船舶电气系统全套课程课件一四

第四章同步电机§4—1．同步电机的结构§4—2．同步发电机的基本特性§4—3．同步发电机的电压、转矩和功率的平衡§4—4．同步发电机的并联运行§4—5．同步发电机的短路与振荡§4—6．同步电动机学习第四章应该注意的点第四章学习应注意的几个问题：1.同步发电机负载后电枢磁场对气隙磁场有何影响(电枢反应)？2.同步发电机空载特性的实质是什么？3.影响同步发电机的外特性的因素是什么？4.同步发电机的平衡方程式有那些？5.同步发电机并联运行时有什么特点？本章的计算任务主要是：利用同步发电机的功率平衡方程和有关特性进行电量（电势、电压、电流、功率）计算；并联运行时有功功率和无功功率的计算。比较难理解的点：1.同步发电机的电枢反应；2.同步发电机的突然短路分析。§4—1.同步电机的结构本节的主要内容有两部分基本结构：

主要点：类型与转子的结构（同步电机的定子结构与异步机相似）。铭牌数据：

主要点：额定容量表示（两种），额定电压和额定电流。一、同步电机结构

结构：由铁心和绕组组成，与异步电机定子基本相同。——相同机座号时，若与异步机互换定子，则仍然可以运行。

区别：主要是尺寸方面，同步电机通常容量较大，而异步机的容量相对较小。因此，从表面上看同步机机壳无散热片，异步机则有

接线：发电机定子绕组通常采用Y形连接，减小三次谐波影响。

定子结构：

三次谐波：由于三相绕组的每个线圈边产生的磁势为矩形波，可分解成基波和一系列奇次谐波。通过合理选择短距绕组,可削弱5、7次谐波。

三相绕组的3次谐波刚好同相位，可以通过Y形和△连接削弱。谐波内容不做要求三次谐波解释△连接时，虽然无3次谐波电势输出，但是，却在其三相绕组上有3次谐波“环流”，会造成额外损耗。∴采用Y连接。磁势矩形波三相绕组的三次谐波刚好同相位转子结构隐极式转子大型机的转子支架转子铁心硅钢片转子轴上的滑环一对极隐极式两对极凸极式转子：有凸极式和隐极式两种。转子绕组是直流绕组。二、同步发电机的基本类型

类型与励磁方式

类型：同步发电机有转枢式和转极式两种。同步发电机主要采用转极式，∵磁极在转子时，通过滑环引导的电流较小。

自励：凡以发电机本身的电枢绕组或辅助绕组为励磁电源的励磁方式称为自励。

他励：凡设有专用励磁电源的称为他励。即，采用励磁机进行励磁的就是他励。无刷同步发电机是他励的一种形式。无刷佣同步枪发电互机是果将这速两种搬形式恭的两册台电盖机同茎时安霸装在印同一谦根轴馋上，夫是两买台电效机的钞组合祸。船上缘瑞不采稍用直醋流励伸磁机红进行欧励磁确。无刷舒励磁宗也是嚷靠剩节磁起锯压的撇。无刷树同步旺发电艰机实剖际上阔是两锤台机辽同轴证工作秩。定子半：1和2，转剖子：3和4；主灶发电航机：2和4，励橡磁发容电机娃：1和3。说明P.剩46的图凑4-翅1-驼4就鹿是P.漆19帽9的图蒜12仅-2义-2凶。三、眉同步麦发电元机的秃基本降数据铭牌滋数据碍：主要绍铭牌昨数据竞有：贫额悉定容砖量、辩额定咬电压危、额溉定频勺率、征额定幅功率厌因数漂、定害子绕男组连汗接、周绝缘聪等级监、冷租却方闷式等症。注意撇：额定富容量敢、额波定电恳压、龙额定壁功率药因数限和额筋定电港流可帮能只颤标出稻三个筑（∵傍第四雁个参惠数可缺以求样出）筑。工作余原理晴简介版：外部腊直流防电源棵通过站滑环耐向转狸子提陷供直姑流励陕磁电经流，选并产住生磁划场；拔原动教机拖薄动转嫩子旋宫转，悉转子替磁极抱磁场露切割榜三相件定子自绕组维，感罢应三沙相交拍流电资。[第视一节选要点裂]：留结构唇、原卵理、真类型离、额罪定参敬数。§4—2.涌同步仅发电蓬机的雀基本埋特性本节必的主须要内盯容有睛三大令部分：空载指特性托：主要务点：佣掌握更空载趋特性锯的实碧质，惨分析中工作妈过程亩知道武空载宿电势恶的计俘算式悲。电枢扯反应政：主要驱点：梁分析齿负载亭后，为负载携大小屡和性诵质不劫同时惯，电择枢磁身场对援气隙党磁场康的影唉响。外特液性和趟调节貌特性释：主要撑点：图知道梅特性膏的形岔状和龙随负阻载的省变化任情况董。一、立空载尚特性电势烘计算饲式：由工肤作过丸程分菠析知剩道同办步发姑电机姻空载乔电势E0：——书P.述47式（限4-勇2-饶2）E0=4.月44招kf悟NΦ0空载油特性散：保持期额定妻转速稳不变秤，空碌载电岭势E0与空非载励稠磁电尤流If的关虾系曲塌线。∵E0∝Φ0∝B，If∝H；室∴空载超特性见的实坏质就偷是磁暑化曲猪线。空载康特性筋实验真：按如侨图所帐示接予线，蜂起动悄原动酸机拖烦动同单步发吓电机孝转子剪旋转捏，将揉励磁庄回路训电阻Rf调至据最大记，合录上励缸磁回埋路电感源开睬关。僻观察闪电流侨表A和电贿压表V的数略值并舱记录尚。空载学特性集实验注意诵：只君能单盒方向锹调节它电阻未。方法书：逐步震将Rf调小嘴，使若电流钞逐步授增大蝇，记梢录数贼据。黎然后顷逐步补将Rf调大公再记嘴录数淹据。二、授电枢碍反应定义赔：负载巴时由生三相兔电枢母绕组名产生漂的旋悼转磁支场称膛为电枢体反应特磁场。电枢运反应亡磁场铜对气茶隙磁蜘场的闹影响娱称为电枢侍反应。电枢均电流币影响爸电枢哈反应贞的性两质：电枢宣电流丘与空载垃电势的关钉系有志：同相将位、滞后和超前三种揭。与棉之对预应的运电枢桶反应夜的性洞质有钉：交轴、直轴轮去磁和直轴膨增磁三种煎。交轴河反应岁（同顾相位娃）直轴垄去磁躬（滞剖后）直轴质去磁愚（超踩前）一般辞情况感性锯滞后脏的电揉流三、熟外特慕性和横调节肤特性外特错性：同步逃发电度机外家特性寒与变愈压器够相似循，但电压颈变化容率计腐算式P.愿49.式思(4龟-2魄-5鼓)与P.柱17.式她(2载-3译-3友)不同。注意珠：P.己50思考旦题(暖4-幸2-催4)倾。思考敢题(瓣4-抱2-傲4)教：同步谈发电芬机的像电压伙变化雹率的艰大小霜、正合负与风发电查机所检带的启负载复的大俯小和状性质声有关驼。因烂为负叛载大烫小影寨响了谋电枢丑反应离作用严的大期小，负载虚性质球决定尾了电母枢反丑应的投去磁煎、增凡磁性绸质。宗若电纸枢反克应去逮磁，签电压边变化咱率为桶正；若电岁枢反带应增肿磁，则电压少变化路率为冶负。此专时，津外特傅性为上翘剃的特监性。电召枢反室应越伟强，午电压犹变化菠率的仙值就倾越大巩（反扶之亦左然）组。特性辜：为了历保持周电压孕不变局，在掘功率口因数子一定膛时，枝励磁填电流另应随情电枢塌电流宅进行艇变化蜡调节凡的曲情线。不同住的功爱率因迅数，嘱电枢提反应幅大小笔不一农样，迟性质餐可能凡也可胞能不原同。[第也二节木要点挎]：单空载纹特性长实质档；电映枢反蜜应3魄种；担外特站性与Δu躬；调节交特性店。调节饮特性调节亲特性蚊曲线电枢枝反应插去磁棵，则萍励磁舰电流闷应增巨加，遭反之匹则减教小。§4—3.乐同步剂发电际机的购电压主、转百矩和功淹率的斤平衡本节葬的主绑要内回容有抚三部婚分：电压遮方程顿及相退量图各：主要冠掌握毒：电朵枢电竟路的偿等效序、相绒量图层和重仙要参蒙数败——声同坦步电乘抗和隶功率龟角、荐功率评因数撇角、苏内功肿率因欺数角道等概箭念。转矩远和功侧率的贸平衡匀：主要坚理清狠能量种转换拢关系炮。独立堂运行返特点章：独立漂运行岩特点饭单独沈作为继一点虚讨论晋，目层的是油要求六给予开重视膀，与夫后续虚特点算进行夹比较改。同步组发电忽机负仰载运杂行时值与电自枢绕骗组交饥链的斧磁通毫有3选个：励磁巴磁通、电晒枢电萝流产幻玉生的电枢赛反应诊磁通和漏磁烤通。3个秘磁通订都在唐电枢负绕组向感应陵电势面分别危为：空载且电势、电枢锄反应密电势和漏磁栏电势。须忽浑略磁腔路饱雅和，冻引入普参数唐：电枢加反应愚电抗。同步颤电抗Xs=Xa+曾Xσ，注意：Xs＞Xa＞Xσ。忽略滋电枢知电阻用电姿抗表权示ea电枢青绕组姿电路一、裙电压扔方程芒及相窝量图电势表公式电势公式朋可应贪用三饺角计插算公带式从苗相量换图得芦到：斥三角识形构笼成—劳—以E0为斜戴边以U相量轨及其桥延长尊线为确一条呀直角康边，锈构造跪一个李直角秆三角骆形。神与电居流I有关决相量袍变换划（投早影）穷到直边角边吴都与笑功率混因数昆角φ有关琴。电压夫平衡举方程裤：电势公式疾：——P.器51陕.式（辨4-历6-派3）泪，忽陡略电挡枢电冈阻后炎：相量赵图根据幸电压关平衡醋方程夫可画饲出相轰量图帐。负载尼分别廊为：触感性期、阻独性和森容性窝时：感性抛负载忽略裤电枢泛电阻电阻倾性负喘载容性量负载二、挠转矩举和功望率的库平衡功率乐平衡去：功率贴平衡浙关系碑就是制能量虫平衡佣关系姑。P.堆52式(仿4-杠3-问8)透：Pin=Pe+P0，应写瓣成：P1=Pe+△P0其中鲜，电心磁功葛率：Pe=免3插E0Ico铜sψ，内功杠率因催数角ψ；空急载损根耗△P0(主沟要是碧机械点损耗喇)。转矩循平衡芽：公式捕：P.晓52式(络4-朋3-贷10残)：T=卸3眉E0Ico乐sψ/崭Ω。同步厘发电屿机独潜立运夜行有融3个沉特点隶：1.耳有功量功率兔和无呆功功没率完惩全由乡丰负载门决定泽；2.升频率徒随转生速而吉变化飞，电陷压随婚励磁裙电流晒而变桐化；3.丛负载硬变化判将引境起频留率（燃有功鱼）或拌电压辣（无砖功）猾的相光应变蜜化。[第三暴节要捞点]工：电植压方淋程及佣相量驳图；沿转矩帮；独连立运家行的园特点。发电益机独唯立运爱行的托特点注意询：将皆独立柱运行庭特点好与后公面的重并联程运行触特点质相比等较。§4—4.纲同步美发电铃机的榴并联穷运行本节吓的主罢要内庙容有甜两部贫分：与无开穷大咬电网醉并联：主要蚁掌握补：并胁联运晨行概遍念、惧有功污功率辛和无许功功胀率的桌计算气与调子节、偏功角拘特性川矩角戴特性畜等概套念和霉并联召特点勿。同容渐量发犁电机线并联：主要狂掌握蚀：特苗点。一、首与无袍穷大归电网伟并联无穷说大电壶网：电网豆与单胸机容层量比眯非常妄大，U、捆f不受里单机共调节王影响凝。并联虫运行你：是指传两台挎以上笑发电花机同股时向多同一教电网羽供电篇的工议作状澡态。并联滚条件监：三个感相等江（电愈压、蚂频率赛、相汗位）仓、一嗽个（同相序不）一游致。有功均功率违的调肢节：调节冻发电疏机的久油门夏，转纯子瞬拣时加阅速，升功角冒瞬时秩增大轿，输腾出有密功功匙率增戒加，早电磁煤转矩澡增大击达到尝转矩畅平衡吓（转惭速恒罢定）号。—蜘—θ＞1离80趣°失熊步。链——注意窜：功夸角的败概念糕。功角蜡及功哄角特电性功角痒：是发缓电机跪磁极敢磁场掠与气单隙合撇成磁凶场之蛋间的室空间浴角度丧，也悉正好遵等于右电势E0与电惩压U之间偿的相汽位角历。∵Ico窝sφ=E0si甘nθ枯/伍Xs烂，Pe=3丙U饱Ico绩sφ，∴Pe=3按UE0si粗nθ铸/叨Xs健，即：功角潮特性。凸极绵机∵如直交换轴方绣向气瞎隙不舅均匀双.多染一个骑“反斯应转窝矩”敏。矩角敌特性：与功良角特押性相张似。酒——纳书P.社53式（树4-鉴4-谋2）科。无功扭功率渔的调融节与无煎穷大筒电网挖并联遇时，桌发电倾机电曲压不蝴变。吗若保辽持油惩门不拜变，台则输炼出电黎磁功慕率Pe=3笛U慈Ico积sφ，即Ico适sφ等于过常数笋。此返时，盖如果果调节跟励磁恩电流If，励磁秘磁通Φ0和空祝载电辰势E0将发洞生变旬化。由图叮可见爽，调眯节励团磁电传流If，空载绍电势E0发生堪变化色，功屑率因垃数角φ也随嫌之发析生变努化，职输出侨无功慎功率解发生鼻变化稿。励磁颜电流丑小（添欠励询）时决，E0小，φ＜0盛，匪输出秆无功罢为容帐性无密功；摇励磁揪电流尊增大逝，E0也增逢大，量当φ=热0时，微输出悼无功尊为零该；继卸续增俭大励译磁电顽流，E0进一待步增际大，φ＞0夏，边输出洁无功屈为感抖性无肺功。1.继调档节油哭门，歌可以迫调节犹发电慌机输居出的多有功冷功率叨大小垮；2.湾调吊节励猛磁电狸流，迹可以聋调节免发电驰机输白出的够无功蠢功率口大小群；3.剥调名节一紫台发蚀电机遵的油柳门或馅者励截磁电拼流，阔电网韵的频肚率和葬电压更不会容发生棒变化帝。结论输出跟感性峡无功段等于沫消耗帖容性鲜无功棍；输冰出容辱性无骑功等判于消打耗感眨性无裤功。——越通钳过附泪图可蜻以理优解。未接回电容宫之前倡消耗合感性吗，电东容输辛出容谊性无合功后迫，整帜个电令路不们消耗睁无功志功率雅。二、豪同容荐量同橡步发漆电机株的并奏联并联筋运行闭特点设：1.肾各轿并联披运行均发电麻机输或出的龟总有浸功功章率和随无功阴功率军分别假等于丛负载径的有丝式功功邻率和颈无功授功率蔽。P=蝇P1+P2；Q帜=Q1+Q2。2.单独床调节溪一台粪发电异机的同油门小（输渣入功裂率）芬，负扎载不谎变时酷，电样网的帽频率葬将发盼生变胜化。3.扇单龄独调丈节一均台发失电机陡的励他磁电峰流，非负载姿不变项时，他电网岗的电毛压将宿发生走变化汁。理解丈：一稍台油秤门增狠加，贝负载陵不变顷，另录一台随输出基有功套减少梳，电上网总夕输入悼增加淹、有贝功输吧出不洽变，蹦频率钓增加廊。（袄无功离同理阳）[第傲四节足要点摊]：苍理想净合闸恶条件喂；功可角特最性；畏并联护运行竿特点村（无己穷大陈，同旱容量滤）。§4-5.掩同步昼发电尿机的包短路顷与振令荡本节书内容匆主要宅知道天：1.拣知熊道突见然短乔路的道危害响、突刚然短氏路时模同步究电抗戴的大然小变充化，汪了解嚼突然王短路歉的过岗程；2.娱振陆荡的培种类霉和危真害。突然丝式短路群时，傅电枢棕电流欠将增富大，曾气隙浆磁通鬼将增神加，季与磁葬通交若链的堪绕组龙将感预应电弯势产袜生电青流和绞磁势任阻止雀短路吧电流才产生吸的磁誉通的妹增加浸，迫围使该旬磁通毅以气扩隙为锅磁路极。因振此磁勿路的绿磁阻网很大巨，相耀当于弹此时布的同膜步电锡抗很拴小。筝随着暴阻碍布磁通锯变化腥的绕走组电盟流的洞衰减妙，短璃路磁宝通逐浪步恢筒复原疲来的吓磁路定，同庄步电狐抗也若才逐耻步增困大到慰原来外的数阴值。木——摧超凯瞬变席电抗担、瞬黑变电禾抗、煮正常刮的同绕步电苗抗。注意皂：Xσ＜Xd’’据＜Xd’去＜Xs。∵Xd’’弹=旗Xσ+Xad’’一、敬三相邀突然添短路二、馒并联苗运行通发电辨机的流振荡种类猴：并联闹运行葛时的胁振荡葵有，剩1.疯自由即振荡勾；2舅.强钓迫振售荡。危害买：严重屈时会秤损坏译设备鸣。自由糠振荡浮：——桐只疮有并厕联运成行时府才有咳，单拾机运勇行时东没有碎。∵调璃节或比者负亦载变滤化使煤机械锹转矩闪（输版入）攀和电篮磁转芝矩（贷输出担）失逮去平团衡，栗发电旗机n将发史生变嗽化。智而∵贵转子墨惯性奇会出友现以荣振荡点。—降—骄一般移是衰齐减振碎荡，篮问题傻不大骑。强迫意振荡精：——涌单陷机和绢并联悄运行梁时都糟有。活塞萍式原慌动机脆（四字个冲应程中键既有猴做功制冲程眼，也召有不贤做功锐冲程煎）造疗成的挤振荡居。—振—财一般技在设阅计时芝已经津避开厉临界禾转速疾。解决既办法盐：发现青长时特间振侦荡可饥通过棒适当宁改变驾频率好使振租荡衰菌减。[第逗五节银要点啄]：膝突然组短路瓦（各宫电抗弟大小薯及关蜜系）货；振寸荡（邀种类语，危占害）砌。§4-6.堤同步雕电动盛机本节迟的主银要内后容有浊两部崖分：转动忽原理耻与起奔动：主要介点：躲同步票电动脆机如皇何转你动、担怎样挎转动交。电动碌机的身电流：主要猎点：言影响喇同步晴电动舱机电午枢电炊流的沃因素惯。同步鞠电动殃机的资内容不是怠重点，主楚要要求鞭了解臂基本吃点。一、享转动祸原理俗与起膜动转动坏原理：由并璃联运加行同脂步发笔电机剧的功携角特悦性可钟知：柱当同巷步发克电机辽处于漆空载矩状态关并联擦在电倘网时比，若悠将原闭动机另通过草离合匪器脱模开，宾此时幅转子钓在机颗械阻巡寿转矩摸的作患用下沿将减酬速，沈电机甩的功务角θ＜叔0盾，输出吉的有糖功功拿率为皱负值姻，即练表示纺从电呼网吸从收有鼓功功抓率。籍也就品是说烈：同棵步发谎电机万就变园成了注同步疤电动采机。结论弓：功角θ＜余0腥，输出P尾＜0星，即输莲入P，变成习同步择电动嘉机。做——脊转屋速仍懒然是弄同步风转速扬。同步垄电动恨机的抖起动分析津：若直筑接将胀静止浴不动投的同匆步电淘动机柔转子脾进行匙励磁格，而颂在定颜子三驴相电离枢绕乖组通吐入三它相交绿流电输，在区气隙茂中将蚕有励贴磁磁桨场（广恒定炎不变测）和鼠电枢辞磁场绢（旋毒转）遍同时天存在环，当背电枢绩磁场伴超前脂励磁允磁场钩时，徐将拖化动励腐磁磁输场转爆动，亲由于转子嫁存在假着惯坏性，而渡电枢雁磁场笋转速沃又很爸快，θ在1永80荐°内宅电枢盘磁场不能批及时撕将转指子拉啊入同哲步，而θ超过京18醉0°践后，知电枢碑磁场暑与励肯磁磁键场的哥相互还作用孝力变顶成斥肯力，旨于是在一唯个周妄期内辟，电嫁磁转筹矩的匆平均运值为码零。因此合，同步地电动躲机不录能直仆接起悦动。起动亿方法候：主要炭有间接门起动堡和异眯步起蕉动。间接句起动壁和异岗步起禽动间接繁起动薄：通过阶其它搜机械秒（原美动机录）将谈同步馒电动限机起井动至辣额定护转速己，然企后定统子电贴枢绕戒组接方三相暖交流符电，艘转子总励磁叛绕组羽通入百励磁槽电流训，通夕过机期械离寻合器亲脱开摊原动怎机并谅带上液机械状负载毁，同弟步电伏动机疏进入侦正常户的电脏动运需行状换态工黄作。异步饱起动皇：依靠榨同步享电动区机磁丑极上侍的起砍动绕闸组（佳类似度鼠笼篮绕组厨）起掉动。起动序时，邀将转诞子绕洲组串侍联一巾个5农～1盆0倍涨励磁炮绕组遮电阻元值的权电阻括，定草子接造入三城相交出流电侵，起赤动绕脏组以附异步斧机的移原理签起动堡，当玻转子剖转速迈接近耽同步篮转速尽时，腊励磁棕绕组还通过露转换季开关吸断开墙串联蹦的电扛阻，瞧接入融正常咱励磁素电流伤，此蠢时由片于电张枢磁库场与什励磁判磁场越的相鸣对转醉速很镜小，柴转子堂在电烛枢磁院场的起作用既下将乖被拉旦入同险步。盖拉入防同步矿后的巡寿电动茧机就时可带良动机妇械负狭载正外常工旁作。异步违法起彩动时杠注意伐：励磁择绕组事既不砖能开抖路也赤不能愉短路，而制应在籍转子鸦绕组励回路注中串糕联一锤个5房诚～1斗0倍高励磁旁绕组参电阻铃值的惩电阻秆。这是约因为差：由峡于励哑磁绕目组的挺匝数愉很多塌，起必动时块，若开歉路则会稳感应酬出很朽高的凶电压像，造浩成设深备损邀坏等棒后果虚。而若直往接短插路，则并短路眨电流室较大肆，会蹄烧坏脂励磁泊绕组骨。转子损回路估电阻例的作黄用：元即降秘压又轧限流熄。注意同步扩电动牢机电拣流的链性质岂：与发摇电机间类似阔，同林步电模动机显过励胁时（到励磁幅电流之增大桌，使带空载你电势壤大于滨额定绕电压茅一定伙数值翻），出输出逝感性驼无功冤