二张，PPT共四十二页，创作于2022年6月23一、功率、转矩方程 ra+-jxc输入： 定子铜耗： 电磁功率： 输出功率： 摩擦损耗附加损耗空载损耗铁损耗第三节 同

10、步电动机的功率方程及功角特性第二十三张，PPT共四十二页，创作于2022年6月24隐极机xd=xq =xc可见电磁功率是的函数。第二十四张，PPT共四十二页，创作于2022年6月25三、功角特性和矩角特性功角的概念： 功角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角。并网运行时， 为电网电压，其大小和频率不变，对应的合成磁势 总是以同步速度旋转，因此功角的大小只能由转子磁势 的角速度决定。稳定运行时， 和 之间无相对运动，具有固定的值。 y为内功率因数角， =y-j定义为功角。它表示发电机的励磁电势 和端电压 之间相角差。功角对于研究同步电机的功率

11、变化和运行的稳定性有重要意义。 第二十五张，PPT共四十二页，创作于2022年6月26功角的空间概念： 第二十六张，PPT共四十二页，创作于2022年6月27功角特性和矩角特性曲线在U、E0不变时，Pem、 Tem与成正弦关系BATLTm180900Pem(Tem)隐极机180900Pem(Tem)凸极机第二十七张，PPT共四十二页，创作于2022年6月28一、励磁调节 保持同步电动机的U1、f、P2不变，调节励磁电流If ，会引起电枢电流和电机功率因数的改变。第三节 同步电动机的励磁调节及V形曲线 结论：调节If ，可以改变电机功率因数；正常励磁时，为纯阻性； If正常励磁时,为容性；If

12、C2 C10欠励过励IIfP2=C1P2=C2P2=C3正常励磁 V形曲线是一簇曲线，每一条V形曲线对应一定的有功功率。V形曲线上都有一个最低点，对应cos =0 的情况。将所有的最低点连接起来，将得到与cos =0对应的曲线，该线左边为欠励状态，功率因数超前，右边为过励状态，功率因数滞后。第二十九张，PPT共四十二页，创作于2022年6月30三、cos=f(P2)曲线 保持同步电动机的U1、f、 If不变，调节输出功率P2 ，电机功率因数的改变.P2*cos00.510.80.8容性感性第三十张，PPT共四十二页，创作于2022年6月31TemS1S2N2N1n1N1S2N2S1n1Tem

13、同步电动机起动时n=0,由于转子的惯性，其速度不能突变，而气隙磁场速度n1很快。所以转子所受的T方向来回变化，转子无法直接起动。第四节 同步电动机的起动第三十一张，PPT共四十二页，创作于2022年6月32同步电动机的起动方法 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 n0，是不可调节的。 平均电磁转矩 Temav = Tem(t)dt = 0 因为同步电机仅在运行时才有平均电磁转矩，而起动过程是非同步运行状态，所以同步电动机不能自行起动，可采用异步起动启动第三十二张，PPT共四十二页，创作于2022年6月33同步电动机的起动方法1、辅助起动法：用同极数异步电动

14、机拖动其起动。2、变频起动法：将电源频率从0fN随n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 起动，最后被牵入同步。第三十三张，PPT共四十二页，创作于2022年6月341、一隐极同步电动机， N=30。求：（1）过载能力 ；（2）TL不变，提高 =4，励磁电流应提高到原来的几倍（E0If）?2、一隐极同步电动机， PN=6300KW, UN=10000V(Y), IN=417A, cosN=0.9 (超前), IfN=404A,xc=14 （E0If） 求： （1）额定效率N ； （2）额定无功功率； N ； 习题课（3）保持PN不变，如何调节，使cos =1?求此时I和I

15、f（ 不变）。 （4）额定工作时，保持If不变，下降 PN=4000KW，求I和cos ？（ 不变）第三十四张，PPT共四十二页，创作于2022年6月354、单相变压器的额定数据，SN=500VA，U1N/U2N=220/110V，短路阻抗标么值ZK*=0.0560 ，I10N=0.2A。将两台相同的变压器串联，高压侧接220V电网，降压供电，试求：1）分别计算第一和第二台变压器原边的空载电流。2）空载供电电压。3）短路电流。（磁路线性）220Tr1Tr23. 一台三相变压器，SN=200KVA, U1N/U2N =6.3/0.38KV, Y/Y0连接。现为一台Y接380V的三相同步电动机供电。同步数据：PN=75kw, UN=380V, cosN=0.5（超前）, N=88.2%，求同步电动机额定运行时：电网的输出电流？第三十五张，PPT共四十二页，创作于2022年6月36解1：解2：（1）oABC第三十六张，PPT共四十二页，创作于2022年6月37oABC第三十七张，PPT共四十二页，创作于2022年6月38OAB(4)由电磁功率可以计算出功角由余弦定理求AB=4823：AB=IxcI=344.5A由正弦定理求B=23.95第三十