同步电机的基本知识和结构

同步电机的基本知识和结构

本章重点内容：1. 掌握同步电机的基本工作原理。2 ．掌握同步电机的转子转速与电动势频率的关系。3 ．了解同步电机的基本结构。4 ．了解同步电机的额定值。

同步电机的基本知识和结构§7-1 概述

什么是同步电机

同步电机：是一种旋转的交流电机，它的转子转速 n 与电动势频率 f 之间保持严格不变的关系。

对同步发电机，发出的电动势频率 f 满足

对同步电动机，转子转速满足

)(60

Hzpn

f

min)/(60

rp

fn

同步电机的基本知识和结构§7-1 概述

同步电机的运行方式

作为发电机运行－把机械能转换成电能汽轮发电机－原动机为汽轮机水轮发电机－原动机为水轮机其它原动机带动的发电机－柴油发电机，风力发电机等

作为电动机运行－把电能转换成机械能

作为调相机运行－向电网发送无功功率

同步电机的基本知识和结构§7-2 同步电机的基本工作原理

同步发电机基本构成：定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。

N SA

Z B

X

CY

1n

. N SA

Z B

X

CY

1n .横截面图凸极式隐极式

同步电机的基本知识和结构§7-2 同步电机的基本工作原理同步发电机

作为发电机运行时，用一原动机拖动转子旋转，转子励磁绕组中通入直流电，从而在气隙中产生一旋转的磁场，该磁场切割定子上的电枢导体，电枢绕组便感应出交流电动势。设气隙磁密按正弦分布，则在定子三相绕组里感应出正弦变化的三相电动势，交流电动势的频率取决于电机的极对数 p 和转子转速 n ，若电机为一对极，当转子旋转一周时，导体中感应电动势变化一个周波。

N SA

Z B

X

CY

1n

.


同步发电机

N SA

Z B

X

CY

1n

..

考察电枢导体 A 的感应电动势。 e = B l v ，右手定则。导体相对于磁场的运动方向。

N

S

A

Z B

X

CY

1n

.e = E max

电枢导体 A 处径向磁密等于 0 e = 0


同步发电机

NSA

Z B

X

CY

1n

. N

S

A

Z B

X

CY

1n

.e = － E max

电枢导体 A 处径向磁密等于 0 e = 0


同步发电机若为 p 对极，当转子旋转一周时，导体感应电动势变化 p 个周波。设转子每分钟旋转 n 转，则对 p 对极电机，导体感应电动势每分钟变化 pn 个周波，每秒钟变化 pn/60 个周波，这就是电动势的频率。

)(60

Hzpn

f

注：我国电力系统，规定交流电的频率为 50Hz ，因此极对数和转速有如下固定关系

min)/(30005060

rpp

n


同步电动机如果同步电机作为电动机运行，则必须在定子三相绕组上加上三相交流电压，三相交流电流流过定子绕组，会在电机里产生旋转磁场，当励磁绕组加上直流励磁电流时，转子好象是一个磁铁，于是旋转磁场带动这个磁铁，按旋转磁场的转向和转速旋转，从而实现把电能转换成机械能的目的。这时转子的转速 n 为

“ 同步”的概念 min)/(60

rp

fn

同步电机无论作为发电机还是电动机运行，当极数一定时，它的转速 n 和频率 f 之间保持严格不变的关系，用电机专业术语说，叫做“同步”，所以这种电机叫同步电机。

同步电机的基本知识和结构§7-3 同步电机的基本结构

汽轮发电机

转子特点：转速高，转轴细长，由高机械强度和导磁性能较好的合金钢锻成，并且和转轴作成一个整体，为隐极式转子。作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。

定子特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。

机座固定定子铁心。水轮发电机

转子特点：转速低，转轴短粗，为凸极式转子。作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。

定子特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。

同步电机的基本知识和结构§7-4 同步电机的励磁方式

同步电机工作时必须供给励磁绕组直流电流，以便建立励磁磁场。提供直流的电源及附属设备统称为励磁系统。获得励磁电流的方法称为励磁方式。

励磁系统的形式很多，按照励磁系统和发电机的关系，可分为他励式 (separately excited) 和自励式 (self-excited) 两类。


一、他励式励磁系统他励式励磁系统主要有下列几种。1 ．直流励磁机励磁系统

～A

L G

V

K

fi

fI

fR


2 ．他励式静止半导体励磁系统

～G

～G

～G8

7

3

9

10

5 2 41

6


3 ．旋转半导体励磁系统

～G

～GGS

自动励磁调节器

3

7

2

65 1

电压互感器

电流互感器

8

4

同轴旋转


二、自励式励磁系统1 ．自并励半导体励磁系统

3～GS

1

5 24

3

ABC

0


二、自励式励磁系统2 ．自复励半导体励磁系统

～GS1

7 26

4

ABC

0

5

3

同步电机的基本知识和结构§7-4 同步电机的励磁方式二、自励式励磁系统3 ．相复励励磁系统

1

ABC

0

2

3

456

I

相复励励磁系统的全称是相位补偿复励式励磁系统，它具有自励恒压特性。所谓恒压特性，就是这种励磁系统能自动调节发电机的励磁，使得在任何负载下端电压都能稳定在一定范围内

1 －发电机 2 －线性电抗器 3 －电流互感器 4 －桥式整流器 5 －整定电阻 6－起励装置

同步电机的基本知识和结构§7-4 同步电机的励磁方式二、自励式励磁系统4 ．三次谐波励磁系统

3

13 y

在电机定子上加装一套独立的三次谐波绕组，其线圈节距

把该绕组感应产生的三次谐波电动势引出，经整流后供给电机励磁绕组，这种方式称为三次谐波励磁方式。

同步电机的基本知识和结构§7-4 同步电机的励磁方式二、自励式励磁系统4 ．三次谐波励磁系统

A

B

C0

6

5

4

1

2

3

1 －发电机 2 －励磁绕组 3 －谐波绕组 4 －整流器 5 －调节电阻 6 －集电环

同步电机的基本知识和结构§7-5 同步电机的额定值

额定容量 SN或额定功率 PN

同步发电机：额定容量 SN 是指出线端的额定视在功率，一般以干伏安 (kVA) 或兆伏安 (MVA即百万伏安 )为单位；而额定功率 PN 是指发电机输出的额定有功功率，一般以千瓦 (kW) 或兆瓦 (MW ，即百万瓦 )为单位。

同步电动机： PN 是指轴上输出的有效机械功率，也用千瓦 (kW) 或兆瓦 (MW) 来表示。对于同步调相机，则用线端的额定无功功率来表示其容量。以千乏 (kVAR) 或兆乏 (MVAR)为单位。


额定电压 UN

指在额定运行时电机定子三相线电压，单位为伏 (V) 或千伏 (kV)。

额定电流 IN

指电机在额定运行时流过定子绕组的线电流，单位为安 (A)．


额定功率因数 cosφN

指电机在额定运行时的功率因数。

额定效率 ηN指电机额定运行时的效率。

对三相交流发电机 NNNNNN IUSP cos3cos

对三相交流电动机 NNNNN IUP cos3

同步电机的基本知识和结构

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