第7章三相同步电机.ppt

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1、1,三相同步电机,第 7 章,2,本章要求,掌握同步电机的基本结构和工作原理。掌握同步电动机的分析方法及分析结果。掌握功角的概念及意义，矩角特性及其应用。熟练掌握同步电动机的U型曲线及其意义。掌握工作特性中的cos=f（P2）曲线形状及其意义。了解同步电动机的起动方法；一般掌握同步调相机。,3,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。,4,5,6,Y 接法,接法,注意：首尾端不能接反！,定 子 三 相 绕 组 接 线 方 式

2、,7,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,8,水轮发电机,9,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

3、轭部采用 T 形或鸽尾形连接。,10,隐 极 式 转 子,11,汽轮发电机,12,13,14,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。

4、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。,15,凸 极 转 子,隐 极 转 子,特点：气隙不均匀,特点：气隙均匀,转 子 结 构 特 点,16,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,17,*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

5、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。,18,*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

6、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。,19,三、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。,20,一、隐极同步电动机电磁分析和相

7、量图,定子的电磁关系(磁路不饱和时）：,转子If,定子,1、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,21,2、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,定子一相绕组电阻为r1,22,在给定的参考方向下，定子一相绕组的电压平衡方程式为,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 x,23,3、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,式中,xc,称为隐

8、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：,24,一、功率、转矩方程,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 同步电动机的功率方程及功角特性,25,隐极机xd=xq=xc,可见电磁功率是的函数。,26,三、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-

9、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变化和运行的稳定性有重要意义。,27,功角的空间概念：,28,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,29,一、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正常励磁时，为感性。,30,二、形曲线f(If),条件：P2保持不变，调节If,当If=If1时，I为纯有功电流，最小；If从If1增加时，I

10、增加；If从If1减小时，I也增加；电流I呈形曲线变化。,C3 C2 C1,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。,31,三、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.,32,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,33,同步电动机的起动方法,

11、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,34,同步电动机的起动方法,1、辅助起动法：用同极数异步电动机拖动其起动。,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。,35,1、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

12、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If（不变）。（4）额定工作时，保持If不变，下降 PN=4000KW，求I和cos？（不变）,36,4、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）,3.一台三相变压器，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？,37,解1：,解2：（1）,38,39,(4)由电磁功率可以计算出功角,由余弦定理求AB=4823：AB=Ixc,I=344.5A,由正弦定理求B=23.95,40,3、解：电动机额定运行，输入电流额定,变压器从电网的输入电流为：258.4/k=15.59A,41,4、解：空载等效电路：,42,END,