第四篇同步電機(jī)

同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種,因其轉(zhuǎn)速恒等于同步速機(jī)時得名。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，也可用作電動機(jī)和調(diào)相機(jī)。本章主要分析同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行原理和運(yùn)行特性，簡要分析同步電動機(jī)和調(diào)相機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。第四篇同步電機(jī)第八章同步電機(jī)的基本類型和基本結(jié)構(gòu)第九章同步發(fā)電機(jī)第十章同步電動機(jī)和同步調(diào)相機(jī)第一節(jié)同步電機(jī)的基本類型第二節(jié)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)同步電機(jī)的額定值及勵磁方式第八章同步電機(jī)的基本類型和基本結(jié)構(gòu)第一節(jié)同步電機(jī)的基本類型一、同步電機(jī)的特點(diǎn)

勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，其磁場切割定子繞組而感應(yīng)交流電動勢。頻率：大?。翰ㄐ危河煽芍?，波形取決于的空間分布。相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定?？梢姡?dāng)電機(jī)的極對數(shù)、轉(zhuǎn)速一定時，電機(jī)發(fā)出的交流電動勢的頻率也是一定的。作為同步電動機(jī)運(yùn)行時，需要在定子繞組上施以三相交流電壓，電機(jī)內(nèi)部便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。這時轉(zhuǎn)子繞組上加上直流勵磁，則轉(zhuǎn)子將在定子旋轉(zhuǎn)磁場的帶動下，沿定子磁場的旋轉(zhuǎn)方向以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n=n1=60f/p由此可見，同步電機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n與電網(wǎng)頻率f之間具有固定不變的關(guān)系，轉(zhuǎn)速n稱為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變，則同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常值而與負(fù)載的大小無關(guān)。二、同步電機(jī)的基本類型按運(yùn)行方式，同步電機(jī)分發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和調(diào)相機(jī)。按結(jié)構(gòu)型式，同步電機(jī)分旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。按原動機(jī)類別,同步電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)等。汽輪發(fā)電機(jī)一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)均為2極，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，水輪發(fā)電機(jī)采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。同步電動機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)一般作成凸極式。第二節(jié)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、隱極同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子鐵心：硅鋼片疊成。機(jī)座：鋼板焊接面成，有足夠的強(qiáng)度和鋼度。電樞繞組：三相對稱繞組——銅線制成定子(電樞)轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成護(hù)環(huán)：保護(hù)勵磁繞組受離心力時不甩出勵磁繞組：銅線制成滑環(huán)：引勵磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進(jìn)入勵磁繞組中心環(huán)：支持護(hù)環(huán)，阻止勵磁繞組軸向移動轉(zhuǎn)子

隱極同步電機(jī)都采用臥式結(jié)構(gòu)，有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。機(jī)械端口電端口ABC轉(zhuǎn)子定子繞組定子鐵心1、定子鐵心2、定子繞組3、轉(zhuǎn)子鐵心4、勵磁繞組二、凸極同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1、立式水輪發(fā)電機(jī)2、臥式水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子各種電機(jī)

引進(jìn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心現(xiàn)場運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)第三節(jié)同步電機(jī)的額定值及勵磁方式一、同步電機(jī)的額定值指電機(jī)額定運(yùn)行時，輸出功率的保證值。同步發(fā)電機(jī)是指輸出的額定視在功率或有功功率，單位是KVA或KW。電動機(jī)額定容量是指額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是KW。調(diào)相機(jī)用KVA或Kvar表示。額定運(yùn)行時加在三相定子繞組上的線電壓。在額定運(yùn)行狀態(tài)下三相定子繞組的線電流.二、勵磁方式簡介同步電機(jī)運(yùn)行時，必須在勵磁繞組中通人直流電流，通常稱之為勵磁電流。所謂勵磁方式是指同步電機(jī)獲得直流勵磁電流的方式，而供給勵磁電流的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。（一）直流勵磁機(jī)勵磁同步電機(jī)的勵磁方式有以下幾種：（二）靜止的交流整流勵磁系統(tǒng)1、他勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)2、自勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)（三）旋轉(zhuǎn)的交流整流勵磁系統(tǒng)（四）三次諧波勵磁第一節(jié)同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)第三節(jié)同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行第四節(jié)同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行第九章同步發(fā)電機(jī)第一節(jié)同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行

同步發(fā)電機(jī)被原動機(jī)拖動到同步轉(zhuǎn)速，勵磁繞組中通入直流電流，定子繞組開路的運(yùn)行稱為空載運(yùn)行。電磁關(guān)系：空載電動勢大?。嚎蛰d特性：第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)電樞反應(yīng):電機(jī)帶上負(fù)載后，電樞磁動勢的基波在氣隙中使氣隙磁通的大小及位置均發(fā)生變化,這種影響稱為電樞反應(yīng).電樞反應(yīng)的性質(zhì)，取決于電樞磁動勢基波和勵磁磁動勢基波之間的相對位置，即與空載電動勢和電樞電流之間的夾角有關(guān).勵磁磁勢和電樞磁勢的區(qū)別基波波形大小位置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向勵磁磁動勢正弦波恒定，由勵磁電流決定由轉(zhuǎn)子位置決定由原動機(jī)的轉(zhuǎn)速決定由原動機(jī)決定電樞反應(yīng)磁動勢正弦波恒定，由電樞電流決定由電流瞬時值決定由磁極對數(shù)和電流頻率決定由電流相序決定一、時的電樞反應(yīng)空載電動勢和電樞電流同相位.d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：交軸電樞反應(yīng)二、時的電樞反應(yīng)空載電動勢超前電樞電流d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸去磁電樞反應(yīng)三、時的電樞反應(yīng)空載電動勢滯后電樞電流

d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：直軸助磁電樞反應(yīng)四、一般情況下的電樞反應(yīng)空載電動勢超前電樞電流角,d軸q軸U軸U1U2

W2V1W1V2NSW軸V軸電樞反應(yīng)性質(zhì)：既有交軸,還有直軸去磁電樞反應(yīng)此種情況下---直軸分量---交軸分量---直軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動勢---交軸分量電流產(chǎn)生的合成磁動勢上升下降

上升下降下降下降不變不變下降R、C增強(qiáng)交軸直軸助磁d、q軸R、L削弱交軸直軸去磁d、q軸C增強(qiáng)直軸助磁d軸L削弱直軸去磁d軸R波形畸變交軸q軸

負(fù)載性質(zhì)對電機(jī)的影響電樞反應(yīng)性質(zhì)記作夾角

位置第三節(jié)同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行一、凸極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖1、電動勢方程式電磁關(guān)系：不計(jì)磁路飽和時有下列關(guān)系由于且令則電動勢平衡方程--直軸同步電抗--交軸同步電抗分別表征在對稱負(fù)載下，單位直軸或交軸三相電流產(chǎn)生的總電樞磁場在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動勢。2、相量圖作圖步驟二、隱極同步發(fā)電機(jī)的電動勢方程式和相量圖電磁關(guān)系：不計(jì)磁路飽和時有下列關(guān)系令電動勢平衡方程--同步電抗

表征在對稱負(fù)載下，單位三相電流產(chǎn)生的電樞總磁場在電樞每一相繞組中感應(yīng)的電動勢。相量圖根據(jù)相量圖可求出三、同步發(fā)電機(jī)的特性（一）、空載特性和短路特性1、空載特性定義：

空載特性是發(fā)電機(jī)的基本特性之一。它一方面表征了磁路的飽和情況，另一方面把它和短路特性、零功率因數(shù)負(fù)載特性配合，可確定電機(jī)的基本參數(shù)、額定勵磁電流和電壓變化率等。

實(shí)際生產(chǎn)中，它還可以檢查三相電樞繞組的對稱性、匝間短路、判斷勵磁繞組和定子鐵心有無故障等。2、短路特性定義：短路時的等效電路短路特性曲線

短路特性與空載特性配合可以求出電機(jī)的同步電抗。（二）、外特性和調(diào)整特性1、外特性定義：外特性曲線

當(dāng)發(fā)電機(jī)帶阻性和感性負(fù)載時，外特性是下降的，原因是電樞反應(yīng)的去磁作用和電樞漏阻抗產(chǎn)生了電壓降.

帶容性負(fù)載時且（發(fā)電機(jī)負(fù)載的容抗大于同步電抗）時，外特性是上升的，原因是電樞反應(yīng)的助磁作用和容性電流在漏抗上的壓降。2、調(diào)節(jié)特性定義：調(diào)整特性曲線

在感性和阻性負(fù)載時，隨著負(fù)載電流的