电机学课件--同步电机.ppt

1、第九章同步电机的基本工作原理和结构是同步电机是交流旋转机的一种，当其转速始终等于同步速度时命名。 同步电机主要作为发电机使用，也可以作为电机和调相机使用。 第10章同步电机的运行原理，第11章同步电机的三相突然短路和异常运行，第9章同步电机的基本工作原理和结构，第2节同步电机的基本工作原理及其分类，第1节涡轮同步电机的基本结构，第3节三相同步电机的形式和额定值，思考问题和练习问题，以涡轮发电机为例：第1节涡轮同步电机返回，1， 涡轮发电机结构(1)定子铁心、回流、1、涡轮发电机结构(2)定子绕组、回流、1、涡轮发电机结构、回流、2、水轮发电机结构、(1)立式水轮发电机、1 .发电环节各种电动机

2、、600MW汽轮发电机、国产300MW 国产200MW汽轮发电机定子铁心，现场运行水轮发电机，第二节同步电机的基本工作原理及其分类，一、三相同步发电机的基本工作原理，大小：频率，波形：可见，波形取决于的空间分布。 三相同步发电机的物理过程可以用图表示，二、根据同步电机的分类、运行方式，同步电机可分为发电机、电机和调相机。 根据结构式，同步电机分为旋转电枢式和旋转磁极式。 旋转磁极式同步电机根据磁极形状分为隐极式和凸极式2种。 按原动机分类，同步机分为汽车发电机、水轮发电机、柴油发电机等。 汽轮发电机一般做隐极式，现代汽轮发电机都是2极，转速为3000转/分，水轮发电机采用突极式，极数多，转速低

3、。 同步电动机、柴油发电机、调相机一般采用凸极式。 按冷却介质和冷却方式分为空外冷、氢冷、水内冷，第三节同步电机的型号和额定值、一、型号、发电机型号表示该发电机的型号和特征，QFQS-200-2表示定子绕组氢内冷、转子绕组氢内冷、铁心氢冷的二极汽车发电机与同步发电机额定值的关系为、额定运行时施加在三相定子线圈上的线间电压。 电机额定运行时的输出功率的保证值。 同步发电机是指输出的额定视在功率或有效功率，单位为KVA或KW。 电动机的额定容量是指在额定条件下向旋转轴输出的机械功率，单位为KW。 调相机用KVA或Kvar表示。额定运行状态下三相定子绕组的线电流、二、额定值、第一节同步发电机的电枢反

4、应、第二节同步发电机的电动势方程式和相量图、第四节同步发电机的并联、第七节同步摄像机和同步电动机、思考问题和演习问题、第十章同步发电机的运行原理、第三节同步发电机的第六节同步发电机的无功功特性和曲线、 第一节同步发电机的电枢发生反应，同步发电机的转子从原动机拖动到同步转速，在转子线圈中流过一定的直流励磁电流，定子电枢线圈断开，这种运转状态称为同步发电机的无负荷运转。 另一方面，同步发电机的空载特性、励磁电流If单独确立的励磁电动势Ff引起的主漏磁通。 与主漏磁通一起与转子一起旋转，在气隙中形成旋转磁场。主磁通与电枢绕组交链，在电枢绕组中感应电动势的主磁通交链电枢绕组与怠速时电磁关系：怠速特性：

5、怠速特性曲线：二、电枢反应，对电枢反应：电动机施加负荷后，对电枢电动势的电枢电动势基波与励磁电动势基波之间的相对位置， 即依赖于无负载电动势和电枢电流之间的角度。励磁电动势和电枢电流的区别、准备作业，1.3个角，1 )内力率角，指之间的时间相位角，与电动机残奥仪表和负载有关。相轴：各相绕组的轴线位置。 时轴：当时相量投影到其上时得到时间量的瞬时值。 1 .时的电枢反应，电枢反应性质：交轴电枢反应，无负荷电动势和电枢电流同相位，2 .时的电枢反应，无负荷电动势超前电枢电流，3 .时的电枢反应，无负荷电动势延迟电枢电流，无负荷电动势超前电枢电流角，4 .的电枢反应基于直轴成分电流的合成电动势-基于

6、交轴成分电流的合成电动势， 对一般的电枢反应(总结)、三、电磁转矩、同步发电机施加负荷后，电枢电流产生电枢反应磁场，它产生励磁电流和电磁力，有时产生电磁转矩，实现机电能量，输出的有效功率越大，有效成分电流越大，交轴电枢反应电磁转矩变大，为了使马达的旋转速度保持一定，要求原动机输入更大的驱动转矩来调节有效功率。 1 .有效电流产生电磁力，形成电磁力矩，当发电机带有功负载(电阻性负载)时，如果有效电流流过电枢线圈，则近似于产生交轴电枢反应磁场。 励磁绕组的载流体通过该磁场产生电磁力，形成制动性的电磁转矩。 2 .无功电流产生电磁力但不形成扭矩，表示发电机具有感应性(或容量性)无功负荷时，原动机不需

7、要增加能量。 但是，直轴退磁(或助磁)电子反应对气隙磁场有退磁(或助磁)作用，发电机端电压降低(或上升)。 为了维持电压恒定，需要相应地增加(或者减少)励磁电流来调整无功功率。 发电机具有电感或电容器负载(无效负载)时，认为会产生直轴减磁(或助磁)电子反应磁场。 励磁绕组的载流体通过该磁场产生电磁力，但不形成电磁转矩。第二节同步发电机的电动势方程和相量图，一、同步电抗因为定子的漏磁通路径主要是气隙，磁路不饱和，所以漏阻抗是常数。 在考虑磁路饱和的情况下，各电动势与其对应的电流成比例，即具有对应的直轴电枢反应电抗、对应的交轴电枢反应电抗、对应的漏电电阻，凸极同步电机的直轴气隙比交轴气隙小， 直轴

8、磁阻小于交轴磁阻的电枢反应电抗，由三相对称电枢电流产生的合成电枢反应磁场被感应为一相的电枢电动势和与其对应的相电流之比，综合反映由三相对称电流产生的合成电枢反应磁场对定子一相的影响。 对应于隐极发电机的电枢反应电抗，当三相对称电流流过电枢线圈时，产生电枢反应磁通和漏磁通，在电枢线圈中分别感应电枢反应电动势和漏感应电动势。 相对于埋入电机，所有的电势都被称为、埋入电机的同步电抗，是电子反应电抗和泄漏阻抗之和。同步发电机正常运转时，磁路稍微饱和，磁路越饱和，对应的电阻就越小。 凸极电机分别称为直轴和交轴同步电抗。 直轴磁路的气隙小，应该考虑铁心饱和的影响，有饱和值和不饱和值的差，而交轴磁路的气隙大

9、，只有非饱和值是一定的。 同步电抗是同步电机的重要残奥仪表，是同步发电机稳定运行时电枢反应磁场和电枢泄漏磁场作用于电枢电路的综合残奥仪表。 同步电阻的大小直接影响同步发电机的端电压随负载变化的程度和大电网运行时的稳定性，也影响同步发电机的短路电流的大小。 另一方面，凸极同步发电机的电动势方程式和相量图，正方向如图规定的话，代入得到凸极发电机的电动势方程式，或者注意：方程式中的电压、电动势和电流都是相值。 凸极同步发电机的相量图制作步骤如果不知道内力率角，可以通过二、隐极同步发电机的电动势方程式、等效电路和相量图、电磁关系：电动势平衡方程式、或代入，得到隐极同步发电机的电动势方程式，从电动势方程

10、式中可以表现出其磁路的饱和状况，而另一方面，也可以表现出短路特性、功率因数在实际生产中，还可以检查三相电枢线圈的对称性、匝间短路、励磁线圈有无故障等。 二、短路特性、定义：短路时的等效电路、1 .短路特性、2 .同步电抗的求出，通过式求出xd不饱和值时，首先赋予励磁电流If，在无负载特性的不饱和级或气隙线上决定与If对应的E0值， 如果在短路特性曲线上决定，首先在无负载特性中取与额定电压UN对应的励磁电流If0，根据短路特性取出与If0对应的短路电流Ik，则交轴同步电抗、三、外特性、定义：外特性曲线在发电机带电阻性和电感性负载的情况下，外特性降低，在带电枢反应的减磁作用和电容性负载的情况下，

11、并且(当发电机负载的电容电阻大于同步电抗时)，由于电枢反应的助磁作用和电容性电流的泄漏电阻下的电压降，外部特性上升。 为了在功率因数不同的情况下得到额定电压，在电感性负载的情况下增大励磁电流，在电容性负载的情况下减小励磁电流。 四、调节特性，调整特性曲线，在电感性和电阻性负载时，随着负载电流的增加，增加励磁电流，补偿电枢反应的减磁作用和漏阻抗电压降，对于需要保持端子电压恒定的电容性负载，随着负载电流的增加，减小励磁电流。 在功率因数恒定的情况下，通过调整特性曲线，能够决定在负载变化范围内维持电压所需的励磁电流的变化范围。 驾驶员通过调整特性曲线，可以更加合理地分配系统中的无功功率。并联运行的意

12、义、第四节同步电机的并联、1、提高供电的可靠性2、提高供电的经济性3、提高电能的质量。 无限大电网的意思是，将两台以上的发电机分别与电力系统的对应母线连接，或者经由变压器、输电线与电力系统的共同母线连接，共同向负载供给电力。 1 .等待2 .待机发电机的电压相位与电网电压相位相同3 .待机发电机的电压频率与电网电压频率相同4 .待机发电机的相位顺序与输电网的相位顺序相同。上述条件(4)一般在安装发电机时，由于发电机的转向决定并满足发电机的相序，所以驾驶员只要并联时将发电机调节为满足其他3个条件即可。 不满足任一条件的并联称为异步并联，严重危害电机。 准同步并联条件，某些条件不满足时对电机的影响

13、，1、电机与电网之间有环流，定子绕组端部受力变形。 2 .产生差拍电流和电压，引起电机内的电力振动。 3、电机与电网之间有谐波环流，损耗增加，温度上升，效率降低。 4、电网与电机之间有较大电位差，产生无法消除的环流，危害电机的安全运行。 1 .电压的大小不同。 此时，s两端有电位差，电位差会导致发电机产生冲击电流。 也就是说，冲击电流是无效成分，虽然不会加重原动机的负担，但是电枢线圈会产生较大的冲击力，电枢线圈端部会受到冲击力的作用而变形。 由于xd小，即使u不大，冲击电流也大，2 .相位不同，此时，ab两端有电位差，电位差达到发电机电压的2倍，此时并联产生大的冲击电流，发电机会受到大的冲击力

14、而破损。 冲击电流的影响，1 )电枢绕组端部受力而变形，2 )冲击扭矩作用于旋转轴，使机轴扭转变形，3 )电枢绕组发热定，3 )频率不同，旋转轴产生制动扭矩，或者产生驱动扭矩，结果电动机振动。 差拍电流在电枢线圈端部受到力而变形，使电枢线圈发热。 频率差过大电机不能并联，频率差小时，通过自步作用，可以同步引进发电机。 当并网发电机的频率略高于电网的频率，发电机的频率略低于电网的频率时，冲击电流的有效成分与电压相同，发电机在电网上产生有效功率，在旋转轴上产生制动特性扭矩，电机减速，频率下降，冲击电流的有效成分与电压相反， 发电机从电网吸收有效功率，在旋转轴上产生驱动特性扭矩4 .相序不同，发电机

15、实际并联时，除相序必须一致外，其他条件允许有一定的偏差。 例如，u为10%以下，相位差为10%以下，频率偏差为0.2%0.5%(0.10.25Hz )以下。 二、在自同步法、相序正确的前提下，启动未励磁的发电机，当其转速接近同步速度时，关闭同步开关，并联网发电机，然后施加发电机励磁，将发电机引入同步。 并网前，励磁绕组必须通过限流电阻关闭。 并联时有较大的冲击电流和扭矩，一般用于紧急时的并联操作。 不同相位的发电机不能并联。 这时和恒差总是相等的，因为它会产生巨大的冲击电流危害马达和系统。 第五节同步发电机的有效功角特性和静态稳定，一、有效功率平衡，得到的转矩平衡方程式，或如上式所述，是电动机

16、稳定运转时，驱动性的原动机转矩和制动性的电磁转矩和无负荷转矩的和平衡。 将两侧除以二、有效功率角特性，与无限大电网并联连接的同步发电机是在电网的电压和频率恒定、残奥仪表()为常数、无负载电动势不变化(即不变化)时有效功率角特性。 凸极电机：隐极电机，为了便于分析，1 )假设发电机并联连接到无限大电网2 )发电机的磁路不饱和3 )忽略电枢绕组电阻。 从发电机的相量图可以看出，发电机的有效功角特性、水轮发电机的有效功角特性称为两部分：附加电磁功率的特征：- -基本电磁功率、- -附加电磁功率、汽车发电机的功角特性曲线、汽车发电机的有效功角特性，或者励磁电动势与合成电动势之间的空间夹角。 2 .感应电势的主磁通和产生电压的定子等效合成磁通之间的夹角。图示功角的双重物理意义，使原动机的驱动扭矩克服定子合成磁极的制动扭矩而发挥作用，实现机电能量转换，将原动机输入的机械能转换成电能输出。 功角是研究同步发电