[理学]第八章 三相同步电动机.ppt

第八章 三相同步电动机 8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.2 同步电动机功率因数的调整 8.3 同步电动机的启动方法 8.4 同步补偿机 小结 8.1 同步电动机的结构和工作原理 同步电机主要由磁极和电枢两部分组成。可以做成磁极固定、电枢旋转的同步电机（转枢式)，这种形式在小容量同步电动机中得到某些应用。也可以做成电枢固定而磁极旋转的同步电机(转极式)。这种形式广泛应用于大、中型容量的同步电机中，并成为同步电机的通常结构形式。这种结构形式有下列特点： 8.1 同步电动机的结构和工作原理 (1)励磁电流比电枢电流小得多，励磁电压比电枢电压低得多，向转子输入励磁电流时，电刷与滑环负荷较小，工作较为可靠。 (2)同步电机容量较大，尤其是同步发电机，容量更大。电枢装在定子上，便于嵌线，加强绝缘，通风散热。强大的电流向负载输出时不经过电刷和滑环，可减少故障，保证供电的可靠性。 旋转磁极式，从转子运行的机械强度和固定转子绕组来看，又可分为隐极式和凸极式，如图8-1所示。 8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.1.1 同步电机的结构特点 图8-2为同步电机的构造原理图。通常三相同步电机的定子是电枢，与三相异步电动机定子绕组相似，转子装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通入直流电后，转子立即建立恒定磁场。当转子在外力拖动下旋转时，定子导体由于和转子旋转磁场有相对运动而产生交流电动势，此电动势的频率为f，即 8.1 同步电动机的结构和工作原理 当在定子绕组内通过三相交流电，定子绕组内便产生一个旋转磁场，这时转子绕组仍通以直流电，则转子所建立的恒定磁场将在定子旋转磁场的带动下，沿定子磁场的方向，以定子旋转磁场的转速旋转，转子的转速由下式决定 8.1 同步电动机的结构和工作原理 由上述两种情况可知，同步电机无论作为发电机使用，还是作为电动机使用,其转速与交流电频率之间将保持严格不变的关系，这是同步电机的基本特点。在磁极对数确定的情况下，电机的转速与交变电流的频率成正比。同步电机在恒定频率下的转速称为同步转速。这是同步电机与异步电机的基本差别之一。 8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.1.2 同步电机的分类 同步电机按结构分，可分为旋转磁极式和旋转电枢式。高压、大容量电机大多采用旋转磁极式。在旋转磁极式电机中，同步电机又分为隐极式和凸极式两种基本形式。从安装结构上可分为立式和卧式两种。 按防护型式分，有开启式、防护式和封闭式o 按冷却方式分，有空气冷却、氢冷与水冷、混合冷却等。 按同步电机的用途分，有发电机、电动机和调相机。 按拖动发电机的原动机类型分，可分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、汽油发电机、风力发电机等。 8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.1.2.1 发电机 （1）汽轮发电机 以汽轮机或燃气轮机等高速动力机械作为原动机，拖动同步发电机而产生交流电的设备，称为汽轮发电机。 （2）水轮发电机 它是以水轮机为原动机拖动同步电机而产生交流电的设备。 （3）柴油发电机 它是用柴(汽)油机作为原动机拖动同步电机而发电的设备。其发电成本较高，一般只是作为备用发电机组或无电网的边远地区，或临时移动电源。 （4）中频发电机 中频发电机的频率范围从400Hz到20000 Hz，功率从2kW到1000KW，电压有115V、230V、375V、750V及1500V等，转速一般为3000r／min。 8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.1.2.2 电动机 从电网吸收电能转变为其他机械动力的同步电机，称为同步电动机。同步电动机的功率因数，可通过调节励磁电流进行调节。它不但可把功率因数调节到1，还可以调节到超前，对改善电网的功率因数有重要意义。同步电动机转速为恒定值，不受负载变动的影响。功率范围一般在250KW到1万KW以上，电压有3kV、6kV和10kV几种，转速范围从100r／min到3 000 r／min。一般用于不调速(或恒速)机械。TD表示同步电动机，TDL表示立式同步电动机。 8.1.2.3 调相机(同步补偿机) 8.1 同步电动机的结构和工作原理 同步电动机可以通过调节励磁电流专门改善电网功率因数，这种电机又称同步调相机。 同步调相机的功率范围约为5000～60000 kVA，电压为6.6 kV、11KV等。一般用于电网中，TT表示同步调相机。 8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.1.3 三相同步电机的工作原理 一般同步电机的定子和异步电机的定子相同，在定子铁心内圆上分布一定数量的槽，在槽中嵌放三相对称绕组。对于发电机，定子又叫电枢。同步电机的转子，主要是由磁极和励磁绕组构成，励磁绕组是靠外接直流电源供给励磁电流的。 同步发电机和同