《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)-課件》12電機(jī)拖動(dòng)第十二章(同步電動(dòng)機(jī))

1、第 十 二 章同 步 電 動(dòng) 機(jī)第 十 二 章同 步 電 動(dòng) 機(jī)同 步 電 動(dòng) 機(jī)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理同步調(diào)相機(jī)同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)的特性同步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩關(guān)系同步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系同 步 電 動(dòng) 機(jī)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理同步調(diào) 同 步 電 動(dòng) 機(jī)掌握同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。掌握同步電動(dòng)機(jī)的分析方法及分析結(jié)果。掌握功角的概念及意義，矩角特性及其應(yīng)用。熟練掌握同步電動(dòng)機(jī)的U型曲線及其意義。掌握工作特性中的cos =f（P2）曲線形狀及其意義。了解同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法；一般掌握同步調(diào)相機(jī) 。本章要求： 同 步 電 動(dòng) 機(jī)掌握同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和第一節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的基

2、本結(jié)構(gòu)和工作原理 一、同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1. 定子：主要由鐵心和電樞繞組構(gòu)成 定子鐵心是由硅鋼片疊成，它構(gòu)成電機(jī)磁路的一部分。 電樞繞組是三相對(duì)稱(chēng)繞組，由高強(qiáng)度漆包線繞成，它構(gòu)成電機(jī)的電路。第一節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 一、同步電動(dòng)機(jī)的電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)-課件12電機(jī)拖動(dòng)第十二章(同步電動(dòng)機(jī))電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)-課件12電機(jī)拖動(dòng)第十二章(同步電動(dòng)機(jī))UVWUVWVWWUUVUUWVVW Y 接法 接法WWUVVU接線盒注意：首尾端不能接反！定 子 三 相 繞 組 接 線 方 式WUVUVWU 定 子UVVWWUVWUVWVWWUUVUUWVVW Y 轉(zhuǎn)子：由鐵心、直流勵(lì)磁繞組、滑環(huán)和電刷

3、等構(gòu)成。 按結(jié)構(gòu)型式分成凸極式轉(zhuǎn)子和隱極式轉(zhuǎn)子凸 極 式 轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)子：由鐵心、直流勵(lì)磁繞組、滑環(huán)和電刷等構(gòu)成。凸 極 式電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)-課件12電機(jī)拖動(dòng)第十二章(同步電動(dòng)機(jī))隱 極 式 轉(zhuǎn) 子隱 極 式 轉(zhuǎn) 子隱 極 式 轉(zhuǎn) 子隱 極 式 轉(zhuǎn) 子凸 極 轉(zhuǎn) 子隱 極 轉(zhuǎn) 子d軸q軸d軸q軸特點(diǎn)：氣隙不均勻特點(diǎn)：氣隙均勻轉(zhuǎn) 子 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn)凸 極 轉(zhuǎn) 子隱 極 轉(zhuǎn) 子d軸q軸d軸q軸特點(diǎn)：氣隙不均勻 定子三相對(duì)稱(chēng)繞組，加三相對(duì)稱(chēng)電壓，流入三相對(duì)稱(chēng)電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)N1、 S1 。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組，加直流電壓，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)N2、 S2 。 定子磁場(chǎng)N1、 S1 與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)N2、 S2

4、 之間產(chǎn)生磁拉力，從而產(chǎn)生電磁力矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。原理動(dòng)畫(huà)二、同步電動(dòng)機(jī)的工作原理 定子三相對(duì)稱(chēng)繞組，加三相對(duì)稱(chēng)電壓，流入三相對(duì)稱(chēng)同步電動(dòng)機(jī)的工作原理(磁力線分布)同步電動(dòng)機(jī)的工作原理(磁力線分布)三、同步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)額定容量PN是指軸上輸出的有功功率，單位為KW。 額定電壓UN 指加在定子繞組上的線電壓，單位為V。 額定電流 IN電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，流過(guò)定子繞組的線電流， 單位為A 。額定功率因數(shù)cos N, 電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行的功率因數(shù)。 額定轉(zhuǎn)速nN, 電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速單位為r/min。 額定效率 N, 電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行效率。 此外，同步電動(dòng)機(jī)銘牌上還給上額定頻率fN ；

5、額定勵(lì)磁電壓UfN；額定勵(lì)磁電流IfN 等數(shù)據(jù)。 同步機(jī)錄像三、同步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)額定容量PN是指軸上輸出的有功功率第二節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系一、隱極同步電動(dòng)機(jī)電磁分析和相量圖1、電磁分析同步電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行，定轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它們相對(duì)靜止，只在定子中感應(yīng)電勢(shì)。第二節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系一、隱極同步電動(dòng)機(jī)電磁分析和F F0Fan定子電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子IfF0E0定子F=F0 + Fa 由于定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在空間相對(duì)靜止，故E轉(zhuǎn)子IfF0E定子IaFaF磁路不飽和時(shí),可用疊加原理E= E0+EaIaEaFaaF F0Fan定子電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子IfF0E0定子F=F0 2、基本方程磁路不

6、飽和時(shí)氣隙磁場(chǎng)在定子中的感應(yīng)電勢(shì)故而漏感電勢(shì)r1定子一相繞組電阻為r1F0FFan2、基本方程磁路不飽和時(shí)氣隙磁場(chǎng)在定子中的感應(yīng)電勢(shì)故而漏感電在給定的參考方向下，定子一相繞組的電壓平衡方程式為1aa01rIEEEU+-=sr1aaaa0IxjIxjIE+-=s式中xa稱(chēng)為電樞反應(yīng)電抗，對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)磁路.x定子漏電抗，與定子漏磁通的磁路對(duì)應(yīng)。r1xa x在給定的參考方向下，定子一相繞組的電壓平衡方程式為1aa013、等效電路和相量圖定子一相等效電路為一般同步電動(dòng)機(jī)容量都較大，電阻r1很小，忽略之，得aaa0 xjIxjIE+-=sca0 xjIE+-=式中xc稱(chēng)為隱極同步電機(jī)的同步電抗。與等效電

7、路對(duì)應(yīng)的相量圖(忽略r1）為：+-jxc3、等效電路和相量圖定子一相等效電路為一般同步電動(dòng)機(jī)容量都較解：（1）oABC例、隱極同步電動(dòng)機(jī)， PN=6300KW, UN=10000V(Y), IN=417A, cosN=0.9 (超前), IfN=404A,xc=14 （E0If） 求：（1）額定效率N ；（2）額定無(wú)功功率；E0。解：（1）oABC例、隱極同步電動(dòng)機(jī)， PN=6300KW,例、隱極同步電動(dòng)機(jī)， PN=6300KW, UN=10000V(Y), IN=417A, cosN=0.9 (超前), IfN=404A,xc=14 （E0If） 求：（1）額定效率N ；（2）額定無(wú)功功率；

8、E0。解：+-jxc例、隱極同步電動(dòng)機(jī)， PN=6300KW, UN=10000三、凸極同步電動(dòng)機(jī)的方程1、雙反應(yīng)理論 隱極機(jī)，氣隙均勻，無(wú)論Fa在何處(位置由Ia確定)， a的磁阻都相等，所以電勢(shì)Ea數(shù)值確定不變。XASNFa 凸極機(jī)，氣隙不均勻，F(xiàn)a在不同位置， a的磁阻不相等，所以電勢(shì)Ea數(shù)值不容易確定。AXFa三、凸極同步電動(dòng)機(jī)的方程1、雙反應(yīng)理論 隱極機(jī)N2S2d軸q軸 當(dāng)Fa處于d軸或q軸方向時(shí)，其對(duì)應(yīng)磁路的磁阻為確定已知值（從設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)可知）；所以可將Fa向d軸或q軸方向分解，使其對(duì)應(yīng)的磁路的磁阻固定，產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電勢(shì)容易確定。N2S2d軸q軸 當(dāng)Fa處于d軸或q軸方向時(shí)N2S2

9、d軸q軸 Fa向d軸或q軸方向分解后，產(chǎn)生的電勢(shì)確定，其電磁關(guān)系為：IdFadadIqFaqaqXad：直軸電樞反應(yīng)電抗，Xaq：交軸電樞反應(yīng)電抗。xad xaq這種把電樞反應(yīng)磁勢(shì)Fa分解的方法稱(chēng)為雙反應(yīng)理論N2S2d軸q軸 Fa向d軸或q軸方向分解后2、定子一相等效電路r1+-jx3、方程xd=xad +x ，叫直軸同步電抗xq=xaq +x ，叫交軸同步電抗隱極機(jī)xd=xq =xc2、定子一相等效電路r1+-jx3、方程xd=xad +x4、相量圖qd確定d、q軸，分解Ia1）已知-E0、Ia，Ia 超前 -E04、相量圖qd確定d、q軸，分解Ia1）已知-E0、Ia，I2）已知U1、Ia

10、，Ia超前U1 ,忽略r1qd2）已知U1、Ia，Ia超前U1 ,忽略r1qd第三節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的功率方程及功角特性 一、功率、轉(zhuǎn)矩方程 1、功率方程 r1+-jxc輸入： 定子銅耗： 電磁功率： 輸出功率： 摩擦損耗附加損耗空載損耗鐵損耗第三節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的功率方程及功角特性 一、功率、轉(zhuǎn)矩方程 2 、轉(zhuǎn)矩方程電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械TemnTL =T2 +T0Tem=TL =T2 +T0其中T0 =Tmec +Ts+TFe摩擦損耗轉(zhuǎn)矩附加損耗轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩鐵損耗轉(zhuǎn)矩2 、轉(zhuǎn)矩方程電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械TemnTL =T2 +T0Te二 、電磁功率及電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式忽略銅、鐵耗，按凸極機(jī)討論。功率

11、因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角功角二 、電磁功率及電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式忽略銅、鐵耗，按凸極機(jī)討論?；痉至扛郊臃至炕痉至扛郊臃至炕痉至哭D(zhuǎn)矩磁力線要走磁阻最小的路徑基本分量轉(zhuǎn)矩磁力線要走磁阻最小的路徑隱極機(jī)xd=xq =xc可見(jiàn)電磁功率是的函數(shù)。隱極機(jī)xd=xq =xc可見(jiàn)電磁功率是的函數(shù)。三、功角特性和轉(zhuǎn)矩特性在U、E0不變時(shí)，Pem、 Tem與成正弦關(guān)系BATLTm180900Pem(Tem)隱極機(jī)180900Pem(Tem)凸極機(jī)三、功角特性和轉(zhuǎn)矩特性在U、E0不變時(shí)，Pem、 Tem與 功角既是-E0與U1之間的夾角，又是合成氣隙磁勢(shì)F與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)F0之間的夾角。 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極被定子氣隙磁場(chǎng)牽著以n1

12、旋轉(zhuǎn)。 在090內(nèi)， 越大電磁力矩越大。0a氣隙磁場(chǎng)SNn1N2S2 功角既是-E0與U1之間的夾角，又是合成SS2N2Nn1 當(dāng)氣隙磁場(chǎng)落后轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)(0)時(shí)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)牽著定子氣隙磁場(chǎng)n1旋轉(zhuǎn)。 但定子不動(dòng)，所以轉(zhuǎn)子會(huì)受到制動(dòng)電磁力矩作用，轉(zhuǎn)子必須有外力作用才能正常運(yùn)行，此時(shí)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。 判斷同步電機(jī)狀態(tài)：順轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)落后角為電動(dòng)狀態(tài)；轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)超前角為發(fā)電狀態(tài)。SS2N2Nn1 當(dāng)氣隙磁場(chǎng)落后轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)0a電磁轉(zhuǎn)矩是合成氣隙磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相互作用產(chǎn)生。利用正弦定理有：電磁轉(zhuǎn)矩是定子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相互作用產(chǎn)生。S Nn1NaSaN2S20a電磁轉(zhuǎn)矩是合成氣隙磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)相互作用四

13、、同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性及過(guò)載能力BATLTmax180900Pem(Tem) 同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性運(yùn)行必須滿足：Tem=TL 。 交點(diǎn)AB都滿足：Tem=TL 。但只有A點(diǎn)為穩(wěn)定工作點(diǎn)。A點(diǎn)：擾動(dòng)使nTemTLn失步n1S S2N2N四、同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性及過(guò)載能力BATLTmax180900 隱極同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)為： 090 。當(dāng)=90時(shí)，Tem最大。過(guò)載能力：NBATLNTmax180900Pem(Tem)額定運(yùn)行時(shí)功角 隱極同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)為： 0If1時(shí)，過(guò)勵(lì)狀態(tài)此時(shí)電機(jī)呈純阻性，叫正常勵(lì)磁狀態(tài)。會(huì)增加，其端點(diǎn)沿平行1的直線上移。）當(dāng)減少I(mǎi)f正常勵(lì)磁時(shí),為容性；If正常勵(lì)磁時(shí),

14、為容性；If C2 C10欠勵(lì)過(guò)勵(lì)I(lǐng)aIfP2=C1P2=C2P2=C3正常勵(lì)磁jxc 結(jié)論：調(diào)節(jié)If ，可以改變電機(jī)功率因數(shù)；正常三、cos=f(P2)曲線 保持同步電動(dòng)機(jī)的U1、f、 If不變，調(diào)節(jié)輸出功率P2 ，電機(jī)功率因數(shù)的改變.1）設(shè)P2 =0.5 PN, cos=12）增加P2 0.5 PN ， 增加，但E0幅值不變。3）減小P2 0.5 PN,減小jxc三、cos=f(P2)曲線 保持同步電動(dòng)機(jī)的 當(dāng)保持同步電動(dòng)機(jī)的U1、f、 If不變，輸出功率P2 增加時(shí)，其感性增強(qiáng)；輸出功率減小時(shí)，其容性增強(qiáng)。P2*cos00.510.80.2容性感性jxc 當(dāng)保持同步電動(dòng)機(jī)的U1、f、 I

15、f不變，輸出第五節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)n=0,由于轉(zhuǎn)子的慣性，其速度不能突變，而氣隙磁場(chǎng)速度n1很快。所以轉(zhuǎn)子所受的Tem方向來(lái)回變化，轉(zhuǎn)子無(wú)法直接起動(dòng)。第五節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)-課件12電機(jī)拖動(dòng)第十二章(同步電動(dòng)機(jī))一、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法1、輔助起動(dòng)法：用同極數(shù)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)其起動(dòng)。2、變頻起動(dòng)法：將電源頻率從0fN隨n逐漸升高。3、異步起動(dòng)法：利用阻尼繞組作起動(dòng)繞組，實(shí)現(xiàn)異步 起動(dòng)，最后被牽入同步。一、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法1、輔助起動(dòng)法：用同極數(shù)異步電動(dòng)機(jī)拖二、異步起動(dòng)過(guò)程RqUf電網(wǎng)鼠籠導(dǎo)條異步起動(dòng)時(shí)，將轉(zhuǎn)子中串入大電阻，再合上定子電源，電

16、機(jī)借助鼠籠導(dǎo)條，形成異步機(jī)起動(dòng)；最后當(dāng)n接近n1時(shí)，將轉(zhuǎn)子接入直流電源，電機(jī)會(huì)自動(dòng)被牽入同步。 異步起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組不能開(kāi)路；不能短路。二、異步起動(dòng)過(guò)程RqUf電網(wǎng)鼠籠導(dǎo)條異步起動(dòng)時(shí)，將轉(zhuǎn)子中串入第六節(jié) 同 步 調(diào) 相 機(jī)可用同步調(diào)相機(jī)來(lái)改善局部電網(wǎng)功率因數(shù)。一、同步調(diào)相機(jī)工作原理ILI UIC調(diào)相電機(jī)異步電機(jī)第六節(jié) 同 步 調(diào) 相 機(jī)可用同步調(diào)相機(jī)來(lái)改善局部電網(wǎng)功率同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)是空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)(功角=0)。一般工作于過(guò)勵(lì)狀態(tài)。同步調(diào)相機(jī)可以改善局部電網(wǎng)功率因數(shù)。同步調(diào)相機(jī)可以穩(wěn)定局部電網(wǎng)電壓。結(jié)論：ILI U異步調(diào)相IC同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)是空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)(功角=0)。一般工作于

17、習(xí) 題1、一隱極同步電動(dòng)機(jī)， N=30。求：（1）過(guò)載能力 ；（2）TLN不變，提高 =4，勵(lì)磁電流應(yīng)提高到原來(lái)的幾倍（E0If）?2、一隱極同步電動(dòng)機(jī)， PN=6300KW, UN=10000V(Y), IN=417A, cosN=0.9 (超前), IfN=404A,xc=14 （E0If） 求：（1）額定效率N ；（2）額定無(wú)功功率；E0的標(biāo)幺值； N ；（3）保持PN不變，如何調(diào)節(jié)，使cos =1?求此時(shí)I和If（ 不變）。（4）額定工作時(shí)，保持If不變，降低 P2=4000KW，求I和cos ？（ 不變）習(xí) 題1、一隱極同步電動(dòng)機(jī)， N=30。求：（1）過(guò)4、單相變壓器的額定數(shù)據(jù)，S

18、N=500VA，U1N/U2N=220/110V，短路阻抗標(biāo)么值ZK*=0.0560 ，I10N=0.2A。將兩臺(tái)相同的變壓器串聯(lián)，高壓側(cè)接220V電網(wǎng)，連續(xù)降壓供電，試求：1）分別計(jì)算第一和第二臺(tái)變壓器原邊的空載電流。2）空載供電電壓。3）短路電流。（磁路線性）220Tr1Tr2上下3. 一臺(tái)三相變壓器，SN=200KVA, U1N/U2N =6.3/0.38KV, Y/Y0連接。現(xiàn)為一臺(tái)Y接380V的三相同步電動(dòng)機(jī)供電。同步機(jī)數(shù)據(jù)：PN=75kw, UN=380V, cosN=0.5（超前）, N=88.2%，求同步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)：電網(wǎng)的輸出電流？4、單相變壓器的額定數(shù)據(jù)，SN=500VA，U1N/U2N=解1：下1、一隱極同步電動(dòng)機(jī)， N=30。求：（1）過(guò)載能力 ；（2）TLN不變，提高 =4，勵(lì)磁電流應(yīng)提高到原來(lái)的幾倍（E0If）?解1：下1、一隱極同步電動(dòng)機(jī)， N=30。求：（1）過(guò)載解2：（1）oABC上下2、隱極機(jī)， PN=6300KW, UN=10000V(Y), IN=417A, cosN=0.9 (超前), IfN=404A,xc=14 （E0If） 求：（1）額定效率N ；（2）額定無(wú)功功率；E0的標(biāo)幺值； N ；解2：（1）oABC上下2、隱極機(jī)， PN=6300KW, oAB