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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
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
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
同步电机的基本知识和结构§7-2 同步电机的基本工作原理
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。
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。
同步电机的基本知识和结构§7-4 同步电机的励磁方式
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
同步电机的基本知识和结构§7-4 同步电机的励磁方式
2 .他励式静止半导体励磁系统
~G
~G
~G8
7
3
9
10
5 2 41
6
同步电机的基本知识和结构§7-4 同步电机的励磁方式
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
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1 .自并励半导体励磁系统
3~GS
1
5 24
3
ABC
0
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1 .自并励半导体励磁系统
3~GS
1
5 24
3
ABC
0
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。
同步电机的基本知识和结构§7-5 同步电机的额定值
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).
同步电机的基本知识和结构§7-5 同步电机的额定值
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