大工12春《電氣工程概論》輔導(dǎo)資料七

1、大工12春電氣工程概論輔導(dǎo)資料七大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院電氣工程概論輔導(dǎo)資料七主 題：第一章第三節(jié)同步電機(jī)學(xué)習(xí)時(shí)間：2021年5月14日5月20日內(nèi) 容：我們這周主要學(xué)習(xí)交流電機(jī)的另一種一一同步電機(jī)，通過(guò)學(xué)習(xí)我們要掌握同步電機(jī)的 工作原理、結(jié)構(gòu)，掌握同步電機(jī)并網(wǎng)所需要的條件，了解電動(dòng)勢(shì)平衡方程式及電樞反應(yīng)， 了解同步電機(jī)的各種特性和功率平衡。第一章電機(jī)與電器基礎(chǔ)第三節(jié)電機(jī)1 .3.3同步電機(jī)同步電機(jī)屬于交流電機(jī)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為一固定的同步轉(zhuǎn)速。同步電機(jī)有三種運(yùn)行方式: 發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)。同步電機(jī)最重要的用途是作發(fā)電機(jī)用?，F(xiàn)代電網(wǎng)的電能幾乎全 部由三相同步發(fā)電機(jī)提供。有時(shí)工作于同步補(bǔ)償機(jī)狀態(tài)

2、，提供無(wú)功功率，改善電網(wǎng)的功率 因數(shù)。2 .同步電機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子繞組直流電勵(lì)磁產(chǎn)生固定的N、S磁極。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，定子繞組切割磁 力線，產(chǎn)生三相交流電。定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子同步運(yùn)行。此時(shí)同步電機(jī)處于發(fā)電機(jī)運(yùn) 行狀態(tài)。定子三相繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)磁產(chǎn)生固定X、S 極。這樣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就吸引轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。此時(shí)發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種構(gòu)造型式，即凸極式和陰極式。凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成 對(duì)磁極和勵(lì)磁繞組。當(dāng)勵(lì)磁繞組中通過(guò)直流勵(lì)磁電流后，每個(gè)磁極就出現(xiàn)一定的極性。隱 極式轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子鐵芯為圓柱形，沿著轉(zhuǎn)子圓周表面開有許多槽，用來(lái)嵌入勵(lì)磁繞組

3、。同步電機(jī)無(wú)論作為發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，它的轉(zhuǎn)子速度總等于由電機(jī)極對(duì)數(shù)和電樞電流頻 率所決定的同步轉(zhuǎn)速，同步由此得名。3 .同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行當(dāng)外加原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，并旦轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通以勵(lì)磁電流 時(shí)，電樞繞組開路即為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行?？战踢\(yùn)行時(shí)，電樞電流第1頁(yè) 共5頁(yè)大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院等于零，其氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立。電樞繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), 電樞繞組開路時(shí)的端電壓等于空載電動(dòng)勢(shì)。4 .同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行(1)電樞反應(yīng)及電動(dòng)勢(shì)方程當(dāng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，三相對(duì)稱電流流過(guò)定子三相繞組，形成電樞旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，它與轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)同步，旦轉(zhuǎn)向相同。此時(shí)的氣隙磁場(chǎng)與

4、空載運(yùn)行的情況不同，是二者的合成磁場(chǎng)。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)對(duì)同步電機(jī)的性能有重大影響, 負(fù)載的性質(zhì)決定了電樞反映的特性。可以應(yīng)用時(shí)空矢量圖來(lái)分析電樞反應(yīng)特性。凸極同步電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程其中Xd為直軸同步電抗，Xq為交軸同步電抗。隱極同步電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程其中Xt為隱極電機(jī)同步電抗。(2)同步發(fā)電機(jī)的特性1)空載特性。當(dāng)外加原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在同步轉(zhuǎn)速nl下運(yùn)行，并且轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁 繞組通以勵(lì)磁電流If時(shí)，電樞繞組開路即為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行。電樞繞組切割旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E0,電樞繞組開路時(shí)的端電壓等于空教電動(dòng)第2頁(yè) 共5頁(yè)大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院勢(shì)E0。當(dāng)n?nl、I

5、q?O時(shí)EO?f(If)稱為同步發(fā)電機(jī)的空我特性。下圖中曲線1。2)短路特性。同步發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下三相的穩(wěn)態(tài)短路電樞電流I,即短路電流IK 與勵(lì)磁電流If的關(guān)系稱為短路特性，兩者在數(shù)量上成線性關(guān)系。下圖中直線3。3）零功率因數(shù)負(fù)載特性。4）同步發(fā)電機(jī)的外特性。同步發(fā)電機(jī)的外特性表示在n?nl、勵(lì)磁電流等于常數(shù)、功 率因數(shù)等于常數(shù)情況下，端電壓和電樞電流的關(guān)系。外特性曲線與外加負(fù)教有關(guān)系，負(fù)載 性質(zhì)不同，外特性曲線也不同。發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率：5 .同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)運(yùn)行第3頁(yè) 共5頁(yè)大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院同步發(fā)電機(jī)并列投入電網(wǎng)時(shí)，為了避免發(fā)生電流的沖擊和轉(zhuǎn)軸突然受力，應(yīng)使發(fā)電機(jī) 每相電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)

6、值與電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值保持相等。此條件可分開寫成以下四條：（1）發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)頻率相同； （2）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓波形要相同；（3）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)電壓大小、相位要相同：（4）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的相序要相同。5.同步發(fā)電機(jī)的功率平衡同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程為：由于定子繞組很小，因此其電阻損耗可以不計(jì)，就有上式。其中，？為內(nèi)功率因素角, 把?-?稱為功角，它表示發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)與電樞端電壓之間的夾角。凸極電機(jī)：隱極電機(jī)：本周要求掌握的內(nèi)容如下:本周我們要了解掌握同步電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)，掌握同步電機(jī)并網(wǎng)所需要的條件， 了解電動(dòng)勢(shì)平衡方程式及電樞反應(yīng)，了解同步電機(jī)的各種特性和功率平衡。第4頁(yè) 共5頁(yè)大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院習(xí)題（一）選擇題1 .同步電機(jī)有三種主要的運(yùn)行方式，其中最主要的用途是（）。A.發(fā)電機(jī)B.電動(dòng)機(jī)C.調(diào)相機(jī)D.以上都不正確答案：A2 .對(duì)于感性負(fù)載，在勵(lì)磁電流不變的情況下，隨著電樞電流的增大，同步）的曲線。A.上升B.下降C.沒(méi)有影響D.不能確定答案：B （二）判斷題1.中小型同步電機(jī)多采用凸極式轉(zhuǎn)子。（三）簡(jiǎn)答題1.同步發(fā)電機(jī)關(guān)列投入電網(wǎng)時(shí)需滿足的條件。答