同步电机原理.ppt

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1、第四章同步电机第四章同步电机一、同步电机原理与结构二、同步电机磁场分析三、同步电机的电磁关系与等效电路四、同步电机运行特性第一节同步电机的原理与结构同步电机的原理与结构基本工作原理主要结构运行状态额定值一、同步电机的基本原理同步发电机模型n0n0转子直流励磁原动机拖动转子磁场以速度n0旋转定子导体感生电动势,定子带负载则有电流流过定子电流产生旋转磁场，速度为n0转子导体受电磁力，形成电磁转矩，和拖动转矩平衡同步电机特点：转子转速与磁场转速相等（同步）；转子电流频率为零（直流）用途发电无功调节电动机定子铁心：0.5mm硅钢片绕组：电枢绕组，产生感应电势和电磁转矩机座及固定部

2、件端盖转子（凸极、隐极）转子铁心励磁绕组阻尼绕组轴承护环、中心环、滑环和风扇等二、同步电机的基本结构结构相关旋转结构转枢式：电枢旋转转场式：磁场旋转结构形式隐极式：气隙均匀凸极式：气隙不均匀磁极冲片凸极同步电机磁极装配1—阻尼绕祖；2—磁极铁心；3—励磁绕组；4—磁轭；5—磁极T形尾固定部分。定子转子（励磁）滑环凸极转子：制造方便，但机械强度较差，因此多用在离心力较小，转速较低的中小型电机中或用在水轮发电机中。隐极转子：机械强度好，但制造工艺较复杂，因此多用在离心力较大、转速较高的电机中。例如汽轮发电机多采用隐极结构。隐极、凸极比较汽轮发电机定子结构同步电动机的转子结构图

3、三、同步电机的励磁方式同步电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电流，建立励磁磁场。将供给励磁电流的整个装置称为励磁系统。(1)直流励磁机励磁励磁绕组由小型直流发电机供电(2)静止整流器励磁交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组(3)旋转整流器励磁交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组旋转励磁，无电刷四、同步电机的冷却方式随着单机容量的不断提高，大型同步电机的发热和冷却问题日趋严重，冷却方式也不断改进。同步电机的冷却方式主要有以下几种。空气冷却氢气冷却冷却五、同步电机的运行状态理想空载调相机发电机状态电动机状态00功角φ1φ2φ3同步发电机不同运行方式六、额定值额定容量SN(kV

4、A)或额定功率PN额定电压UN额定电流IN额定功率因数cosN额定效率ηN额定频率fN、额定转速nN、额定励磁电流IfN、额定励磁电压UfN等第二节同步电机的磁场分析－电枢反应1、空载运行：额定转速n，电机极对数p转子励磁绕组通直流电流If，产生磁通0定子绕组感应电势E0，定子开路，电流Ia＝0电机中仅存在直流励磁电流If同步电机运行分析感应电势频率：感应电势有效值：凸极同步发电机的空载磁场2、空载特性空载特性磁化曲线负载对称三相电流对称产生圆形旋转磁场3、负载运行（电枢反应）电枢反应**实质：研究同步发电机负载时内部的电磁情况。负载以后，除转子磁势外，定子三相

5、电流也产生电枢磁势。电枢磁势的存在，将使气隙中磁场的大小及位置发生变化，这种现象称之为电枢反应。电枢反应的性质主要决定于空载电势和负载电流之间的夹角ψ，亦即决定于负载的性质。电枢反应几个概念①内功率因数角Ψ：E0和Ia之间的夹角，与电机本身参数和负载性质有关；②外功率因数角φ：与负载性质有关；③功率角（功角）θ：E0和U之间的夹角；且有Ψ=φ+θ（电感性负载）④直轴（d轴）：主磁极轴线（纵轴）；⑤交轴（q轴）：转子相临磁极轴线间的中心线为交轴（横轴）下面从三种极限情况出发进行研究，即（1）Ia和E0同相位，即ψ=0；（2）Ia滞后E090电角度，即ψ=90 °；（3）Ia

6、超前E090电角度，即ψ=-90 °；凸极电机的双反应理论双反应理论：Fa的轴线既不和直轴也不和交轴重合时，可以把Fa分解为直轴分量Fad和交轴分量Faq，之后求出直轴和交轴各自的电枢反应值，最后把它们的效果叠加起来。（1）Ia和E0同相位（ψ=0）时的电枢反应感应电势为最大值。电流也在此瞬间到达最大值。电枢磁势与A相绕组中心线相重合。电枢磁势滞后于转子磁势90交轴电枢反应。（2）Ia滞后E090电角度（ψ=90 °）时的电枢反应电枢磁势产生去磁作用，称为直轴去磁电枢磁势。（2）Ia超前E090电角度（ψ=90 °）时的电枢反应电枢磁势产生增磁作用，称为直轴增磁电枢磁势

7、。（4）I与E0相差锐角相位时的电枢反应电枢反应不仅存在交轴分量，还存在直轴分量电枢磁势按ψ角分解成作用在直轴磁路的磁势及作用在交轴磁路的磁势。凸极机的磁通分布图第三节同步发电机的电磁关系与等效电路1、隐极发电机的电磁过程同步发电机电磁过程与电势方程2、隐极发电机的电势平衡方程其中同步电抗的物理意义：表征地对称负载下电枢电流产生的电枢总磁场在电枢每相绕组中的电磁效应。3、隐极发电机的等效电路：raxt注：去掉ra即可得到简化等效电路4、隐极发电机的相量图已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cosφ及参数ra、xtφψδ当功率