《电机技术应用》课件 4.1.1 同步电机的原理和分类.pptx

同步电机原理和分类

同步电机

与异步电机一样，同步电机也是一种常用的交流旋转电机。同步的含义是：

稳态运行时，转子转速等于同步转速，与负载大小无关，转速n与电网频率f之间的关系为：n=60f/p。

同步电机主要用作发电机，现代水电站、热电厂和核电站的交流发电机组几乎全部都是同步发电机。

同步发电机：把机械能转化为电能，向电网发出交流电，是同步电机最主要的运行方式，比如汽轮发电机和水轮发电机；

同步电动机：把电能转化为机械能；

同步调相机：实际上是一台接在电网上空载的同步电动机，用于改善电网的功率因数。

什么是同步电机

三种应用

火电厂的生产现场

认识同步电机

认识同步电机

岭澳一期核电站发电机组

认识同步电机

国产200MW汽轮发电机定子国产300MW汽轮发电机

认识同步电机

现场运行的水轮发电机

认识同步电机

司步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁。励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场，原动机拖动转子以转速n旋转时，其磁场切割定子绕组

而感应三相交流电动势E₀

Eou=E。∠0°Eov=E₀∠-120°Eow=E₀∠120°

如果带三相对称负载运行时，则在定子三相绕组中产生三相对称电枢电流ia、ib、i。三相对称电流的频率为：

1一定子铁心；2一转子；3—滑环；

4—电刷；5一磁力线

同步电机原理

物理过程

发电机的物理过程电动机的物理过程

水轮发电机、同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式，极数多，转速低。汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速为3000转/分钟。

按原动机类别

{

汽轮发电机水轮发电机柴油发电机

旋转电枢式

旋转磁极式

按运行方式

{

发电机电动机调相机

隐极式

凸极式

同步电机分类

按结构型式

隐极同步电机转子圆柱形，在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，转子机械强度高，励磁绕组固定容易，适合于高速发电机。

凸极同步电机有明显的凸出的磁极，气隙不均匀，制作简单，适合于低速发电机。

电网~

励磁

凸极式

隐极和凸极两种型式

同步电机分类

十

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)。

合成磁场：定子磁场和转子磁场的合成，以同步速旋转。

同步电机运行于哪种状态，取决于转子磁场轴线领先合成磁场轴线的夹角δ(功率角)。δ0,发电机状态；δ0,电动机状态；δ=0,补偿机状态。

同步电机运行状态

同步电机运行状

态

1、发电机状态：δ0

电枢合成磁场的等效磁极

SN

1δ

a)发电机

δ0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。

b)补偿机

δ=0时，不进行能量转换，仅发出或吸收无功功率，作为补偿机运行。

2、补偿机状态：δ=0

电枢合成磁场的等效磁极

SN

ns

No主极

N₀主极

So主极

So主极

ns

Te

δ0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。

电枢合成磁场的等效磁极

S

N₀

主极

同步电机运行状

态

3、电动机状态：δ0

N

6

So主极

c)电动机

ns

Te

直流副励磁机(并励)

G—

直流主励磁机(他励)

fG

同步发电机

G

HI

1、直流励磁机励磁

以直流发电机作为励磁电源，在同步发电机发展的早期历史，首先获得应用。目前中、小型发电机还有一部分采用这种励磁方式。直流励磁机与同步发电机

同轴，采用并励或他励，或负载电流反馈的复式励磁。

同步电机励磁系统

(2)静止整流器励磁

整流器励磁又分为静止式和旋转式两种。静止整流器励磁主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机同轴，副励磁机励磁电流开始由外部直流电源提供，待电压建立起来后转为自励(有时采用永磁发电机)。副励磁机输出电流经静止晶

主励磁机输出

的交流电流经静止三相桥式硅整流器

整流后供给主发电机的励磁绕组。

交流主励磁机

S-

静止硅整流器

闸管整流器整流后供给主励磁机。

+O-

交流副励磁机

GS

晶闸管整流器

主发电机

S

电压互感器

—0—

自励恒压器

电压调整器

电流互感器

(3)旋转整流器励磁

静止整流器直流须经电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量同步发电机，励磁