小功率同步電機

1、19-1 同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型9-2 永磁式同步電機永磁式同步電機9-3 反應(yīng)式同步電機反應(yīng)式同步電機9-4 磁滯式同步電機磁滯式同步電機9-5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機第九章第九章 小功率同步電機小功率同步電機2概概 述述第九章第九章 小功率同步電機小功率同步電機同步電機是一種交流電機，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率 f 之間有不變的關(guān)系：電網(wǎng)頻率f一定，電機的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)，與負(fù)載大小無關(guān)。稱為同步轉(zhuǎn)速60tfnnp同步電機的應(yīng)用形式：1）發(fā)電機運行2）電動機運行3）補償機運行3概概 述述第九章第九章 小功率同步電機小功率同步電機同步電機是一種交流電機，其

2、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率 f 之間有不變的關(guān)系：電網(wǎng)頻率f一定，電機的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)，與負(fù)載大小無關(guān)。稱為同步轉(zhuǎn)速60tfnnp同步電機的應(yīng)用形式：1）發(fā)電機運行2）電動機運行3）補償機運行主要特點：運行穩(wěn)定性高、過載能力大，運行效率高。常用于多機同步傳動系統(tǒng)、精密調(diào)速、穩(wěn)速系統(tǒng)和恒定轉(zhuǎn)速大功率設(shè)備等。 4第九章第九章 小功率同步電機小功率同步電機同步電機的應(yīng)用形式：1）發(fā)電機運行2）電動機運行3）補償機運行主要特點：運行穩(wěn)定性高、過載能力大，運行效率高。常用于多機同步傳動系統(tǒng)、精密調(diào)速、穩(wěn)速系統(tǒng)和恒定轉(zhuǎn)速大功率設(shè)備等。 食品機械、包裝機械、印刷機械、物料輸送機械、紡織機械等 5第九章第九章 小功率

3、同步電機小功率同步電機同步電機的應(yīng)用形式：1）發(fā)電機運行2）電動機運行3）補償機運行主要特點：運行穩(wěn)定性高、過載能力大，運行效率高。常用于多機同步傳動系統(tǒng)、精密調(diào)速、穩(wěn)速系統(tǒng)和恒定轉(zhuǎn)速大功率設(shè)備等。 精密加工機械精密加工機械 6第九章第九章 小功率同步電機小功率同步電機同步電機的應(yīng)用形式：1）發(fā)電機運行2）電動機運行3）補償機運行主要特點：運行穩(wěn)定性高、過載能力大，運行效率高。常用于多機同步傳動系統(tǒng)、精密調(diào)速、穩(wěn)速系統(tǒng)和恒定轉(zhuǎn)速大功率設(shè)備等。 7第九章第九章 小功率同步電機小功率同步電機同步電機的應(yīng)用形式：1）發(fā)電機運行2）電動機運行3）補償機運行主要特點：運行穩(wěn)定性高、過載能力大，運行效率高

4、。常用于多機同步傳動系統(tǒng)、精密調(diào)速、穩(wěn)速系統(tǒng)和恒定轉(zhuǎn)速大功率設(shè)備等。 8第九章第九章 小功率同步電機小功率同步電機同步電機的應(yīng)用形式：1）發(fā)電機運行2）電動機運行3）補償機運行主要特點：運行穩(wěn)定性高、過載能力大，運行效率高。常用于多機同步傳動系統(tǒng)、精密調(diào)速、穩(wěn)速系統(tǒng)和恒定轉(zhuǎn)速大功率設(shè)備等。 9第九章第九章 小功率同步電機小功率同步電機主要應(yīng)用：主要應(yīng)用：多機同步傳動系統(tǒng)多機同步傳動系統(tǒng)精密調(diào)速、穩(wěn)速系統(tǒng)精密調(diào)速、穩(wěn)速系統(tǒng)109-1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型第九章第九章 小功率同步電機小功率同步電機119.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型1.1.定子的結(jié)構(gòu)

5、類型定子的結(jié)構(gòu)類型三相交流繞組；兩相交流繞組；單相罩極繞組；作用：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；原理：各相繞組的磁場，在空間和時間相位上有相位差，其來合成磁場為旋轉(zhuǎn)磁場；單相罩極繞組129.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型兩相兩相-單繞組單繞組-2磁極磁極1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型1）兩相或三相定子磁極）兩相或三相定子磁極定子相數(shù)：j1-2、k1-2 兩相；單相組數(shù)：1組磁極對數(shù)：p=1;單磁極對旋轉(zhuǎn)磁場：pfnt60 k1k2j1j2nt,kjitt0 t1 t2 t3 t4 t5 139.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型三相三相-單繞組單繞組-2磁極磁極1.1

6、.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型定子相數(shù)：A，B，C 三相；單相組數(shù)：1組磁極對數(shù)：p=1;旋轉(zhuǎn)磁場：pfnt60 ABC 1200 12000tB A B C1）兩相或三相定子磁極）兩相或三相定子磁極149.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型兩相兩相-雙繞組雙繞組-4磁極磁極1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型定子相數(shù)：j1-2、k1-2 兩相；兩相組數(shù)：2組磁極對數(shù)：p=2;k2k1j2j11）兩相或三相定子磁極）兩相或三相定子磁極159.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型兩相兩相-雙繞組雙繞組-4磁極磁極1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型定子相數(shù)：j1-2

7、、k1-2 兩相；兩相組數(shù)：2組磁極對數(shù)：p=2;,kjitt0 t1 t2 t3 t4 t5 k2k1SNSN1）兩相或三相定子磁極）兩相或三相定子磁極169.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型兩相兩相-雙繞組雙繞組-4磁極磁極1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型定子相數(shù)：j1-2、k1-2 兩相；兩相組數(shù)：2組磁極對數(shù)：p=2;,kjitt0 t1 t2 t3 t4 t5 k2k1SNSN1）兩相或三相定子磁極）兩相或三相定子磁極單相電流：多繞組多磁極179.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型兩相兩相-雙繞組雙繞組-4磁極磁極1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)

8、類型定子相數(shù)：j1-2、k1-2 兩相；兩相組數(shù)：2組磁極對數(shù)：p=2;,kjitt0 t1 t2 t3 t4 t5 SNSNk2k1j2j11）兩相或三相定子磁極）兩相或三相定子磁極單相電流：多繞組多磁極189.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型兩相兩相-雙繞組雙繞組-4磁極磁極1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型定子相數(shù)：j1-2、k1-2 兩相；兩相組數(shù)：2組磁極對數(shù)：p=2;旋轉(zhuǎn)磁場：pfnt60 ,kjitt0 t1 t2 t3 t4 t5 k2k1j2j11）兩相或三相定子磁極）兩相或三相定子磁極有空間和時間相位差的兩個脈振磁場的合成為旋轉(zhuǎn)磁場199.1同步電機的基

9、本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型2）單相罩極定子磁極）單相罩極定子磁極勵磁電流： iA-單相,kjitt0 t1 t2 t3 t4 t5 磁極結(jié)構(gòu)：單相罩極A勵磁線圈B罩極線圈（短路環(huán)）1，2空間相位差： 1，2時間相位差： 209.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型2）單相罩極定子磁極）單相罩極定子磁極磁極結(jié)構(gòu)：單相罩極A勵磁線圈B罩極線圈（短路環(huán)）11/AAiW 1/BkkkWEI 12/k原理219.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型2）單相罩極

10、定子磁極）單相罩極定子磁極磁極結(jié)構(gòu)：單相罩極A勵磁線圈B罩極線圈（短路環(huán)）1，2空間相位差： 1，2時間相位差： 229.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型2）單相罩極定子磁極）單相罩極定子磁極勵磁電流：iA-單相,kjitt0 t1 t2 t3 t4 t5 磁極結(jié)構(gòu)：單相罩極A勵磁線圈B罩極線圈（短路環(huán)）1與2的合成磁場：旋轉(zhuǎn)磁場23單相2繞組：p=14繞組：p=29.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型1.1.定子的結(jié)構(gòu)類型定子的結(jié)構(gòu)類型2）單相罩極定子磁極）單相罩極定子磁極單相罩極249.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機

11、的基本結(jié)構(gòu)及類型轉(zhuǎn)速：n=60f/p r/min作用：產(chǎn)生電磁力矩，使電機轉(zhuǎn)動。2.2.轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)類型大功率同步電機：直流勵磁轉(zhuǎn)子（分凸極和隱極）259.1同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型同步電機的基本結(jié)構(gòu)及類型小功率同步電機：永磁式永磁；反應(yīng)式軟磁；磁滯式硬磁；2.2.轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)類型ABCNSABCNSSN轉(zhuǎn)速：n=60f/p r/min作用：產(chǎn)生電磁力矩，使電機轉(zhuǎn)動。269-2 永磁式同步電機永磁式同步電機第九章第九章 小功率同步電機小功率同步電機279.2 永磁式同步電機永磁式同步電機1.1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)材質(zhì)：由永久磁鋼制成；結(jié)構(gòu)：有兩極或多極。ABCNSABCN

12、SSN1）定子結(jié)構(gòu)三相交流繞組；兩相交流繞組；單相罩極繞組；2）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)289.2 永磁式同步電機永磁式同步電機兩個異性磁極（N極與S極）間的磁吸力，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩2.2.基本原理基本原理運行原理：運行原理：定子電流定子電流I旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場 轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)子磁極Tns；ABCNS ns299.2 永磁式同步電機永磁式同步電機兩個異性磁極（N極與S極）間的磁吸力，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩2.2.基本原理基本原理同步運行條件：同步運行條件：負(fù)載力矩負(fù)載力矩Tm，否則產(chǎn)生，否則產(chǎn)生“失步失步”；ABCNS ns309.2 永磁式同步電機永磁式同步電機3.3.起動問題起動問題 1）起動困難的原因）起動困難的原因轉(zhuǎn)子的

13、慣性；起動時的轉(zhuǎn)差率；2）解決辦法）解決辦法在轉(zhuǎn)子上裝起動鼠籠繞組，異步起動；降頻起動；319.2 永磁式同步電機永磁式同步電機3.3.起動問題起動問題 1）起動困難的原因）起動困難的原因轉(zhuǎn)子的慣性；起動時的轉(zhuǎn)差率；2）解決辦法）解決辦法在轉(zhuǎn)子上裝起動鼠籠繞組，異步起動；降頻起動；主要特點： 輸出力矩大，體積小，耗電少，結(jié)構(gòu)簡單，可靠。 329.3 反應(yīng)式同步電機反應(yīng)式同步電機1.1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)材質(zhì)：軟磁材料結(jié)構(gòu)：制成凸極形狀A(yù)BC1）定子結(jié)構(gòu)）定子結(jié)構(gòu)三相交流繞組；兩相交流繞組；單相罩極繞組；2）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)反應(yīng)式同步電機-也稱為磁阻電機，其工作原理與永磁式不同，主要是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和

14、材質(zhì)不同。 減小磁阻減小磁阻使正交兩個方向，氣隙磁阻不同使正交兩個方向，氣隙磁阻不同339.3 反應(yīng)式同步電機反應(yīng)式同步電機2.2.基本原理基本原理利用磁通利用磁通 的的磁收縮力，磁收縮力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（稱反應(yīng)力矩稱反應(yīng)力矩）使電機運轉(zhuǎn)）使電機運轉(zhuǎn)。凸極轉(zhuǎn)子349.3 反應(yīng)式同步電機反應(yīng)式同步電機2.2.基本原理基本原理利用磁通利用磁通 的的磁收縮力，磁收縮力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（稱反應(yīng)力矩稱反應(yīng)力矩）使電機運轉(zhuǎn)）使電機運轉(zhuǎn)。圓形轉(zhuǎn)子同步運行條件：同步運行條件：負(fù)載力矩負(fù)載力矩Tm，否則產(chǎn)生，否則產(chǎn)生“失步失步”；359.3 反應(yīng)式同步電機反應(yīng)式同步電機3.3.起動問題起動問題1）起動困

15、難的原因）起動困難的原因轉(zhuǎn)子的慣性；起動時的轉(zhuǎn)差率；2）解決辦法）解決辦法在轉(zhuǎn)子上裝起動鼠籠繞組，異步起動；降頻起動；凸極轉(zhuǎn)子369.3 反應(yīng)式同步電機反應(yīng)式同步電機解決辦法： 在轉(zhuǎn)子上裝鼠籠繞組；4.4.振蕩問題振蕩問題產(chǎn)生振蕩的原因： 磁收縮力具有彈簧力特性；轉(zhuǎn)子慣性；鼠籠繞組的作用：提高起動能力減弱振蕩現(xiàn)象379.4 磁滯式同步電機磁滯式同步電機1.1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)材 質(zhì)：采用硬磁材料；結(jié) 構(gòu)：為圓形無凸極；1）定子結(jié)構(gòu)三相交流繞組；兩相交流繞組；單相罩極繞組；2）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)ABCSNSN38NS9.4 磁滯式同步電機磁滯式同步電機2.2.基本原理基本原理1）同步狀態(tài)在阻力小于最大同步

16、力矩時，轉(zhuǎn)子受磁滯力矩Tz的作用運轉(zhuǎn)。2）異步狀態(tài)轉(zhuǎn)子受磁滯力矩Tz和渦流力矩TB的作用。SNSN定子磁通轉(zhuǎn)子磁化(N,S) (N,S) F TznzBTTT39NS9.4 磁滯式同步電機磁滯式同步電機2.2.基本原理基本原理1）同步狀態(tài)在阻力小于最大同步力矩時，轉(zhuǎn)子受磁滯力矩Tz的作用運轉(zhuǎn)。2）異步狀態(tài)轉(zhuǎn)子受磁滯力矩Tz和渦流力矩TB的作用。SNSN定子磁通轉(zhuǎn)子磁化(N,S) (N,S) F TznzBTTTTnTBTzns040NS9.4 磁滯式同步電機磁滯式同步電機3.3.主要特點主要特點SNSNTnTBTzns0具有自起動能力；結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、性能穩(wěn)定轉(zhuǎn)子為圓形結(jié)構(gòu)，適合高速運轉(zhuǎn)的

17、控制設(shè)備。主要缺點：異步（低速）運行時，效率較低。主要原因：a.有渦流損耗；b.轉(zhuǎn)子被交變磁化，硬磁材料會產(chǎn)生很大的磁滯損耗；419.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機 電磁減速式同步電動機低速電動機同步速度： 60/snfp 電網(wǎng)頻率：f =50Hz磁極對數(shù)：p = 2、4、6、8（通常小于10）電機的轉(zhuǎn)速：n = ns= 3003000 rpm；一般類型同步電機低速同步電動機60/snnfp （每分鐘幾十轉(zhuǎn)） 基本類型反應(yīng)式勵磁式429.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機1）結(jié)構(gòu)特點 定、轉(zhuǎn)子鐵心都做成開口槽； 定子槽中放有兩相或三相繞組，轉(zhuǎn)子沒有繞組；1.1.反應(yīng)式電

18、磁減速同步電動機反應(yīng)式電磁減速同步電動機432）工作原理 假設(shè)條件電機極對數(shù)：p=1；定子齒數(shù) ZS= 16，轉(zhuǎn)子齒數(shù) ZR=18；定子的齒距角：S=2/ Zs；定子的齒距角：R=2/ ZR；兩者的齒角差：= SR； 9.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機1.1.反應(yīng)式電磁減速同步電動機反應(yīng)式電磁減速同步電動機449.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機當(dāng)磁極位于定子(1,9)齒軸線A: 在磁通反應(yīng)力矩作用下: 轉(zhuǎn)子(1,10)齒與定子(1,9)齒對齊;當(dāng)磁場轉(zhuǎn)過齒距S到B位置時：2）工作原理 1.1.反應(yīng)式電磁減速同步電動機反應(yīng)式電磁減速同步電動機 在磁通反應(yīng)力矩作用下:轉(zhuǎn)

19、子(2,11)齒定子 (2,10)齒相對齊；ns轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度 = SR459.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機磁場轉(zhuǎn)過一個定子齒距角時： 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒角差： 2）工作原理 1.1.反應(yīng)式電磁減速同步電動機反應(yīng)式電磁減速同步電動機2SSZ 22112sRsRZZZZ 469.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機3）電機的電磁減速比 1.1.反應(yīng)式電磁減速同步電動機反應(yīng)式電磁減速同步電動機4）電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 60 ()SRSRRnf ZZnkpZ 12112ssSRRRSSRnZZknZZZZ 479.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機5）定、轉(zhuǎn)子齒數(shù)的設(shè)計條件

20、2RSZZp 1.1.反應(yīng)式電磁減速同步電動機反應(yīng)式電磁減速同步電動機sRRRSnZknZZ 電磁減速比60 ()SRSRRnf ZZnkpZ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速489.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機結(jié)論：為了實現(xiàn)減速，必須使 ZRZs =2p；電源頻率f一定時，電機轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR增多而減低。1.1.反應(yīng)式電磁減速同步電動機反應(yīng)式電磁減速同步電動機2RSZZp 當(dāng)p=1，兩極電機120SRRnfnkZ轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速499.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機（1）永久磁鋼勵磁；（2）直流電勵磁； 2.2.勵磁式電磁減速同步電動機勵磁式電磁減速同步電動機1）轉(zhuǎn)子勵磁方式509.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機2.2.勵磁式電磁減速同步電動機勵磁式電磁減速同步電動機（1）永久磁鋼勵磁NSA-ANB-BS1）轉(zhuǎn)子勵磁方式519.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機（2）直流電勵磁2.2.勵磁式電磁減速同步電動機勵磁式電磁減速同步電動機1）轉(zhuǎn)子勵磁方式529.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機2.2.勵磁式電磁減速同步電動機勵磁式電磁減速同步電動機2）結(jié)構(gòu)特點NSA-ANB-BS539.5 電磁減速式同步電動機電磁減速式同步電動機定子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式一樣；轉(zhuǎn)子中間為環(huán)形永久磁鋼，產(chǎn)生軸向磁化磁場；作用：使轉(zhuǎn)子兩端產(chǎn)生單磁性磁極，便