華北電力大學(保定)電機學電機學-同步電機的基本知識和結構

1、同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構本章重點內(nèi)容：本章重點內(nèi)容：1. 掌握同步電機的基本工作原理。掌握同步電機的基本工作原理。2掌握同步電機的轉子轉速與電動勢頻率的關系。掌握同步電機的轉子轉速與電動勢頻率的關系。3了解同步電機的基本結構。了解同步電機的基本結構。4了解同步電機的額定值。了解同步電機的額定值。同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-1 概述概述什么是同步電機什么是同步電機同步電機：是一種旋轉的交流電機，它的轉子轉速同步電機：是一種旋轉的交流電機，它的轉子轉速n與電動勢頻率與電動勢頻率f之間保持之間保持嚴格不變的關系。嚴格不變的關系。對同步發(fā)電機，發(fā)出的電動

2、勢頻率對同步發(fā)電機，發(fā)出的電動勢頻率f滿足滿足對同步電動機，轉子轉速滿足對同步電動機，轉子轉速滿足 )(60Hzpnf min)/(60rpfn 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-1 概述概述同步電機的運行方式同步電機的運行方式作為發(fā)電機運行把機械能轉換成電能汽輪發(fā)電機原動機為汽輪機水輪發(fā)電機原動機為水輪機其它原動機帶動的發(fā)電機柴油發(fā)電機，風力發(fā)電機等作為電動機運行把電能轉換成機械能作為調相機運行向電網(wǎng)發(fā)送無功功率同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機同步發(fā)電機基本構成：定子、轉子、氣隙、勵磁繞組、電樞繞

3、組。基本構成：定子、轉子、氣隙、勵磁繞組、電樞繞組。NSAZBXCY1n.NSAZBXCY1n.橫截面圖橫截面圖 凸極式凸極式 隱極式隱極式 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機同步發(fā)電機作為發(fā)電機運行時，用一原動機拖動轉作為發(fā)電機運行時，用一原動機拖動轉子旋轉，轉子勵磁繞組中通入直流電，子旋轉，轉子勵磁繞組中通入直流電，從而在氣隙中產(chǎn)生一旋轉的磁場，該磁從而在氣隙中產(chǎn)生一旋轉的磁場，該磁場切割定子上的電樞導體，電樞繞組便場切割定子上的電樞導體，電樞繞組便感應出交流電動勢。設氣隙磁密按正弦感應出交流電動勢。設氣隙磁密按正

4、弦分布，則在定子三相繞組里感應出正弦分布，則在定子三相繞組里感應出正弦變化的三相電動勢，交流電動勢的頻率變化的三相電動勢，交流電動勢的頻率取決于電機的極對數(shù)取決于電機的極對數(shù) p 和轉子轉速和轉子轉速 n，若電機為一對極，當轉子旋轉一周時，若電機為一對極，當轉子旋轉一周時，導體中感應電動勢變化一個周波。導體中感應電動勢變化一個周波。 NSAZBXCY1n.同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機同步發(fā)電機NSAZBXCY1n.考察電樞導體考察電樞導體 A A 的感應電動勢。的感應電動勢。e = B l v e = B l v

5、 ，右手定則。導體相，右手定則。導體相對于磁場的運動方向。對于磁場的運動方向。NSAZBXCY1n.e = E max e = E max 電樞導體電樞導體 A A 處徑向磁密等于處徑向磁密等于0 0 e = 0 e = 0同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的基本工作原理同步發(fā)電機同步發(fā)電機NSAZBXCY1n.NSAZBXCY1n.e = e = E max E max 電樞導體電樞導體 A A 處徑向磁密等于處徑向磁密等于0 0 e = 0 e = 0同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的

6、基本工作原理同步發(fā)電機同步發(fā)電機若為若為 p 對極，當轉子旋轉一周時，導體感應電動勢變化對極，當轉子旋轉一周時，導體感應電動勢變化 p 個周個周波。設轉子每分鐘旋轉波。設轉子每分鐘旋轉 n 轉，則對轉，則對 p對對極電機，導體感應電動極電機，導體感應電動勢每分鐘變化勢每分鐘變化 pn 個周波，每秒鐘變化個周波，每秒鐘變化 pn/60 個周波，這就是電個周波，這就是電動勢的頻率。動勢的頻率。 )(60Hzpnf 注：我國電力系統(tǒng)，規(guī)定交流電的頻率為注：我國電力系統(tǒng)，規(guī)定交流電的頻率為50Hz，因此極對數(shù)和，因此極對數(shù)和轉速有如下固定關系轉速有如下固定關系min)/(30005060rppn同步電

7、機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-2 同步電機的基本工作原理同步電機的基本工作原理同步電動機同步電動機如果同步電機作為電動機運行，則必須在定子三相繞組上加上三如果同步電機作為電動機運行，則必須在定子三相繞組上加上三相交流電壓，三相交流電流流過定子繞組，會在電機里產(chǎn)生旋轉相交流電壓，三相交流電流流過定子繞組，會在電機里產(chǎn)生旋轉磁場，當勵磁繞組加上直流勵磁電流時，轉子好象是一個磁鐵，磁場，當勵磁繞組加上直流勵磁電流時，轉子好象是一個磁鐵，于是旋轉磁場帶動這個磁鐵，按旋轉磁場的轉向和轉速旋轉，從于是旋轉磁場帶動這個磁鐵，按旋轉磁場的轉向和轉速旋轉，從而實現(xiàn)把電能轉換成機械能的目的。這時轉

8、子的轉速而實現(xiàn)把電能轉換成機械能的目的。這時轉子的轉速 n 為為 “同步同步”的概念的概念min)/(60rpfn 同步電機無論作為發(fā)電機還是電動機運行，當極數(shù)一定時，它同步電機無論作為發(fā)電機還是電動機運行，當極數(shù)一定時，它的轉速的轉速 n 和頻率和頻率 f 之間保持嚴格不變的關系，用電機專業(yè)術語之間保持嚴格不變的關系，用電機專業(yè)術語說，叫做說，叫做“同步同步”，所以這種電機叫同步電機，所以這種電機叫同步電機 。同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-3 同步電機的基本結構同步電機的基本結構汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機轉子轉子特點：轉速高，轉軸細長，由高機械強度和導磁性能較好的合金鋼鍛特點

9、：轉速高，轉軸細長，由高機械強度和導磁性能較好的合金鋼鍛 成，并且和轉軸作成一個整體，為隱極式轉子。成，并且和轉軸作成一個整體，為隱極式轉子。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。定子定子特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。作用：感應電勢，通過電流，實現(xiàn)機電能量轉換。作用：感應電勢，通過電流，實現(xiàn)機電能量轉換。機座機座固定定子鐵心。固定定子鐵心。水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機轉子轉子特點：轉速低，轉軸短粗，為凸極式轉子。特點：轉速低，轉軸短粗，為凸極式轉子。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。作用：固定勵磁繞組，產(chǎn)生勵磁磁場。定子定子特點：固定

10、定子繞組，由硅鋼片疊成。特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。作用：感應電勢，通過電流，實現(xiàn)機電能量轉換。作用：感應電勢，通過電流，實現(xiàn)機電能量轉換。同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式勵磁方式 同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。提供直流的電源及附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方提供直流的電源及附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。法稱為勵磁方式。 勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機的關系，可分為他勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機的

11、關系，可分為他勵式勵式(separately excited)和自勵式和自勵式(self-excited)兩類。兩類。 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式勵磁方式 同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。提供直流的電源及附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方提供直流的電源及附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。法稱為勵磁方式。 勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機的關系，可分為他勵磁系統(tǒng)的形式很多，按照勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機的關系，可分為他勵式勵式(s

12、eparately excited)和自勵式和自勵式(self-excited)兩類。兩類。 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式勵磁方式 一、他勵式勵磁系統(tǒng)一、他勵式勵磁系統(tǒng)他勵式勵磁系統(tǒng)主要有下列幾種。他勵式勵磁系統(tǒng)主要有下列幾種。1直流勵磁機勵磁系統(tǒng)直流勵磁機勵磁系統(tǒng) 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式勵磁方式 2他勵式靜止半導體勵磁系統(tǒng)他勵式靜止半導體勵磁系統(tǒng)同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式勵磁方式 3旋轉半導體勵磁系統(tǒng)旋轉半導體勵磁系統(tǒng)

13、同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)1自并勵半導體勵磁系統(tǒng)自并勵半導體勵磁系統(tǒng)同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)1自并勵半導體勵磁系統(tǒng)自并勵半導體勵磁系統(tǒng)同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)2自復勵半導體勵磁系統(tǒng)自復勵半導體勵磁系統(tǒng)同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式

14、勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)3相復勵勵磁系統(tǒng)相復勵勵磁系統(tǒng) 相復勵勵磁系統(tǒng)的全稱是相位補償復勵式勵磁系統(tǒng)，它具有自勵恒壓特性。所謂恒壓特性，就是這種勵磁系統(tǒng)能自動調節(jié)發(fā)電機的勵磁，使得在任何負載下端電壓都能穩(wěn)定在一定范圍內(nèi) 1發(fā)電機 2線性電抗器 3電流互感器 4橋式整流器 5整定電阻 6起勵裝置 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)4三次諧波勵磁系統(tǒng)三次諧波勵磁系統(tǒng)313y在電機定子上加裝一套獨立的三次諧波繞組，其線圈節(jié)距把該繞組感應產(chǎn)生的三次諧波電動勢引出，經(jīng)整流后供給電機勵磁繞

15、組，這種方式稱為三次諧波勵磁方式。 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-4 同步電機的同步電機的勵磁方式勵磁方式 二、自勵式勵磁系統(tǒng)二、自勵式勵磁系統(tǒng)4三次諧波勵磁系統(tǒng)三次諧波勵磁系統(tǒng)1發(fā)電機 2勵磁繞組 3諧波繞組 4整流器 5調節(jié)電阻 6集電環(huán)同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-5 同步電機的額定值同步電機的額定值額定容量額定容量SN或額定功率或額定功率PN同步發(fā)電機：額定容量同步發(fā)電機：額定容量SN是指出線端的額定視在功率，一般以干是指出線端的額定視在功率，一般以干伏安伏安( (kVA) )或兆伏安或兆伏安( (MVA即百萬伏安即百萬伏安) )為單位；而額

16、定功率為單位；而額定功率PN是指發(fā)電機輸出的額定有功功率，一般以千瓦是指發(fā)電機輸出的額定有功功率，一般以千瓦( (kW) )或兆瓦或兆瓦( (MW，即百萬瓦即百萬瓦) )為單位。為單位。 同步電動機：同步電動機：PN是指軸上輸出的有效機械功率，也用千瓦是指軸上輸出的有效機械功率，也用千瓦( (kW) )或兆瓦或兆瓦( (MW) )來表示。對于同步調相機，則用線端的額定無功來表示。對于同步調相機，則用線端的額定無功功率來表示其容量。以千乏功率來表示其容量。以千乏( (kVAR) )或兆乏或兆乏( (MVAR) )為單位。為單位。 同步電機的基本知識和結構同步電機的基本知識和結構7-5 同步電機的額定值同步電機的額定值額定電壓額定電壓UN 指在額定運行時電機定子三相線電壓，單位為伏指在額定運行時電機定子三相線電壓，單位為伏( (V) )或千伏或千伏( (kV) )。額