第六章同步电机课件.ppt

第六章 同步电机  同步电机也是一种常用的交流电机。 与感应电机相比较，特点是，稳态运行时，转子的转速n与极对数p和频率f之间具有固定不变的关系： 同步转速 从原理上看，同步电机既可用作为发电机，也可用作为电动机或补偿机。现代发电站中的交流发电机几乎全部都是同步发电机，在工矿企业和电力系统中，同步电动机和补偿机也有使用。 主要内容 以发电机为主进行分析 同步电机的基本结构、运行原理 空载运行；负载时的电枢反应；同步发电机的基本方程； 同步电机内的能量转换 同步发电机并联运行 同步发电机的工作原理： 同步电机的构造图，在定子铁芯上开槽槽内放置导线，转子上装有磁极及励磁绕组。当励磁绕组通以直流电流时，电机内就会产生磁场，如果转动转子使磁场与定子导线之间有相对运动，就会在定子导线中感应出交流电势。加把这些导线按一定规律联成三相的电枢绕组，即可以从该绕组中引出三相交流电势。 这个交流电势的频率f决定于电机的极对数p和转子每分钟的转数n(r/min)。由于每一转对应p对磁极，转子每秒钟转数为n／60，因此每秒钟有pn/60个对磁极切割定子导线，使它的感应电势交变pn/60个周期，换句话说，该电势的频率为： f与n之间这种固定关系，是同步电机的一个特征。 若定子三相电枢绕组与三相负载相连，则三相定子绕组中流通三相电流，产生三相合成旋转电枢磁势，基波转速n1 即，电枢磁势与转子同转速、同转向——同步。 即，电枢磁势与转子磁势二者同步、相对静止。 同步电机做电动机： 三相定子绕组与电源接通，产生三相合成基波磁势，转速为同步速： 同时转子直流励磁产生恒定主极磁场； 两个磁场间有相互电磁力作用，使得电枢磁场拖着主极磁场同步转动，转子转速n=n1。 隐极电机的励磁绕组嵌埋于转子槽内，沿转子圆周气隙可视为是均匀的。励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形，受齿槽的影响，气隙磁密呈现出波动变化。用谐波分析法可求出其基波分量。合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波。 （二）主漏磁通 1、主磁通?0：既与转子交链，又经气隙与定子交链的磁通。为一以同步转速旋转的旋转磁场，磁密波形沿气隙圆周近似作正弦分布，其基波分量的每极磁通用?0表示，?0参与电机的机电能量转换。 2、漏磁通?f?：除?0外的所有谐波成分，及励磁磁场中仅与转子励磁绕组交链而不与定子交链的磁通。?f?不参与电机的机电能量转换。 4、空载特性曲线的饱和系数： E0＝UN处 空载磁动势Ff0＝ac；气隙部分消耗的磁动势Fδ=ab；其差是由铁心饱和引起的磁压降。 电机磁路饱和系数kμ： 2、凸极机：d轴：直轴，主磁极轴线（转子磁极轴线） q轴：交轴，N、S之间的中心线，滞后d轴90° 3、时空矢量图 Ff中的基波分量Ff1 (空间矢量）与由它产生的Bf1 (空间矢量）及?0 (时间矢量）同相位，波幅为d轴正方向； E0 (时间矢量）滞后?0900 。 结论： 随轴同转的转子磁势Ff (称为机械旋转磁势)；电枢旋转磁势Fa(称为电气旋转磁势)。转速均为同步速n1，而且转向一致，二者在空间处于相对静止状态，可以用矢量加法将其合成为一个合成磁势F。 因此，气隙中的磁场由主极磁场与电枢磁场二者合成。气隙磁场可以看成是由合成磁势F在电机的气隙中建立起来的磁场。也是以同步转速n1旋转的旋转磁场。 电枢反应会对电机性能产生重大影响 电枢反应的性质（去磁、助磁或交磁）决定于空间相量Fa和Ff1之间的相对位置，这一相对位置仅与时间相量è0和ì之间的相位差ψ相关连。即取决于以E0作为电动势供电的相回路内总电抗与总电阻的比值，故ψ称为内功率因数角。其大小由负载的性质决定。 ψ不同于功率因数角φ(电机端压U和电枢电流I的夹角)。 3. 正方向规定 相绕组轴线正方向：假定相绕组首端(A，B，C)电流方向为“.”，尾端(X，Y，Z)电流方向为“Χ”，按右手螺旋，得A、B、C三个相轴线，空间互差120°空间电角，组成空间固定坐标系统。 转子d轴和q轴正方向：规定转子N极磁力线穿出的方向，d轴；逆转子转向转过90°空间电角，q轴。由于转子旋转，d轴和q轴随转子转动组成空间旋转坐标系统。 电枢反应的影响： 合成磁势F?的轴线位置从空载时直轴处逆转子转向后移一个锐角，改变磁场分布。形成Ff1“拖着”F?同步转动，主极转子受到电磁制动性质的转矩。 幅值较空载时略有增大。 I和E0同相，发电机有有功功率输送到电网，同步电机处于发电运行状态。 电枢反应的影响： Ff1和Fa在d轴上，Fa对Ff1起去磁作用，合成磁势F?的幅值减小。 F?与Ff1都在d轴上，两者之间没有切向作用力，没有电磁转矩，不进行机电能量转换。 (3)ψ=180° E0超前I 180°，反相 Fa