Chpt514同步電機原理 (2)課件

5.4同步電機原理

5.4.1同步電機的結(jié)構(gòu)和運行方式

5.4.3

同步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩和功角特性

5.4.5

同步電動機的啟動方法20-1同步電機5.4.1同步電機的結(jié)構(gòu)和運行方式同步電機多被用作發(fā)電機，當(dāng)今作為動力用的強大電力幾乎全是由三相同步發(fā)電機發(fā)出的，因此它是各類發(fā)電廠的核心設(shè)備之一。同步電機也可以作電動機使用，例如空氣壓縮機、鼓風(fēng)機、電力推進裝置和電動發(fā)電機組等。所謂同步電機是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子電流的頻率f1滿足下面的方程式關(guān)系的交流電機，20-2同步電機的基本結(jié)構(gòu)1.同步電機的基本結(jié)構(gòu)1）定子同步電機的定子，就其基本結(jié)構(gòu)來看，與異步電機的定子沒有多大區(qū)別，也是由定子鐵心、定子繞組以及機座、端蓋等附件組成。凸極式隱極式2）轉(zhuǎn)子同步電機的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種有明顯的磁極，稱為凸極式，如圖10-1a所示；另一種轉(zhuǎn)子為一個圓柱體，表面上開有槽，無明顯的磁極，稱為隱極式，水輪發(fā)電機凸極式汽輪發(fā)電機隱極式轉(zhuǎn)速較低

轉(zhuǎn)速較高20-3同步電機的勵磁電源2.同步電機的工作原理當(dāng)同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子在原動機的拖動下達(dá)到同步轉(zhuǎn)速n1時，由于轉(zhuǎn)子繞組是由直流電流If

勵磁，所以轉(zhuǎn)子繞組在氣隙中所建立的磁場相對于定子來說是一個與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速大小相等的旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場切割定子上開路的三相對稱繞組，在三相對稱繞組中產(chǎn)生三相對稱空載感應(yīng)電動勢E0

。若改變勵磁電流的大小則可相應(yīng)地改變感應(yīng)電動勢的大小，此時同步發(fā)電機處于空載運行?？蛰d運行（補償狀態(tài)）20-5同步電機的負(fù)載運行當(dāng)同步發(fā)電機帶負(fù)載后，定子繞組構(gòu)成閉合回路，產(chǎn)生定子電流，該電流是三相對稱電流，因而要在氣隙中產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速大小相等的旋轉(zhuǎn)磁場。此時定、轉(zhuǎn)子間旋轉(zhuǎn)磁場相對靜止，氣隙中的磁場是定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的合成。由于氣隙中磁場的改變，定子繞組中感應(yīng)電動勢的大小也將發(fā)生變化。負(fù)載運行20-6同步電機的運行方式3.同步電機的運行方式發(fā)電機運行方式：轉(zhuǎn)子主磁場超前定子合成磁場，原動機拖動同步電機并勵磁時，電機從原動機輸入機械功率，向電網(wǎng)輸出電功率。電動機運行方式：轉(zhuǎn)子主磁場滯后定子合成磁場，當(dāng)同步電機由電網(wǎng)供電并勵磁，拖動機械負(fù)載時，從電網(wǎng)輸入電功率，在軸上輸出機械功率

。20-7同步電機的磁動勢先考慮勵磁磁動勢Ff單獨在電機主磁路中產(chǎn)生磁通時的情況。勵磁磁動勢Ff總是在直軸方向產(chǎn)生磁通。由勵磁磁動勢Ff單獨產(chǎn)生的磁通叫勵磁磁通，用f表示。20-9同步電機的磁動勢Fa

單獨在電機主磁路中產(chǎn)生磁通時的情況，則比勵磁磁動勢Ff產(chǎn)生磁通時的情況復(fù)雜。下圖給出了計算機仿真結(jié)果。f

經(jīng)過的磁路是以直軸為對稱的，下圖是其計算機仿真結(jié)果。20-10同步電機的磁動勢凸極同步電動機的雙反應(yīng)原理20-11同步電機的磁動勢5.同步電動機的電壓方程1）凸極同步電動機的電壓方程勵磁磁通f

，直軸磁通ad

和交軸磁通aq，都以同步轉(zhuǎn)速逆時針旋轉(zhuǎn)，因此都要在定子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢。根據(jù)圖給出的同步電動機定子繞組各電量正方向，可以列出A相回路的電壓方程感應(yīng)電動勢、可以寫成直軸電樞反應(yīng)電抗交軸電樞反應(yīng)電抗20-13同步電機的電壓方程經(jīng)整理，得電壓方程一般情況下，當(dāng)同步電動機容量較大時，可忽略電阻Rs，于是直軸同步電抗交軸同步電抗定子漏抗20-14同步電機的電壓方程2）隱極同步電動機的電壓方程對于隱極同步電動機，由于氣隙均勻，因而直軸和交軸的同步電抗在數(shù)值上彼此相等，即有同步電抗這樣，可寫出隱極同步電動機的電壓方程為20-15同步電機的功率關(guān)系2.電磁功率與功角特性對于凸極同步電動機，當(dāng)忽略定子繞組的電阻Rs時，同步電動機的電磁功率為考慮到相量關(guān)系，于是勵磁電磁功率1凸極電磁功率220-17同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩3.電磁轉(zhuǎn)矩與矩角特性電磁轉(zhuǎn)矩的通用公式為式中——電機極對數(shù)； ——每極合成磁通； ——定子磁動勢幅值； ——定子磁動勢與合成磁動勢間的夾角。因為可有根據(jù)功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，同樣可以導(dǎo)出電磁轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩平衡方程。與異步電動機一樣，電磁轉(zhuǎn)矩Te等于電磁功率Pem與電機角速度ω之比，但對于同步電動機，其轉(zhuǎn)速即為同步轉(zhuǎn)速，因此20-18同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩同步電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程

電磁轉(zhuǎn)矩還可表示為