电力拖动课件06 同步电机.ppt

* 淮北职业技术学院机电工程系 同步电机的分类 按运行方式：发电机、电动机和调相机。 按结构型式：旋转电枢式和旋转磁极式。 旋转磁极式同步电机按磁极形状：又分隐极式和凸极式两种。 按冷却介质和冷却方式分：有空外冷、氢冷、水内冷。 按原动机类别：同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。 第一节 三相同步电动机 一、三相异步电动机的同步运行—异步电动机的同步化 和三相同步电动机的工作原理 当三相异步电动机的电枢绕组通入三相对称交流电流后，就会产生以同步转速ns旋转的三相合成基波磁动势Fa。在绕线转子的异步电动机转子绕组中（其中两相并联引出，如图6-1、6-2），通入直流励磁电流If，励磁电流产生励磁磁动势Ff，使转子形成固定磁极。当电动机稳定运行时，定子三相合成基波磁动势Fa产生的磁场吸引着转子固定磁极一起旋转，所以转子也将以同步转速ns旋转。  从以上分析可看出，只要改变异步电动机的转子结构，并在绕组中通入直流电流，这样交流电动机就成了同步电动机。 发电机 空载 电动机 同步电机的三种运行状态： 二、同步电机的基本结构 与异步电动机一样，同步电机也是由定子及转子两大部分所组成。定子结构与异步电动机相同，转子上则有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。 1、定子： 同步电机的定子有时也称为电枢，由定子铁芯、三相绕组、机座和端盖等部件所组成。 定子铁芯是由硅钢片叠装而成。当大型同步电机冲片外圆的直径大于1m时，做成扇形冲片，然后拼合起来叠装而成。 2、转子 同步电机转子有两种结构：凸极式和隐极式。 1）凸极式：转子有明 显的突出的磁极，可采 用不均匀气隙。 2）隐极式：转子为圆 柱形，气隙均匀分布。 对于高速旋转的同步电机，在转子结构上，我们采用隐极式。而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。 大型汽轮发电机转子加工（隐极） 凸极同步电机的转子 大型水轮同步发电机转子安装（凸极） 从同步电动机工作原理可看出，在气隙中有电枢磁动势Fa（由定子三相绕组通入三相电流产生）和励磁磁动势Ff （由转子励磁绕组通入直流电流产生）两个旋转的磁动势，这两个磁动势随转子一起旋转，在稳态时与转子绕组没有耦合作用，所以电动势的平衡关系只存在于定子绕组中。电枢反应电动势和定子漏电动势的表达式为： 其中Xa称为电枢反应电抗。在同样大小电流情况下,如果Xa越大，电枢反应电势也越大，因此Xa的大小可以说明电枢反应的强弱；Xσ称为定子漏电抗。 三、电动势平衡方程及相量图 同步电动机的电磁关系: （不计凸极效应，即隐极） If—励磁电流； Ff —励磁磁动势； E0—励磁电动势（空载电动势） I—电枢电流； Fa—电枢磁动势； Ea—电枢反应电动势 E—电枢总电动势；Φσ—定子漏磁通；Eσ—定子漏电动势 电枢（一相）绕组的电压平衡方程式： 不计凸极效应时的相矢图，见图6-6。（假设功率因 数超前）。 由相矢图可看出：电枢磁通势的基波在气隙中使气隙 磁通的大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应。 ——同步电抗 凸极同步电机的电压方程和相量图: 考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理的方法，称为双反应理论。 凸极同步电机的气隙是不均匀 的，极面下气隙较小，两极之间气 隙较大，故直轴下单位面积的气隙 磁导要比交轴下单位面积的气隙磁 导大很多，所以交、直轴两个方向 磁场大小不一样。 在一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值相对较大。为了便于分析，把Fa 分解成直轴分量Fad与交轴分量Faq。电流相应地也分解成直轴Id和交轴Iq两个分量。 Fa= Fad+ Faq 如图6-7所示： 直轴电枢磁动势固定地作用在直轴磁路上，产生磁通 Φad。交轴电枢磁动势固定地作用在交轴磁路，也对应产 生磁通Φaq。这两个磁通分别切割定子绕组而在其中感应 电动势Ead及Eaq。由于交轴及直轴的磁阻都恒定不变，所 以Ead及Eaq分别正比于产生它的磁通。 因此： 凸极同步电动机电压平衡方程式： ——直轴同步电抗——交轴同步电抗 四、运行特性 ㈠ 功角特性和V形曲线： ⒈ 功角特性 同步电动机电磁转矩表达式： 可看出，同步电动机的输出功率的大小与功率角正弦值有关，当功率角接近900时输出功率最大，但此时没有过载能力，一般额定工况下功率角为