电机基本知识要点（下册11版）.doc

第四部分 同步电机 一、同步电机的结构（要掌握主要部件的组成、作用、要求） 1．定子（又称电枢——机电能量转换的枢纽） 定子铁心：与异步电动机类似，是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的圆筒状物体，其内表均匀的开有槽。作用是导磁。 电枢绕组：三相（3个）、对称（结构完全相同、位置在空间彼此相距电角度）绕组，接成“Y”形。作用有流通电流、产生磁场和电磁力（矩）、感应电动势，最终实现能量转换。 机座：电机的外壳，用钢板焊接成，作用是固定、支撑，要求隔振。 冷却方式的命名方法：冷却介质（空气、氢气、水）+介质与发热体（绕组和铁心）的接触方式（一是直接接触——内冷；二是隔着绝缘——外冷） 2．转子 主磁极：一是隐极式，励磁绕组分布在实心的磁极（即转子）铁心外表的对称槽（对称的各约三分之一圆周开槽，中间有2个大齿）中，励磁绕组用滑环与电刷通入直流电流，产生恒定的正弦分布的主磁场，一般只有2个磁极（1对极）。二是凸极式，磁极铁心用形状象靴子的1~3mm的厚钢板叠压成型，励磁绕组（通直流电）是集中绕组，它套置在磁极铁心柱上，整个磁极固定转子磁轭上，通常磁极数在8极及以上，要求各励磁绕组必须串联并且相邻磁极的极性（磁极极性由励磁电流方向决定）相反。两者相比，凸极式造价较低、转速（）也低、直径大，隐极式需要高速原动机——汽轮机，凸极式需要低速原动机——水轮机。 轴系：轴（整体车削）+轴承（滑动轴承：有轴承座和冷却系统） 3．同步电机分类 按磁极形式分类：隐极式、凸极式 二、发电原理（要掌握发电原理、空载电动势）——此处主要为并网问题服务 1．发电原理 主磁极励磁（励磁绕组通入直流电）后，在原动机的驱动下，转子磁场切割定子对称三相绕组，从而产生对称的三相空载电动势。（说明：有电动势就具备了输出电能的本领，简称发电） 2．空载电动势（三相、4要素） 大小： 频率： 相位：与时间即转子位置（空间时空统一）有关，不确定因素。 相序：由转向决定，与主磁极极性无关。（三相特有） 或额定容量；额定电压；额定电流；额定功率因数 还包括：额定转速、额定效率等 2．相互关系：， 四、电枢反应 1．电枢反应的概念：主磁极的机械旋转磁场（因机械运动而旋转）与电枢绕组的电气旋转磁场（交流电的电气运动——时变）相互作用，而使气隙合成磁场发生变化的过程。 2．电枢反应的种类及其特点 ⑴的电枢反应——交轴电枢反应（在交轴上）特点是：主极磁场与气隙合成磁场不重合，电机有有功功率输出。 图1 时的电枢反应 ⑵的电枢反应——直轴去磁电枢反应（在直轴负向），特点是：主极磁场与气隙合成磁场重合，电机仅输出感性无功功率。 图2 时的电枢反应 ⑶的电枢反应——直轴增磁电枢反应（在直轴正向），特点是：主极磁场与气隙合成磁场重合，电机仅输出容性无功功率，即吸收感性无功功率。 ⑷的电枢反应——既有直轴去磁电枢反应，又有交轴电枢反应 3．时-空相量图的画法 第一步：画出转子d轴，然后按照相对位置关系画出绕组轴线（A、B、C轴）； 第二步：选择某相绕组轴线（A、B、C轴中的一个）为时间轴； 第三步：在d（——主磁极磁通或空载磁通）轴后画出（它代表时轴所在的一相，如选择A轴为时间轴，则就指）；在后画出（它与属于同一相）；在的方向上画出电枢磁动势，即超前角度； 第四步：将与合成得到气隙合成磁动势。完成了相量图。 图3 时的电枢反应 图4 时的电枢反应 五、隐极发电机的电压方程与相量图 1．电压方程 不考虑磁路饱和影响，并忽略电枢绕组的电阻即，此时隐极发电机的电压方程为： 式中 ——空载电动势，也称励磁电动势；——电机端电压；——电机电流，或称电枢电流；——同步电抗。其中为电枢绕组漏抗，它对应于电枢绕组的漏磁通；为电枢反应电抗，它对应于电枢反应磁通。 2．相量图 已知条件：电压和电流的大小、功率因数、同步电抗 ⑴画法 第一步：以为参考相量，画出、，两者相位差为功率因数角； 第二步：根据电压方程，画出，完成相量图。 图5 隐极同步发电机相量图 ⑵相量图中的几何关系（由相量图找出）： 上述相量图与几何关系中： ——内功率因数角。它指各相与的相位差； ——（外）功率因数角。它指各相与的相位差； ——功率角（简称功角）。它指各相与的相位差； ⑶几何关系的应用：要求对每一种状态分别进行计算（一状态一算），其步骤如下： 第一步：找条件。在、、、、、、这7个物理量中，需要知道其中的4个才能进行计算，但是、在各状态下保持不变。因此，第一种状态下给出4个已知条件，第二种及以后状态下通常只给出两个条件。在找条件过程中需要用到以下换算关系式，即 1．（电压基准值）或 条件1（不变条件，即在各状态下不变） 2．，阻抗