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电机与电力拖动基础教程第7章.ppt

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电机原理与拖动基础 第7章 同步电机 本章教学基本要求(自学为主) 熟悉同步电机的基本结构。 熟悉同步电机工作原理,理解电枢反应的物理意义。 熟悉同步电动机电压方程、相量图、矩角特性和功角特性。 熟悉同步电动机的工作特性,理解V形曲线。 熟悉同步电动机常用的起动方法,掌握同步电动机的异步起动法。 本章教学重点和难点 重点: 1.同步电动机的工作原理; 2.同步电动机的电压方程式; 3.同步电动机的特性; 4.同步电动机的起动; 难点: 同步发电机电枢反应的物理意义。 同步电机是交流电机的一种。普通同步电机与异步电机的根本区别是转子侧装有磁极并通入直流电流励磁;由于定、转子磁场相对静止及气隙合成磁场恒定是所有旋转电机稳定实现机电能量转换的两个前提条件,因此,同步电机的运行特点是转子的旋转速度必须与定子磁场旋转速度严格同步,即同步电机转速n与定子电流频率f和极对数p保持严格不变的关系: 2、转子 由磁极、转轴、阻尼绕组、滑环、电刷等组成,在电 刷和滑环通入直流电励磁,产生固定磁极。 根据容量大小和转速高低转子结构分凸极和隐极两种。 凸极特点: 气隙不均匀,有明显的磁极,转子铁芯短粗,适用于 转速低于1000r/min,极对数p≥3的电动机。如水轮发电机。 同步电动机、由内燃机拖动的同步发电机以及同步补 偿机,多做成凸极式。 隐极特点: 气隙均匀,无明显的磁极,转子铁芯长细,呈圆柱 形,适用于转速高于1500r/min,极对数p≤2的电动机,如 汽轮发电机。 7.1.2 同步电机的运行状态 1.分类 同步电机可分同步发电机、同步电动机和同步补偿机;主 要用作发电机。 2.应用 在现代电力系统中,几乎所有的电能是由同步发电机生产 的;同步电动机应用于大型生产机械的拖动系统中,随着 电力电子技术和计算机控制技术的不断发展,变频调速在 同步电动机的调速系统中的实现,使同步电动机的应用场 合大为扩大;同步补偿机则是空载运行的同步电动机,用 以改善电网的功率因数,使大功率同步电动机与同容量的 异步电动机比较,有明显的优点。 7.1.3 铭牌数据 同步电机的主要额定数据为: 额定容量PN: 对发电机是指输出的有功电功率,对电动机是指轴上输出 的机械功率。单位:kW或MW; 额定电压UN: 指额定运行时定子三相绕组上输出或输入的线电压, 单位:V或KV; 额定电流IN: 指额定运行时,定子绕组上输出或输入的线电流, 单位:A; 额定功率因数:额定运行时电机的功率因数cosjN; 额定转速nN: 指电机额定运行时的同步转速,单位:r/min; 额定频率fN:我国标准工业频率规定为50Hz。 额定效率ηN: 指电机额定运行时的效率; 额定励磁电压UfN: 指电机额定运行时的励磁电压,单位:V 额定励磁电流IfN: 指电机额定运行时的励磁电流,单位:A 7.3 同步电动机的电压方程式与相量图 说明: 为了分析方便,假设电动机主磁路未饱和,认为磁路是线性的,且只考虑定、转子的基波磁势。 同步电动机能量交换在定子侧,可将定子称为电枢,定子绕组称为电枢绕组。 1.凸极同步电动机 凸极同步电动机转子有明显的磁 极,气隙不均匀,转子磁极中心线附近 气隙最小,磁阻最小,磁导最大;而在 转子磁极几何中心线处气隙最大,磁阻 最大,磁导最小,所以磁通所走的路径 不同,所遇的磁阻不同,对应的电抗 参数也就不同。 ⑵电枢反应电抗 当定子电流I产生的电枢磁势Fa与主磁极轴线重合,气隙最小,磁阻最小,相应的电抗为最大;这时所对应的电枢电抗称为电枢反应纵轴电抗,用xad表示; 当定子电流I产生的电枢磁势Fa与主磁极轴线正交时,气隙最大,磁阻最大,相应的电抗为小;这时所对应的电枢电抗称为电枢反应横轴电抗,用xaq表示; 当电枢磁势位于纵轴与横轴之间时,相应的气隙、磁阻、和电枢反应电抗处于上面两种情况之间,且随位置不同而变化。 电枢磁势分解成两个分量:一个分量是纵轴电枢磁势,用Fad表示,它作用在纵轴方向;另一个分量是横轴电枢磁势,用Faq表示。 纵轴电枢磁势Fad和横轴电枢磁势Faq在气隙圆周上同样以同步转速n1旋转,它们切割定子绕组在其上产生的感应电势Ead和Eaq,正是电枢磁势Fa在定子绕组上产生的感应电势Ea的两个分量,所以有: 式中Ead称为纵轴电枢反应电势,其对应的电抗是xad;Eaq称为横轴电枢反应电势;其对应的电抗是xaq。这里

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