永磁励磁永磁励磁采用永磁材料建立同步电机的磁场优点转子上.ppt

* 东北电力大学 同步电机的基本结构 一、基本结构 同步电机分为 旋转电枢式：磁极装在定子上，用于小容量同步电机中。 旋转电枢式 旋转磁极式 旋转磁极式：磁极装在转子上，为大中型同步电机的基本形式。 同步电机转子转速是常值且与同步速相等，与负载的大小无关。转子的转速与气隙磁场转速保持严格同步。 同步电机主要用作发电机，也可以用作电动机和补偿机。 主要内容 同步发电机的稳态对称运行 同步电动机和调相机 同步发电机的不对称运行和三相突然短路 旋转磁极式同步电机的结构 转子 定子 电刷和集电环 同步电机又分为隐极式和凸极式两种。 有明显的凸出的磁极，气隙不均匀，制作简单。 适合于高速发电机 适合于低速发电机 转子圆柱形，气隙均匀，转子机械强度高，励磁绕组固定容易。 N S + 隐极式 N S N S + 凸极式 图15-1 同步电机的基本类型 1. 同步电机的物理模型 2. 同步电机的工作原理 现以同步发电机为例来说明同步电机的工作原理。当同步发电机的转子在原动机的拖动下达到同步转速n1时，由于转子绕组是由直流电流If 励磁， 所以转子绕组在气隙中所建立的磁场相对于定子来说是一个与转子旋转方向相同，转速大小相等的旋转磁场。该磁场切割定子上开路的三相对称绕组， 在三相对称绕组中产生三相对称空载感应电动势E0 。若改变励磁电流的大小则可相应地改变感应电动势的大小，此时同步发电机处于空载运行。 当同步发电机带负载后，定子绕组构成闭合回路，产生定子电流，该电流是三相对称电流，因而要在气隙中产生与与转子旋转方向相同，转速大小相等的旋转磁场。此时定、转子间旋转磁场相对静止，气隙中的磁场是定、转子旋转磁场的合成。由于气隙中磁场的改变，定子绕组中感应电动势的大小也将发生变化。 3. 同步电机的运行方式 10.2.1 同步电动机的磁动势 当同步电动机的定子三相对称绕组 连接到三相对称电源上时，就会产生三相合成旋转磁动势， 简称电枢磁动势，用空间矢量Fa表示。设电枢磁动势Fa 的转向为逆时针方向，转速为同步转速。在同步电动机负载运行时， 其转子也是逆时针方向以同步转速旋转。由直流励磁电流 If 产生的磁动势称为励磁磁动势，用Ff 表示，它也是一个空间矢量。 这里规定两个轴方向：转子N极和S极的中心线称为直轴或纵轴，简称d 轴；与直轴相距90?空间电角度的方向称为交轴或横轴，简称q 轴。直轴和交轴随转子一同旋转，如图10-4所示。 先考虑励磁磁动势Ff单独在电机主磁路中产生磁通时的情况。励磁磁动势Ff 总是在直轴方向， 产生的磁通如图8-5所示。将由励磁磁动势Ff单独产生的磁通叫励磁磁通，用?f 表示。 汽轮发电机 由汽轮机驱动的同步发电机 p = 1 n = 3000r/min (50Hz) n = 3600r/min (60Hz) 采用隐极结构 转子细而长 转子高速旋转，对铁心的强度要求很高，就目前材料，转子直径不能超过1.1m。 基本采用卧式结构 图15-2 隐极发电机的剖面图 图15-3 同步电机的外形图 图15-4 汽轮发电机的转子结构 水轮发电机 由水轮机驱动的同步发电机 n = 几十~ 几百r/min 极对数多 采用凸极结构 转子粗而短 励磁绕组为集中绕组 立式结构 阻尼绕组 图15-5 水轮发电机的转子结构 阻尼绕组的结构与笼型感应电机的转子的笼型绕组相似。 阻尼绕组的作用作用 同步发电机中：抑制转子机械振荡 同步电动机和同步补偿机中：起动绕组 与感应电机一样同步电机定转子极数应相同。 图15-6 水轮发电机的磁极 图15-7 水轮发电机的定子结构 二、同步电机的运行状态 转子磁场 转子通入直流励磁电流产生，与转子同步旋转。 定子磁场 定子三相对称绕组流过三相对称电流产生，以同步速旋转（等于转子转速）。 同步电机有发电机、电动机、补偿机三种运行状态。 运行状态取决于磁场的相对位置 合成磁场 定子磁场和转子磁场的合成，以同步速旋转。 功率角δ 转子磁场轴线领先合成磁场轴线的夹角。 δ 0时，Te为制动转矩，原动机的驱动转矩与电磁转矩Te 平衡 。转子吸收机械功率，定子发出电功率。 发电机运行状态 图15-8 发电机运行状态示意图 δ 0 时，Te为驱动转矩，带动负载运行。转子输出机械功率，定子吸收电功率。 电动机运行状态 δ = 0 时，不进行能量转换，仅发出或吸收无功功率，补偿机。 补偿机运行状态 图15-9 电动机补