船舶電氣設備及系統(tǒng)大連海事大學同步電機ppt課件

1、船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室第第4章章 同同 步步 電電 機機 4.1 4.1 三相交流同步電機的根本構造、三相交流同步電機的根本構造、 任務原理及銘牌數(shù)據(jù)任務原理及銘牌數(shù)據(jù) 4. 2 4. 2 三相交流同步發(fā)電機運轉特三相交流同步發(fā)電機運轉特性性 4. 3 4. 3 同步電動機同步電動機 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室4.1.1 三相交流同步電機的根本構造三相交流同步電機的根本構造旋轉電樞式同步電機圖旋轉電樞式同步電機圖三相交流同步電機由定子部分和轉子部分構成

2、三相交流同步電機由定子部分和轉子部分構成 以轉子繞組方式分類，有旋轉電樞式和旋轉磁極式。以轉子繞組方式分類，有旋轉電樞式和旋轉磁極式。 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室旋轉磁極式同步電動機旋轉磁極式同步電動機 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室定子部分定子部分 定子是由定子鐵心、定子三相繞組、機座以及固定子是由定子鐵心、定子三相繞組、機座以及固定這些部分的其他構造件組成。定這些部分的其他構造件組成。 定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。 定子鐵心槽內嵌放

3、三相依次相差定子鐵心槽內嵌放三相依次相差120電角度或電角度或120/P空間機械角度的。繞組，稱為三相電樞空間機械角度的。繞組，稱為三相電樞繞組，是交流電路部分。繞組，是交流電路部分。 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室轉子部分轉子部分 轉子磁極有兩種構造方式轉子磁極有兩種構造方式 隱極式隱極式 凸極式也稱顯極式凸極式也稱顯極式 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室按同步發(fā)電機的勵磁電源的不同有兩種根本類型，按同步發(fā)電機的勵磁電源的不同有兩種根本類型，即自勵的、他勵的即自勵

4、的、他勵的 圖圖5-3 5-3 自勵同步發(fā)電機自勵同步發(fā)電機船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室 轉子 定子定子交流勵磁機交流勵磁機發(fā)電機發(fā)電機 旋轉整流器整流器 圖5-4 無刷同步發(fā)電機AVR船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室4.1.2 三相交流同步發(fā)電機的根本任務原理三相交流同步發(fā)電機的根本任務原理 當轉子由原動機以恒定轉速驅動。極性相間的勵當轉子由原動機以恒定轉速驅動。極性相間的勵磁磁場隨軸一同旋轉，并依次切割定子各相繞組磁磁場隨軸一同旋轉，并依次切割定子各相繞組相當

5、于繞組導體反向切割勵磁磁場。定子三相當于繞組導體反向切割勵磁磁場。定子三相電樞繞組就會感應出大小和方向按周期性變化相電樞繞組就會感應出大小和方向按周期性變化的交變正弦電動勢。由于三相電樞繞組在空間相的交變正弦電動勢。由于三相電樞繞組在空間相差差120120電角度，三相電動勢相位也相差電角度，三相電動勢相位也相差120120。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室其瞬時值為：其瞬時值為： )240sin()120sin(sintEetEetEemwmvmu船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及

6、自動化教研室空載電動勢的有效值為空載電動勢的有效值為 EEkfNm0024 44/.式中式中o為每極下的總磁通為每極下的總磁通. 空載電動勢的頻率空載電動勢的頻率 f 與轉子的轉速與轉子的轉速n和磁極對數(shù)和磁極對數(shù)p成正比成正比, 即即fpn60由以上兩式可得由以上兩式可得EKne00Ke為電勢常數(shù)為電勢常數(shù)船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室 額定容量額定容量 ，銜接方式，銜接方式, , 線電壓線電壓 , , 額額定頻率，磁極對數(shù)定頻率，磁極對數(shù), , 額定轉速額定轉速, , 采用絕緣采用絕緣等級等級, , 冷卻方式冷卻方式, ,

7、設計規(guī)范環(huán)境溫度等。設計規(guī)范環(huán)境溫度等。4.1.3 銘牌數(shù)據(jù)銘牌數(shù)據(jù) 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室三一樣步發(fā)電機額定值三一樣步發(fā)電機額定值 同步發(fā)電機的主要額定值有：同步發(fā)電機的主要額定值有： 額定容量額定容量 SN 或額定功率或額定功率PN 額定電壓額定電壓 UN額定電流額定電流 IN額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) cosN額定頻率額定頻率 fN額定轉速額定轉速 nN額定勵磁電壓額定勵磁電流額定勵磁電壓額定勵磁電流船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室通常把同步發(fā)電機轉子轉

8、速為同步額定轉通常把同步發(fā)電機轉子轉速為同步額定轉速條件下，空載電動勢速條件下，空載電動勢E0E0與勵磁電流的關與勵磁電流的關系曲線稱為同步發(fā)電機空載特性曲線系曲線稱為同步發(fā)電機空載特性曲線E0=fE0=fIfIf或稱開路特性曲線。或稱開路特性曲線。 ErEr：剩磁電壓在額定轉速下使：剩磁電壓在額定轉速下使If=0If=0時所時所測得的電樞開路電壓。測得的電樞開路電壓。4. 2 三相交流同步發(fā)電機運轉特性三相交流同步發(fā)電機運轉特性船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室

9、輪機學院電氣及自動化教研室當同步發(fā)電機接通負載時當同步發(fā)電機接通負載時, 三相電樞繞組的三相電三相電樞繞組的三相電流將產生旋轉磁場流將產生旋轉磁場a, 這種旋轉磁場稱為電樞反這種旋轉磁場稱為電樞反響磁場。電樞磁場對磁極主磁場的影響稱為電樞響磁場。電樞磁場對磁極主磁場的影響稱為電樞反響。反響。4.2.2 同步發(fā)電機對稱負載運轉同步發(fā)電機對稱負載運轉 同步發(fā)電機定、轉子之間的氣隙同時出現(xiàn)兩個旋同步發(fā)電機定、轉子之間的氣隙同時出現(xiàn)兩個旋轉磁場。轉磁場。 電樞反響效應與負載性質有關。電樞反響效應與負載性質有關。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教

10、研室a) a) 定子繞組電動勢、電流和磁動勢的空間矢量圖定子繞組電動勢、電流和磁動勢的空間矢量圖相相軸軸線線AfFA0BXZYBCNSsnsnaF1 1電樞電流與空載電勢同相位時電樞電流與空載電勢同相位時( (即即=0)=0)的電樞反響的電樞反響交軸電樞反響交軸電樞反響直軸直軸(Direct Axis )：與主磁場同軸。：與主磁場同軸。交軸交軸(Quadrature Axis )：與主磁場相交的軸。：與主磁場相交的軸。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室b) b) 時間矢量圖時間矢量圖時時間間參參考考軸軸CE0 A0 C0 BE0 A

11、E0 B I1 00B0 AICI 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室c) c) 時時- -空一致矢量圖空一致矢量圖軸軸dfF)(aqnFF )(00 B I0 E1 直軸直軸(Direct Axis )：與主磁場同軸。：與主磁場同軸。交軸交軸(Quadrature Axis )：與主磁場相交的軸。：與主磁場相交的軸。直軸直軸D軸軸交軸交軸Q軸軸船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室d)d)氣隙合成磁場與主磁場的相對位置氣隙合成磁場與主磁場的相對位置aFeTAXZYBCNS0

12、BBsn船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室2 電樞電流落后于空載電動勢電樞電流落后于空載電動勢90時的電樞反響時的電樞反響snaFAXZBCNSfFY 直軸去磁電樞反響 ：電樞磁場a與磁極磁場o在同一軸線上, 但方向相反, 起去磁效應使合成磁場o。)(00 B)(aaBCiAiBi)(uito船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室時時- -空一致矢量圖空一致矢量圖軸軸dfF)(adaFF)(00 B I0 E1 直軸直軸D軸軸交軸交軸Q軸軸)(aaB船舶電氣設備及系統(tǒng) 202

13、2-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室 直軸增磁電樞反響：電樞磁場a與磁極磁場o在同一軸線上,且方向一樣,起增磁效應使合成磁場大于主磁場o。3 電樞電流超前于空載電動勢電樞電流超前于空載電動勢90的電樞反響的電樞反響CiAiBi)(uitosnaFAXZCNSfFY)(00 B)(aaB船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室軸軸dfF)(adaFF)(00 B I0 E1 直軸直軸D軸軸交軸交軸Q軸軸)(aaB時時- -空一致矢量圖空一致矢量圖船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動

14、化教研室輪機學院電氣及自動化教研室4 通常情況下通常情況下, 發(fā)電機的負載多為普通電感性負發(fā)電機的負載多為普通電感性負載載, 即電樞電流落后于空載電動勢的角度即電樞電流落后于空載電動勢的角度小于小于90。普通電感性負載的電樞反響既有去磁效應又有普通電感性負載的電樞反響既有去磁效應又有交磁效應。交磁效應。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室 a) a) 滯后于滯后于 時的空間矢量圖時的空間矢量圖0 E IsnadF相軸線相軸線AAXZBCsnaFaqFNSfF4 通常情況下通常情況下, 與與 不同相不同相0EI普通電感性負載普通電感性負

15、載的電樞反響既有的電樞反響既有去磁效應又有交去磁效應又有交磁效應。磁效應。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室 b) b) 滯后滯后 時的時時的時- -空一致矢量圖空一致矢量圖0 E IfFadFaFaqF I0 0 1 0 E普通電感性負載普通電感性負載的電樞反響既有的電樞反響既有去磁效應又有交去磁效應又有交磁效應。磁效應。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室 c) c) 超前超前 時得時時得時- -空一致矢量圖空一致矢量圖0 E I1 0 IfFadFaF0 0 EaqF

16、普通電容性負載普通電容性負載的電樞反響既有的電樞反響既有增磁磁效應又有增磁磁效應又有交磁效應。交磁效應。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室同步發(fā)電機負載運轉時物理量的關系：同步發(fā)電機負載運轉時物理量的關系：一、隱極同步發(fā)電機一、隱極同步發(fā)電機fI主主極極NoImagefF 0 0E E aE aaF I電樞電樞 E)( XIjE4.2.3 三相交流同步發(fā)電機電壓平衡方程和相量圖 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室正弦電動勢正弦電動勢e0、ea和和e是分別是分別由轉子旋轉磁

17、通由轉子旋轉磁通0、電樞旋轉、電樞旋轉磁通磁通a和電樞繞組漏磁通和電樞繞組漏磁通產生的產生的. Ra是電樞繞組的電阻是電樞繞組的電阻.其其電壓平衡方程式為電壓平衡方程式為電壓平衡方程電壓平衡方程iRueeea0船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室相量分別表示為相量分別表示為 EEEUI Ra.0X=E / I 稱為電樞漏電抗稱為電樞漏電抗; Xa=Ea / I 稱為電樞反響電抗。稱為電樞反響電抗。EjX Iaa. 相量分別表示為相量分別表示為 EjXI. 和和船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學

18、院電氣及自動化教研室電樞電路的相量電壓方程可寫為電樞電路的相量電壓方程可寫為.0.)(IjXRUIjXIjXRIUEsaaa通常通常Ra Rd Rq Rd ，所以，所以XadXaqXadXaq，因此在凸極，因此在凸極同步電機中，同步電機中，XdXqXdXq。 對于隱極電機，由于氣隙是均勻的，故對于隱極電機，由于氣隙是均勻的，故XdXqXs XdXqXs daRNX21qqRNX21船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室凸極同步電機電樞反磁通及所經磁路及磁導凸極同步電機電樞反磁通及所經磁路及磁導adF)(adadR)(R)(aqaqRad

19、F)(R直軸電樞磁導直軸電樞磁導交軸電樞磁導交軸電樞磁導船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室4.2.4同步發(fā)電機的運轉特性同步發(fā)電機的運轉特性 表征同步發(fā)電機的運轉特性有以下五種表征同步發(fā)電機的運轉特性有以下五種 ：同步發(fā)電機的空載特性同步發(fā)電機的空載特性 同步發(fā)電機的短路特性同步發(fā)電機的短路特性 同步發(fā)電機的外特性同步發(fā)電機的外特性 同步發(fā)電機的調整特性同步發(fā)電機的調整特性 同步發(fā)電機的功角特性同步發(fā)電機的功角特性 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室空載特性可以用空載實驗

20、測出。實驗時，電樞空載特性可以用空載實驗測出。實驗時，電樞開路開路 ( (空載空載) )，用原動機把被試同步電機拖動，用原動機把被試同步電機拖動到同步轉速，改動勵磁電流到同步轉速，改動勵磁電流IfIf，并記取相應的，并記取相應的電樞端電壓電樞端電壓U0 (U0 (空載時即等于空載時即等于E0E0，直到，直到U01.25UNU01.25UN左右，可得空載特性曲線左右，可得空載特性曲線1 1同步發(fā)電機的空載特性同步發(fā)電機的空載特性)(0fIfU船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室同步電機的空載特性同步電機的空載特性NU00, EFIf,0

21、fIo空載特性空載特性 NU氣隙線氣隙線船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室2 2同步發(fā)電機的短路特性同步發(fā)電機的短路特性 短路特性可由三相穩(wěn)態(tài)短路實驗測得，實驗線短路特性可由三相穩(wěn)態(tài)短路實驗測得，實驗線路如下圖。將被試同步電機的電樞端點三相短路，路如下圖。將被試同步電機的電樞端點三相短路，用原動機拖動被試電機到同步轉速，調理勵磁電用原動機拖動被試電機到同步轉速，調理勵磁電流流IfIf使電樞電流使電樞電流I I從零起不斷添加到從零起不斷添加到1.2IN1.2IN左右，左右，便可得到短路特性曲線，如下圖。便可得到短路特性曲線，如下圖。)

22、(fkIfI 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室短路實驗接線圖短路實驗接線圖A 勵磁電樞AAA船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室短路特性短路特性INIOfkIfI短路特性船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室同步發(fā)電機的外特性是同步發(fā)電機的外特性是指在轉速額定值指在轉速額定值nN下運下運轉，勵磁電流轉，勵磁電流If不變，負不變，負載功率因數(shù)一定時，發(fā)載功率因數(shù)一定時，發(fā)電機端電壓和負載電流電機端電壓和負載電流的關系

23、，即的關系，即Uf(Ia) 3) 同步發(fā)電機的外特性同步發(fā)電機的外特性 U=f(I)船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室IUNIONUcos=0.8滯后滯后cos=1cos=0.8超前超前外特性外特性船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室電壓變化率電壓變化率UUUUnn% 0100%同步發(fā)電機在同步發(fā)電機在cos=0.8 (滯后滯后)的負載時的負載時, 其電壓變化率約為其電壓變化率約為2040, 普通不超越普通不超越50。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣

24、及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室不同負載相量圖不同負載相量圖 根據(jù)電壓方程做相量圖根據(jù)電壓方程做相量圖a. 電感性負載的簡化相量圖電感性負載的簡化相量圖相量相量E0和和U之間的相位差角之間的相位差角稱為功率角稱為功率角船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室c.電容性負載的簡化電容性負載的簡化相量圖相量圖 b.電阻性負載的簡化電阻性負載的簡化相量圖相量圖船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室 同步發(fā)電機在額定轉速和一定的負載功率因數(shù)下, 為堅持端電壓根本不變, 勵磁電流If

25、隨負載電流I而變化的關系If =f(I)稱為調理特性。 4) 同步發(fā)電機調理特性同步發(fā)電機調理特性 If =f(I)船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室IUcos=0.8滯后滯后cos=1cos=0.8超前超前ONU調理特性調理特性船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室5 5三相交流同步發(fā)電機的功角特性三相交流同步發(fā)電機的功角特性 1) 1) 功率特性功率特性 同步發(fā)電機由原動機拖動，輸入給發(fā)電機的功同步發(fā)電機由原動機拖動，輸入給發(fā)電機的功率為率為P1P1，而經過電磁感應作用，

26、轉換為定子上，而經過電磁感應作用，轉換為定子上的電磁功率的電磁功率PePe。)(1sFemepppPPPmPm為機械損耗；為機械損耗；pFepFe為定子鐵損耗；為定子鐵損耗；pSpS為附加損耗。為附加損耗。 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室輸入輸入功率功率P1機械損機械損耗耗p附加損附加損耗耗pS鐵損鐵損pFe電磁功電磁功率率Pe定子銅損定子銅損pcu輸出功輸出功率率P2ecueSFeePPPPPPPPPPP2011)(船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室aaecueRI

27、PPPP223PCUPCU定子繞組的銅損耗，定子繞組的銅損耗，P2P2發(fā)電機輸出功率發(fā)電機輸出功率定子電樞繞組定子電樞繞組RaRa很小，假設不計很小，假設不計RaRa影響影響 MPP 2船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室凸極式同步發(fā)電機簡化相量圖凸極式同步發(fā)電機簡化相量圖凸極式同步發(fā)電凸極式同步發(fā)電機在磁路未飽和機在磁路未飽和且不計電樞繞組且不計電樞繞組電阻電阻RaRa時的相量時的相量圖圖 內功率內功率因數(shù)角因數(shù)角功率角功率角船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室UIcosP

28、Pe32)(3)(32sinsincoscosUIUIcosPPeUsinXIqqUcosEXI0ddsinIIdcosIIq船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室2002)11(32133333)(3eedqddqdqePPsinXXUsinXUEsinXUcosEUcosXUsinUsinUIcosUIsinsincoscosUIPdeXsinUEP03根本電磁功率根本電磁功率 2)11(3212sinXXqUPde附加電磁功率附加電磁功率 sinIIdcosIIqUsinXIqqUcosEXI0dd船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6

29、-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室Pe18000900PemaxeeePPPdeXsinUEP03根本電磁功率根本電磁功率 2)11(3212sinXXUPdqe附加電磁功率附加電磁功率 ePeP船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室由于隱極式同步發(fā)電機氣隙均勻，即由于隱極式同步發(fā)電機氣隙均勻，即Xd=Xq=XSXd=Xq=XS，故有，故有PePe0 0，那么，隱極式同步發(fā)電機的電磁功率，那么，隱極式同步發(fā)電機的電磁功率PePe為：為：seXUEPsin300900PePemax1800船舶電氣設備及系統(tǒng)

30、2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室6)6)、一樣步發(fā)電機單機運轉時的特點、一樣步發(fā)電機單機運轉時的特點發(fā)電機輸出的有功和無功功率完全決議于負載。首發(fā)電機輸出的有功和無功功率完全決議于負載。首先是負載先發(fā)生變化，然后引起發(fā)電機的有功功先是負載先發(fā)生變化，然后引起發(fā)電機的有功功率和無功功率的變化。率和無功功率的變化。用電負載不變，人為的改動原動機的輸入加大或用電負載不變，人為的改動原動機的輸入加大或關小油門，將使轉速和頻率發(fā)生相應的變化；關小油門，將使轉速和頻率發(fā)生相應的變化；而人為的改動發(fā)電機的勵磁電流，將使發(fā)電機的而人為的改動發(fā)電機的勵磁電流，將使發(fā)電

31、機的輸出電壓發(fā)生相應的變化。輸出電壓發(fā)生相應的變化。有功負載的變化可以引起發(fā)電機的頻率的變化，變有功負載的變化可以引起發(fā)電機的頻率的變化，變化的程度與原動機調速器的特性有關；無功負載化的程度與原動機調速器的特性有關；無功負載的變化可以引起發(fā)電機的輸出電壓的變化，變化的變化可以引起發(fā)電機的輸出電壓的變化，變化的程度與發(fā)電機外特性或自動調壓系統(tǒng)的特性有的程度與發(fā)電機外特性或自動調壓系統(tǒng)的特性有關。關。 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室當發(fā)電機投入電網(wǎng)后當發(fā)電機投入電網(wǎng)后, 經經過改動發(fā)電機的輸入機過改動發(fā)電機的輸入機械功率械功率,來改

32、動發(fā)電機輸來改動發(fā)電機輸出的有功功率。出的有功功率。 假設經假設經過調理發(fā)電機已輸出有過調理發(fā)電機已輸出有功功率為功功率為: 7) 有功功率的調理有功功率的調理PUI 3cos船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室假設忽略電樞電阻，發(fā)電機的電磁功率假設忽略電樞電阻，發(fā)電機的電磁功率Pe=P 。PPUEXes 30sin當勵磁電流堅持不變時，上式中除功率角當勵磁電流堅持不變時，上式中除功率角外均為外均為不變的常數(shù)。在有功功率的調理中功率角不變的常數(shù)。在有功功率的調理中功率角起著自起著自動平衡的調理作用。動平衡的調理作用。船舶電氣設備及系統(tǒng)

33、 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室電磁轉矩與電磁功率成正比電磁轉矩與電磁功率成正比, 即即 發(fā)電機的有功功率隨功率發(fā)電機的有功功率隨功率角的變化關系角的變化關系P=f(), 稱為稱為功角特性。功角特性。TUEXs 30sin矩角特性矩角特性T=f()曲線與功角特性曲線類似。曲線與功角特性曲線類似。并聯(lián)運轉同步發(fā)電機應設逆功維護。并聯(lián)運轉同步發(fā)電機應設逆功維護。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室 8) 無功功率的調理調理勵磁電流可改動并聯(lián)發(fā)電機輸出的無功功率調理勵磁電流可改動并聯(lián)發(fā)電機輸出的

34、無功功率Q。U0EISXU0E0U船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室當添加勵磁電流當添加勵磁電流(過勵磁過勵磁)使使E0U, 發(fā)電機與電網(wǎng)之間發(fā)電機與電網(wǎng)之間出現(xiàn)了電壓差和引起了電樞電流。根據(jù)電壓方程出現(xiàn)了電壓差和引起了電樞電流。根據(jù)電壓方程IEUjXUjXss.0在相位上電流在相位上電流I總是落后于同步感抗壓降總是落后于同步感抗壓降 U 900。發(fā)。發(fā)電機輸出落后無功功率。電機輸出落后無功功率。U0EISXU船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室減少勵磁電流減少勵磁電流(欠

35、勵磁欠勵磁)使使E0U ，電流，電流I落后于落后于 U 900而超前于電壓而超前于電壓U 900。發(fā)電機輸出超前的無功功。發(fā)電機輸出超前的無功功率。率。U0EISXUIEUjXUjXss.0UUItxI j0E01E1I1txjI102E2ItxjI2203E3ItxI j33同步發(fā)電機不同運轉方式時的相量圖同步發(fā)電機不同運轉方式時的相量圖船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室4. 3 同步電動機同步電動機同步電動機定、轉子構造和同步發(fā)電機一樣，轉子也有隱同步電動機定、轉子構造和同步發(fā)電機一樣，轉子也有隱極式和凸極式兩種，轉子上除了嵌放

36、勵磁繞組外，還安裝極式和凸極式兩種，轉子上除了嵌放勵磁繞組外，還安裝有協(xié)助起動用的籠型繞組阻尼繞組，普通中小同步電有協(xié)助起動用的籠型繞組阻尼繞組，普通中小同步電動機多采用凸極構造。動機多采用凸極構造。 4.3.1 4.3.1 同步電動機的根本原理同步電動機的根本原理 同步電動機是由三相電樞繞組經過三相對稱電流而產生的同步電動機是由三相電樞繞組經過三相對稱電流而產生的旋轉磁場拉著轉子磁極以同步轉速旋轉，定子吸收電網(wǎng)有旋轉磁場拉著轉子磁極以同步轉速旋轉，定子吸收電網(wǎng)有功功率，經過定、轉子電磁關系轉換為機械轉矩。功功率，經過定、轉子電磁關系轉換為機械轉矩。 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課

37、件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室n1S2N2S1N1n1S1N1n1n1S2N2S2N2S1N1n1n1同步電機由發(fā)電形狀到電動形狀過程表示圖同步電機由發(fā)電形狀到電動形狀過程表示圖發(fā)電機發(fā)電機補償機補償機電動機電動機 NNoNoNoNNSoSoSSSSoeT0 eTsnsnsneT主極主極主極主極發(fā)電機發(fā)電機補償機補償機電動機電動機同同步步電電機機的的三三種種運運轉轉形形狀狀船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室4.3.2 4.3.2 同步電動機的相量同步電動機的相量 U0EISXUsaXIjUE.0.同步發(fā)動機電

38、壓方程同步發(fā)動機電壓方程 把同步電動機看成一輸出負功率的的發(fā)動機。習把同步電動機看成一輸出負功率的的發(fā)動機。習慣上，總是將電動機看成是電網(wǎng)的負載。慣上，總是將電動機看成是電網(wǎng)的負載。0.E.U.aIsaXIj.0船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室U0EDISXsaXIjEU.0.同步電動機電壓方程同步電動機電壓方程.DI0.E.UsaXIj.DD船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室DdqDdmsinXXUsinXUEP2)11(321320同步電動機的電磁功率與發(fā)電機一樣，

39、可從相量圖中同步電動機的電磁功率與發(fā)電機一樣，可從相量圖中推導出，不同的是，在電動機中功角為負值，在計算推導出，不同的是，在電動機中功角為負值，在計算電動機功率時，功角用負值帶入發(fā)電機功率公式。電動機功率時，功角用負值帶入發(fā)電機功率公式。普通普通 ，隱極式同步電機不存在附加，隱極式同步電機不存在附加電磁功率。電磁功率。3020D船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室IdIqIUddxI jqqxI j0E02002)11(32133333)(3eeDdqDdDdDDqDdqDDePPsinXXUsinXUEsinXUcosEUcosXU

40、sinUsinUIcosUIsinsincoscosUIP)(3)(32DDeUIcosUIcosPPDD船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室4.3.3 4.3.3 同步電動機的特點同步電動機的特點 轉速不隨負載的變化而改動；與同步轉速一樣。轉速不隨負載的變化而改動；與同步轉速一樣。同步電動機的主要特點是：同步電動機的主要特點是：pfnn1060旋轉磁場拉著轉子磁極以同步轉速旋轉。旋轉磁場拉著轉子磁極以同步轉速旋轉。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室功率因數(shù)可以調理以隱極電

41、機為例功率因數(shù)可以調理以隱極電機為例在電壓一定，同步電動機有功功率不變的時：在電壓一定，同步電動機有功功率不變的時：常數(shù)UPIDcoscosUIP DdmsinXUEP03常數(shù)UPXsinEmdD30船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室.DI0.E.UsaXIj.DABCD同步電動機處于過激形狀，電流超前于電壓，相當同步電動機處于過激形狀，電流超前于電壓，相當于電容性負載。于電容性負載。 常數(shù)UPIDcos常數(shù)UPXsinEmdD30船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室同步電

42、動機處于正常勵磁形狀，電流與電壓同相，同步電動機處于正常勵磁形狀，電流與電壓同相，相當于純電阻性負載。相當于純電阻性負載。 .DI0.E.UsaXIj.ABCD常數(shù)UPIDcos常數(shù)UPXsinEmdD30船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室.DI0.E.UsaXIj.DABCD同步電動機處于欠激形狀，電流滯后于電壓，相當同步電動機處于欠激形狀，電流滯后于電壓，相當于電感性負載。于電感性負載。 常數(shù)UPIDcos常數(shù)UPXsinEmdD30船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室

43、 調理同步電動機勵磁從欠激到過激，電流相量調理同步電動機勵磁從欠激到過激，電流相量的端點一直沿著的端點一直沿著AB線，電動勢相量的端點一直沿著線，電動勢相量的端點一直沿著CD線變化。線變化。 同步電動機欠激時從電網(wǎng)吸收有功功率同時吸同步電動機欠激時從電網(wǎng)吸收有功功率同時吸收滯后的無功電流。收滯后的無功電流。 同步電動機過激時從電網(wǎng)吸收有功功率同時吸同步電動機過激時從電網(wǎng)吸收有功功率同時吸收超前的無功電流。收超前的無功電流。 經過調理同步電動機勵磁電流，可調理無功電經過調理同步電動機勵磁電流，可調理無功電流和功率因數(shù)。流和功率因數(shù)。 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動

44、化教研室輪機學院電氣及自動化教研室三一樣步電動機的三一樣步電動機的V形曲線形曲線 在堅持電壓在堅持電壓U和負載和負載TL不變的條件下不變的條件下,電樞電樞電流電流ID與勵磁電流與勵磁電流If之之間的關系曲線間的關系曲線,即即ID= (If)；不同的負載對應相應的不同的負載對應相應的曲線。曲線。V形曲線可經過形曲線可經過實驗測得。實驗測得。不穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定區(qū)PM=0.5PNPM=PN(容性容性)(感性感性)船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室4.3.4 4.3.4 同步補嘗機同步補嘗機 由于電網(wǎng)上變壓器、異步電動機都是感性負載，由于電網(wǎng)上

45、變壓器、異步電動機都是感性負載，且功率因數(shù)且功率因數(shù)cos比較低，為了減小線電流，降低線比較低，為了減小線電流，降低線損功率，除了運用電容器進展無功功率補償外，有損功率，除了運用電容器進展無功功率補償外，有條件盡量運用同步電動機，使其處于過激形狀，進條件盡量運用同步電動機，使其處于過激形狀，進展無功補償，使線路的功率因數(shù)展無功補償，使線路的功率因數(shù)cos1。 軸上不帶任何負載公用于改善功率因數(shù)的同步軸上不帶任何負載公用于改善功率因數(shù)的同步電機稱為同步補償機。電機稱為同步補償機。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室4.3.5 4.3.5

46、 同步電動機起動同步電動機起動 同步電動機不能產生起動轉矩，必需經過同步電動機不能產生起動轉矩，必需經過其他輔助方法，使其拉入同步進展起動，這是其他輔助方法，使其拉入同步進展起動，這是由于轉子有轉動慣量，合閘瞬間，轉子磁極極由于轉子有轉動慣量，合閘瞬間，轉子磁極極性無法緊跟定子旋轉磁場的極性轉動起來性無法緊跟定子旋轉磁場的極性轉動起來 同步電動機起動方法有拉入同步、異步起同步電動機起動方法有拉入同步、異步起動方法和變頻起動方法動方法和變頻起動方法 船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室NSNSTn1(a)逆時針NSSNTn1(b)順時針

47、合閘瞬間，轉子合閘瞬間，轉子( (曾經曾經加勵磁加勵磁) )處于處于(a)(a)所示所示的位置，此時，電磁的位置，此時，電磁轉矩轉矩T T傾向于使轉子逆傾向于使轉子逆時鐘轉動；在另一個時鐘轉動；在另一個瞬間瞬間(b(b所示所示) )，定子，定子磁場已轉過磁場已轉過180180度，度，而轉子由于機械慣性而轉子由于機械慣性尚未啟動，電磁轉矩尚未啟動，電磁轉矩T T傾向于使轉子順時鐘傾向于使轉子順時鐘轉動。轉動。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室NSNSTn1(a)逆時針NSSNTn1(b)順時針由于定子磁場以同步由于定子磁場以同步速旋轉

48、，作用于轉子速旋轉，作用于轉子上的力矩隨時間變化上的力矩隨時間變化(f=50Hz)(f=50Hz)，那么轉子，那么轉子上遭到的平均轉矩為上遭到的平均轉矩為0 0。因此同步電動機是不因此同步電動機是不能自行起動的。能自行起動的。概括一下同步電動機沒有啟動轉矩的緣由是：概括一下同步電動機沒有啟動轉矩的緣由是：1 1定、轉子磁場之間相對運動速度很快；定、轉子磁場之間相對運動速度很快；2 2轉子本身轉動慣量的存在。轉子本身轉動慣量的存在。船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室同步電動機的缺陷是沒同步電動機的缺陷是沒有自起動才干。同步電有自起動才

49、干。同步電動機必需靠外力或輔助動機必需靠外力或輔助設備起動。目前仍被廣設備起動。目前仍被廣泛采用的起動方法是異泛采用的起動方法是異步起動法。而變頻起動步起動法。而變頻起動方法，是對于有調速要方法，是對于有調速要求的同步電動機拖動系求的同步電動機拖動系統(tǒng)運用。統(tǒng)運用。起動起動正常運轉正常運轉船舶電氣設備及系統(tǒng) 2022-6-30課 件輪機學院電氣及自動化教研室輪機學院電氣及自動化教研室4.3.6 4.3.6 其他類型同步電動機其他類型同步電動機 永磁同步電動機永磁同步電動機 永磁同步電動機采用永磁體作轉子磁極，由于永磁同步電動機采用永磁體作轉子磁極，由于它沒有電刷安裝、滑環(huán)，成為無刷同步電動機。它沒有電刷安裝、滑環(huán)，成為無刷同步