第六章-三相同步电机

1、第六章 三相同步电机,6-1 同步电机的基本工作原理和结构 6-2 同步电机的电枢反应 6-3 电势平衡方程式、同步电抗和相量图 6-4 功角特性、矩角特性和有功功率调节 6-5 无功功率调节和V形曲线 6-6 同步电机的起动,6-1 同步电机的基本工作原理和结构,一、同步电动机的基本结构和额定参数,同步 转子的转速与电源频率有严格的关系，即, 定子：,是由机座、定子铁心和电枢绕组三个部分组成。,电枢绕组是三相对称绕组，通入三相对称交流电流， 从而产生旋转磁场。,是由励磁绕组和铁心组成。,励磁绕组通入直流电流。,隐极式同步电动机的直径小，铁心长度长，磁极数较少；, 转子：,铁心有两种结构形式：

2、隐极式 和凸极式。,凸极式同步电动机的直径大，铁心长度短，磁极数较多。,., 同步电动机的特点, 适用于拖动功率大，而本身又没有调速要求的生产机械。, 机械特性绝对硬。, 通过改变励磁电流，调节其功率因数， 并使电网的功率因数提高。, 同步电动机的额定参数, 额定功率 PN ：, 额定电压 UN ：, 额定电流 IN ：, 额定功率因数 cosN ：, 额定转速 nN ：, 额定效率 N ：, 额定频率 fN ：, 额定励磁电压 UfN ：, 额定励磁电流 IfN ：,轴上输出的有功功率（kW）,定子绕组的线电压（kV）,定子绕组的线电流（A）,.,.,.,.,二、同步电动机的基本运行原理,气

3、隙中 的磁势,当电磁转矩和静负载转矩相等时，两个磁势的夹角 不再变化，两个磁势同步前进。,同步转矩只有在两个磁势完全同步时，才能发挥作用。,同步电动机磁势关系,电枢反应磁势,直流磁势,由定子三相绕组通入三相交流电流产生， 是一个旋转磁势。,由转子单相绕组通入直流电流产生， 是一个恒定磁势，但与转子同步旋转。,.,6-2 同步电动机的电枢反应,6-3 同步电动机的电势平衡方程式及相矢量图, 隐极式同步电动机, 转子磁势与转子同步旋转, 转子绕组中没有感应电势,由合成磁势产生定子绕组中的反电势 E1,.,若不计主磁路的饱和作用,对于隐极机，气隙基本上是均匀的。,则可以采用迭加原理,磁路的磁阻（或磁

4、导）与磁势作用点无关。,定义电枢反应电抗 xa,.,xC：同步电抗,一般情况下，同步电抗 xc 是一个常数。,由于同步电动机的容量较大，可以忽略定子电阻的作用。,故隐极机常用的方程式为,三个向量的关系：,.,., 凸极式同步电动机,凸极机的气隙不均匀，电枢反应磁势的位置不同， 产生的结果也不同。,分析方法：采用双反应原理。,即将电枢反应磁势分解成正交的两个向量。,.,引入电枢反应电抗 xad 和 xaq,直轴方向的 电枢反应电抗,交轴方向的 电枢反应电抗,.,凸极机一相电路的电势平衡方程式为,若忽略 r1 ，则,交轴方向的气隙 大,直轴同步电抗,交轴同步电抗,.,6-4 功角特性、矩角特性和有

5、功功率调节, 功角特性,忽略定子损耗,功角特性就是电磁功率与功角之间的关系。,.,., 功角的物理意义,当 U、E0、p、f、xd 均为常数时，电磁功率与功角 有关。即一定的负载要求一定的功角。, 矩角特性及其稳定工作区,矩角特性就是电磁转矩与功角之间的关系，即,.,6-5 无功功率调节和V形曲线, 同步电动机的功率因数调节,由隐极机的电势平衡方程式,由于负载不变，电磁转矩和电磁功率均不能变, 负载不变，改变励磁电流 If ，即改变 Ib,设输入电压 U 恒定，忽略定子铜耗,即定子电流 I 的轨迹为一条水平直线。,当励磁电流 If 很大时，Ib= Ib1，产生超前电流，称为过励状态；,当励磁电

6、流 If 较大时，Ib= Ib2，产生超前电流，称为过励状态；,当励磁电流 If 适中时，Ib= Ib3，与电压同相位，称为正常励磁；,当励磁电流 If 较小时，Ib= Ib4，产生滞后电流，称为欠励状态。,即调节励磁电流，就可以改变电网的功率因数。, V 形曲线,以励磁电流和定子电流作为坐标轴，绘制出的曲线， 称为 V 形曲线。,改变负载，可以得到一簇 V 形曲线。,.,., 励磁电流不变，负载在变化,励磁电流不变，也就是 Ib 不变， Ib 的轨迹为一个圆弧。,随着负载的增加，定子电流 I 由超前变成滞后。,.,6-6 同步电动机的起动, 起动转矩,同步电动机只有在同步运行时，才具有同步转矩,在不同步运行时，转矩的平均值为零。,因此，同步电动机不能自行起动。, 起动方法,常