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1、电机学同步电机的基本知识和结构第1页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构同步电机的基本知识和结构7-1 概述概述什么是同步电机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与电动势频率与电动势频率f之间保持严格不变之间保持严格不变的关系。的关系。对同步发电机，发出的电动势频率对同步发电机，发出的电动势频率f满足满足对同步电动机，转子转速满足对同步电动机，转子转速满足 第2页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构同步电机的基本知识和结构7-1 概述概述同步电机的运行方式同步电机的运行方式第3页
2、，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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机的基本工作原理同步发电机同步发电机基本构成：定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。基本构成：定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。横截面图横截面图 凸极式凸极式 隐极式隐极式 第4页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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机的基本工作原理同步发电机同步发电机作为发电机运行时，用一原动机拖动转子旋转，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，从而在气隙中产转子励磁绕组中通
3、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于电机的极对数 p 和转子转速和转子转速 n，若电机为，若电机为一对极，当转子旋转一周时，导体中感应一对极，当转子旋转一周时，导体中感应电动势变化一个周波。电动势变化一个周波。第5页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构
4、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机的基本工作原理同步发电机同步发电机考察电枢导体考察电枢导体 A A 的感应电动势。的感应电动势。e=B l v e=B l v，右手定则。导体相对于，右手定则。导体相对于磁场的运动方向。磁场的运动方向。e=E max e=E max 电枢导体电枢导体 A A 处径向磁密等于处径向磁密等于0 0 e=0 e=0第6页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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机的基本工作原理同步发电机同步发电机e=e=E max E max 电枢导体电枢导体 A A 处径向磁
5、密等于处径向磁密等于0 0 e=0 e=0第7页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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机的基本工作原理同步发电机同步发电机若为若为 p 对极，当转子旋转一周时，导体感应电动势变化对极，当转子旋转一周时，导体感应电动势变化 p 个周波。设转个周波。设转子每分钟旋转子每分钟旋转 n 转，则对转，则对 p对对极电机，导体感应电动势每分钟变化极电机，导体感应电动势每分钟变化 pn 个周波，每秒钟变化个周波，每秒钟变化 pn/60 个周波，这就是电动势的频率。个周波，这就是电动势的频率。注：我国电力系统，规定交流电的频率为
6、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，因此极对数和转速有如下固定关系定关系第8页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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机的基本工作原理同步电动机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，加上直流
7、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。这时转子的转速时转子的转速 n 为为 “同步同步”的概念的概念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，它的转速转速 n 和频率和频率 f 之间保持严格不变的关系，用电机专业术语说，叫做之间保持严格不变的关系，用电机专业术语说，叫做“同同步步”，所以这种电机叫同步电机，所以这种电机叫同步电机。第9页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本
8、知识和结构同步电机的基本知识和结构7-3 同步电机的基本结构同步电机的基本结构汽轮发电机汽轮发电机转子转子特点：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。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。作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。定子定子特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。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。作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。机座机座固定定子铁心。固定定子铁心。水轮发电机水轮发电机
9、转子转子特点：转速低，转轴短粗，为凸极式转子。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。作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。定子定子特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。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。作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。第10页，共26页，编辑于2022年，星期日第11页，共26页，编辑于2022年，星期日第12页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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。
10、提供直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。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)和自励式和自励式(self-excited)两类。两类。第13页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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
11、建立励磁磁场。提供直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。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，可分为他励式式(separately excited)和自励式和自励式(self-excited)两类。两类。第14页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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的励磁方式 一、他励式励磁系统一、他励式励
12、磁系统他励式励磁系统主要有下列几种。他励式励磁系统主要有下列几种。1直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统 第15页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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的励磁方式 2他励式静止半导体励磁系统他励式静止半导体励磁系统第16页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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的励磁方式 3旋转半导体励磁系统旋转半导体励磁系统第17页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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的励
13、磁方式 二、自励式励磁系统二、自励式励磁系统1自并励半导体励磁系统自并励半导体励磁系统第18页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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的励磁方式 二、自励式励磁系统二、自励式励磁系统1自并励半导体励磁系统自并励半导体励磁系统第19页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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的励磁方式 二、自励式励磁系统二、自励式励磁系统2自复励半导体励磁系统自复励半导体励磁系统第20页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构同步电机的基本
14、知识和结构7-4 同步电机的励磁方式同步电机的励磁方式 二、自励式励磁系统二、自励式励磁系统3相复励励磁系统相复励励磁系统 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 第21页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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的励磁方式 二、自励式励磁系统二、自励式励磁系统4三次谐波励磁系统三次谐波励磁系统在电机定子上加装一套独立的三
15、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。第22页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构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的励磁方式 二、自励式励磁系统二、自励式励磁系统4三次谐波励磁系统三次谐波励磁系统1发电机 2励磁绕组 3谐波绕组 4整流器 5调节电阻 6集电环第23页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构同步电机的基本知识和结构7-5 同步电机的额定值同步电机的额定值额定容量额定容量SN或额定功率或额定功率PN同步发电机：额定容量同步发电机：额定
16、容量SN是指出线端的额定视在功率，一般以干伏是指出线端的额定视在功率，一般以干伏安安(kVA)或兆伏安或兆伏安(MVA即百万伏安即百万伏安)为单位；而额定功率为单位；而额定功率PN是指发电是指发电机输出的额定有功功率，一般以千瓦机输出的额定有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦或兆瓦(MW，即百万瓦，即百万瓦)为为单位。单位。同步电动机：同步电动机：PN是指轴上输出的有效机械功率，也用千瓦是指轴上输出的有效机械功率，也用千瓦(kW)或兆瓦或兆瓦(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。以千乏容量。以千乏(kVAR)或兆
17、乏或兆乏(MVAR)为单位。为单位。第24页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构同步电机的基本知识和结构7-5 同步电机的额定值同步电机的额定值额定电压额定电压UN 指在额定运行时电机定子三相线电压，单位为伏指在额定运行时电机定子三相线电压，单位为伏(V)或千伏或千伏(kV)。额定电流额定电流IN 指电机在额定运行时流过定子绕组的线电流，单位为安指电机在额定运行时流过定子绕组的线电流，单位为安(A)(A)第25页，共26页，编辑于2022年，星期日同步电机的基本知识和结构同步电机的基本知识和结构7-5 同步电机的额定值同步电机的额定值额定功率因数额定功率因数 cosN指电机在额定运行时的功率因数。指电机在额定运行时的功率因数。额定效率额定效率N N指电机额定运行时的效率。指电机额定运行时的效率。对三相交流发电机对三相交流发电机 对三相交流电动机对三相交流电动机 第26页，共26页，编辑于2022年，星期日