同步電機(jī)基本原理

第十章

同步電動(dòng)機(jī)

一、同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù)二、同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理三、同步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系及功率關(guān)系四、同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)五、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法第1頁，共46頁。一、同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù)第2頁，共46頁。

1、同步電機(jī)

用途發(fā)電無功功率調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)第3頁，共46頁。

轉(zhuǎn)速：特點(diǎn)：第4頁，共46頁。

2、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)樞式：電樞旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)場式：磁場旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)形式隱極式：氣隙均勻凸極式：氣隙不均勻第5頁，共46頁。凸極同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意：第6頁，共46頁。直流電機(jī)和凸極同步電機(jī)結(jié)構(gòu)的比較：第7頁，共46頁。同步電動(dòng)機(jī)截面圖：第8頁，共46頁。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖：第9頁，共46頁。

3、主要結(jié)構(gòu)定子鐵心：0.5mm硅鋼片繞組：電樞繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩機(jī)座及固定部件轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心勵(lì)磁繞組護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)和風(fēng)扇等端蓋、軸承等第10頁，共46頁。

4、安裝結(jié)構(gòu)立式低速、大型同步發(fā)電機(jī)大轉(zhuǎn)子直徑支撐：懸式、傘式臥式中小型發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)相機(jī)高速、大型同步發(fā)電機(jī)小轉(zhuǎn)子直徑

第11頁，共46頁。5、額定值額定容量SN(kVA)或額定功率PN(Kw)額定電壓UN(千伏)、(伏)額定電流IN(千安)、(安)額定功率因數(shù)cosN額定效率ηN（%）額定頻率fN（赫茲）額定轉(zhuǎn)速nN（轉(zhuǎn)/分鐘）額定勵(lì)磁電流IfN（安）額定勵(lì)磁電壓UfN（伏）第12頁，共46頁。二、同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理第13頁，共46頁。

1、空載運(yùn)行：額定轉(zhuǎn)速為n，電機(jī)極對數(shù)為p；轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通直流電流If；定子繞組開路，定子電流Ia＝0；電機(jī)中僅存在直流勵(lì)磁電流If，產(chǎn)生磁通0；基波感應(yīng)電勢頻率：感應(yīng)電勢有效值：第14頁，共46頁。2、空載特性空載特性磁化曲線飽和系數(shù)反映的是勵(lì)磁電流產(chǎn)生到電機(jī)氣隙磁場和電樞繞組感應(yīng)電勢之間的關(guān)系；第15頁，共46頁。3、對稱負(fù)載的電樞反應(yīng)轉(zhuǎn)子通以勵(lì)磁繞組通直流電流If；定子繞組感應(yīng)電勢E；電機(jī)帶對稱負(fù)載，繞組中有電流對稱Ia流流過，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F，與勵(lì)磁繞組電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢相對靜止，產(chǎn)生新的合成氣隙磁場，這個(gè)影響就稱為電樞反應(yīng)。第16頁，共46頁。問題：

負(fù)載對稱三相電流對稱產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場磁場轉(zhuǎn)速負(fù)載旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁場空間相對靜止直軸電樞反應(yīng)交軸電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)作用與感應(yīng)電勢、負(fù)載電流之間的相位相關(guān)第17頁，共46頁。I與E0同相位時(shí)的電樞反應(yīng)I與E0同相位電樞磁勢位于交軸，電樞反應(yīng)僅存在交軸分量氣隙合成磁勢第18頁，共46頁。I與E0相差銳角相位時(shí)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)不僅存在交軸分量，還存在直軸分量交軸分量直軸分量電樞電流交軸電流直軸電流第19頁，共46頁。4、隱極電機(jī)負(fù)載運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)各物理量的正方向第20頁，共46頁。不考慮飽和:電動(dòng)勢方程：第21頁，共46頁?？紤]飽和：1>電動(dòng)勢方程：

2>電樞磁動(dòng)勢的折算；3>時(shí)－空矢量圖。第22頁，共46頁。

5、凸極電機(jī)的雙反應(yīng)理論雙反應(yīng)理論：

電樞磁動(dòng)勢的軸線，既不和直軸、也不和交軸重合時(shí)，可以把分解為直軸分量和交軸分量，之后求出直軸和交軸各自的電樞反應(yīng)值，最后把它們的效果疊加起來。

勃朗德（Blondel)第23頁，共46頁。凸極機(jī)的磁通分布圖第24頁，共46頁。凸極機(jī)直軸磁通第25頁，共46頁。凸極機(jī)交軸磁通第26頁，共46頁。凸極機(jī)的磁場第27頁，共46頁。

6、凸極電機(jī)的直軸和交軸磁動(dòng)勢的折算直軸磁動(dòng)勢的折算：交軸磁動(dòng)勢的折算：第28頁，共46頁。

7、凸極電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行*不考慮飽和:矢量圖確定I與E0相角；時(shí)－空矢量圖。第29頁，共46頁。凸極機(jī)的相量圖第30頁，共46頁。

凸極電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行*考慮飽和:矢量圖確定I與E0相角；和空載特性配合，確定、、。時(shí)－空矢量圖。第31頁，共46頁。三、同步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系及功率關(guān)系第32頁，共46頁。電磁轉(zhuǎn)矩及功率關(guān)系勵(lì)磁和電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢的關(guān)系:（前述）同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢方程:（前述）同步電動(dòng)機(jī)的有功功率：1、有功功率方程：第33頁，共46頁。2、電磁轉(zhuǎn)矩方程：3、無功功率方程（隱極電機(jī)）：

第34頁，共46頁。同步發(fā)電機(jī)的相量圖第35頁，共46頁。四、同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)第36頁，共46頁。無功功率的調(diào)節(jié)：同步電動(dòng)機(jī)可以通過勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，使電機(jī)的輸出無功功率發(fā)生變化。舉例說明：第37頁，共46頁。同步發(fā)電機(jī)的V形相量圖第38頁，共46頁。同步電機(jī)功角特性第39頁，共46頁。五、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法第40頁，共46頁。1

、輔助電源起動(dòng)；2

、變頻起動(dòng)；3

、異步起動(dòng)；第41頁，共46頁。同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)第42頁，共46頁。自牽入同步及轉(zhuǎn)速振蕩第43頁，共46頁。謝謝第44頁，共46頁。一、同步電機(jī)的電感和等效電路：將電樞繞組的、勵(lì)磁繞組的、以及它們之間的磁鏈用電感和電流來表示：定子的：轉(zhuǎn)子的：定子和轉(zhuǎn)子之間的：第45頁，共46頁。內(nèi)容梗概第十章同步電動(dòng)機(jī)。第十章同步電動(dòng)機(jī)。三、同步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系及功率關(guān)系。繞組：電樞繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩。護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)和風(fēng)扇等。額定容量SN(kVA)或額定功率PN(Kw)。額定電壓UN(千伏)、(伏)。額定電流IN(千安)、(安)。額定頻率fN（赫茲）。額定轉(zhuǎn)速為n，電機(jī)極對數(shù)為p。定子繞組開路，定子電流Ia＝0。電機(jī)帶對稱負(fù)載，繞組中有電流對稱Ia流。磁動(dòng)勢相對靜止，產(chǎn)生新的合成氣隙磁場，。負(fù)載對稱三相電流對稱產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場磁場轉(zhuǎn)速。I與E0同相位電樞磁勢位于交軸，電樞反應(yīng)僅存在交軸分量。電樞反應(yīng)不僅存在交軸分量，還存在直軸分量。電樞磁動(dòng)勢