电机与变压器教案29.doc

注：教案首页，教案用纸由学校另行准备 湖南省劳动厅编制

湖南省技工学校

理论教学教案

教师姓名：

学

科

电机

变压器

执行记录

日期

星期

检查

签字

班级

节次

课题

三相同步电动机

课的

类型

新授

教

学

目

的

1.掌握同步发电机的工作原理2.掌握同步电动机的工作原理

3.掌握同步补偿机对电网功率因数的补偿作用

教

学

重

点

同步电动机的工作原理同步补偿机对电网功率因数的补偿作用

教

学

难

点

同步补偿机对电网功率因数的补偿作用

主要

教学

方法

讲授

教

具

挂

图

无

教学

环节

时间

分配

1、组织教学时间

2

3、讲授新课时间

70

2、复习导入时间

8

4、归纳小结时间

5

5、作业布置时间

5

教

学

后

记

[复习导入]

在交流电机中，转子转速严格等于同步转速的交流电机称为同步电机。同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。现代发电厂中所发出的交流电几乎全部是同步发电机产生的。

[讲授新课]

（一）同步发电机的工作原理

如图所示是具有两个磁极的凸极式同步发电机，它的定子和三相异步电动机一样对称地安放着三相绕组。转子则是由磁极铁心和套在磁极上的励磁绕组构成，励磁绕组中加入直流电流后，就会在气隙中产生一个恒定的主极磁场。若用原动机拖动发电机转子以同步转速旋转，主磁极产生的恒定主极磁场随着转子的转动形成一个旋转磁场，在定子绕组中就会感应出交变电动势。因为结构设计使主磁场在空间按正弦规律分布，所以各相绕组中产生的交变电动势也随时间按正弦规律变化。即

a)同步发电机的工作原理b)三相电动势的波形

图9—1同步发电机

由于三相绕组在空间彼此互差1200电角度，在图9—1a所示旋转方向下，N极磁通将依次切割U相、V相、W相绕组。因此，定子三相电势大小相等，相位彼此互差l200电角度。设U相绕组的初相角为零，则三相电动势的瞬时值为：

同步发电机的定子绕组中就产生了如图9—1b所示的三相对称电动势，若在定子绕组上接上负载，则同步发电机就会向负载输出三相交流电流。

三相电动势的频率由发电机的磁极数和转速决定：当转子为一对磁极时，转子旋转一周，绕组中的感应电动势变化一个周期；当电机有对磁极时，则转子转过一周，感应电动势变化个周期。设转子每分钟转数为，则每秒钟旋转／60转，因此感应电动势每秒变化／60个周期，即电动势的频率，为：

我国国家标准规定工业交流电的频率为50Hz，汽轮发电机在高转速下运行比较经济，转速一般为=3000r/min或=1500r/min，发电机对应的磁极为一对磁极或为两对磁极。相反，水轮发电机为低速发电机，它的转子磁极对数很多，如=100r/min时，发电机磁极对数有30对。

（一）同步电动机的工作原理

1、定子旋转磁场与转子励磁磁场的关系

同步电动机的定子结构和三相异步电机是一样的，当通人三相对称电流时，它将产生一个同步速度旋转的正弦分布磁场，而这时转子上也有一个直流励磁正弦分布的磁场。当三相同步电动机正常工作时，转子也是以同步转速旋转，所以这两个磁场在空间上的位置是相互固定的，因此它们之间的作用也是固定的。

a)转子超前角b)转子落后角c)=0时

图9—4定子磁场与转子磁场的关系

根据这两个磁场的相对位置不同，可分成三种情况：

（1）转子磁场超前定子磁场角

（2）转子磁场落后定子磁场角

（3）转子磁场与定子磁场的夹角为零

2、失步现象

从前面分析看出，电动机运行时，定子磁场拖动转子磁场旋转。两个磁场之间存在着一个固定的力矩，这个力矩的存在是有条件的，必须两者的转速要相等，即同步才行，所以这个力矩也称为同步力矩。一旦两者的速度不相等，则同步力矩就不存在了，电机就会慢慢停下来。这种转子速度与定子磁场不同步，而造成同步力矩消失，转子慢慢停下来的现象，称为“失步现象”。

（二）同步电动机的启动方法

同步电动机启动时，定子上立即建立起以同步转速，z。旋转的旋转磁场，而转子因惯性的作用不可能立即以同步转速旋转，因此主极磁场与电枢旋转磁场就不能保持同步状态，而产生失步现象。所以同步电动机在启动时，没有启动力+矩，如果不采取其他措施，是不能自行启动的。

同步电动机的启动方法有辅助电动机启动法、调频启动法、异步启动法等。

同步电动机的启动方法

异步启动法的具体启动过程：

同步电动机将在启动绕组作用下，异步启动。当转速上升到接近于同步转速(约0.95)时，迅速给转子通入直流电流励磁，依靠定子旋转磁场与转子磁极之间的吸引力，将同步电动机牵入同步速度运行。转子到达同步转速以后，转子笼型启动