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同步电机道理

来源:鸿运,鸿运游戏,鸿运电子游戏发布时间:2020/01/25点击数:

  鸿运国际平台第四章 同步电机 第四章 同步电机 一、同步电机原理与结构 二、同步电机磁场分析 三、同步电机的电磁关系与等效电路 四、同步电机运行特性 第一节 同步电机的原理与结构 同步电机的原理与结构 ? 基本工作原理 ? 主要结构 ? 运行状态 ? 额定值 一、同步电机的基本原理 ? 转子直流励磁 ? 原动机拖动转子磁场以 速度n0旋转 ? 定子导体感生电动势,定 子带负载则有电流流过 ? 定子电流产生旋转磁场, 速度为n0 ? 转子导体受电磁力,形 成电磁转矩,和拖动转 矩平衡 n0 n0 同步发电机模型 同步电机特点: ? 转子转速与磁场转速相等(同步); ? 转子电流频率为零(直流) ? 用途 –发电 –无功调节 –电动机 二、同步电机的基本结构 ? 定子 –铁心:0.5mm硅钢片 –绕组:电枢绕组,产生感应电势和电磁转矩 –机座及固定部件 –端盖 ? 转子(凸极、隐极) –转子铁心 –励磁绕组 –阻尼绕组 –轴承 –护环、中心环、滑环和风扇等 结构相关 ? 旋转结构 –转枢式:电枢旋转 –转场式:磁场旋转 ? 结构形式 –隐极式:气隙均匀 –凸极式:气隙不均匀 磁极冲片 凸极同步电机磁极装配 1—阻尼绕祖;2—磁极铁心; 3—励磁绕组;4—磁轭; 5—磁极T形尾固定部分。 定子 滑环 转子(励磁) 隐极、凸极比较 ? 凸极转子:制造方便,但机械强度较差, 因此多用在离心力较小,转速较低的中小 型电机中或用在水轮发电机中。 ? 隐极转子:机械强度好,但制造工艺较复 杂,因此多用在离心力较大、转速较高的 电机中。例如汽轮发电机多采用隐极结构。 汽轮发电机定子结构 ? 同步电动机的转子结构图 三、同步电机的励磁方式 同步电机运行时,必须在励磁绕组中通入直流电流, 建立励磁磁场。将供给励磁电流的整个装置称为励磁系 统。 (1) 直流励磁机励磁 励磁绕组由小型直流发电机供电 (2) 静止整流器励磁 交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组 (3) 旋转整流器励磁 交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组 旋转励磁,无电刷 四 、同步电机的冷却方式 随着单机容量的不断提高,大型同步电机的发 热和冷却问题日趋严重,冷却方式也不断改进。同步 电机的冷却方式主要有以下几种。 空气冷却 氢气冷却 冷却 五、同步电机的运行状态 功角 0 0 发电机状态 理想空载 调相机 电动机状态 同步发电机 不同运行方式 ? ? ? ? E 01 ? jI 1 x jI x ? ? ? E ? U ? I ra ? j I x ? U? j I x ? ? E0 ? U I ? ? E02 I3 ? ? ? jI 2 x ? I1 ? I2 ? φ2 φ3 φ1 E 03 j I3 x 六、额定值 ? ? ? ? ? ? 额定容量SN(kVA)或额定功率PN 额定电压UN 额定电流IN 额定功率因数cos?N 额定效率η N 额定频率fN、额定转速nN、额定励磁电流IfN、 额定励磁电压UfN等 发电机: PN ? 3U N I N cos? N 电动机: PN ? 3U N I N?N cos? N 第二节 同步电机的磁场分析 -电枢反应 同步电机运行分析 1 、空载运行: ? 额定转速n,电机极对数p ? 转子励磁绕组通直流电流If,产生磁通?0 ? 定子绕组感应电势E0,定子开路,电流Ia=0 ? 电机中仅存在直流励磁电流If pn 感应电势频率: f ? 60 感应电势有效值:E0 ? 4.44 f N 1k N 1?0 ?0 ? f? 凸极同步发电机的空载磁场 2、空载特性 ? 空载特性 E0 ? f ( I f ) ? 磁化曲线 ? f ( F f ) 3 、负载运行(电枢反应) 负载对称 ? 三相电流对称 ? 产生圆形旋转磁场 60 f 磁场转速: n? p 空载磁场: F? ? Ff 负载磁场: F? ? F f ? Fa 电枢反应 **实质:研究同步发电机负载时内部的电磁情况。 电枢反应 负载以后,除转子磁势外,定子三相电流也 产生电枢磁势。电枢磁势的存在,将使气 隙中磁场的大小及位置发生变化,这种现 象称之为电枢反应。电枢反应的性质主要 决定于空载电势和负载电流之间的夹角ψ , 亦即决定于负载的性质。 几个概念 ①内功率因数角:E0和Ia之间的夹角,与 电机本身参数和负载性质有关; ②外功率因数角φ:与负载性质有关; ③功率角(功角)θ:E0和U之间的夹角; 且有=φ+ θ (电感性负载) ④直轴(d轴):主磁极轴线(纵轴); ⑤交轴(q轴):转子相临磁极轴线间的中 心线为交轴(横轴) 下面从三种极限情况出发进行研究,即 (1) Ia和E0同相位,即ψ=0; (2) Ia滞后E0 90电角度,即ψ=90 °; (3) Ia超前E0 90电角度,即ψ=-90 °; 凸极电机的双反应理论 ? 双反应理论:Fa的轴线既不和直轴也不和 交轴重合时,可以把Fa 分解为直轴分量 Fad和交轴分量Faq ,之后求出直轴和交 轴各自的电枢反应值,最后把它们的效果 叠加起来。 (1) Ia和 E0同相位(ψ =0)时的电枢反应 ? 感应电势为最大值。 ? 电流也在此瞬间到达最大值。 ? 电枢磁势与A相绕组中心线相重合。 ? 电枢磁势滞后于转子磁势90 ? 交轴电枢反应。 (2)Ia滞后E090电角度(ψ=90 °)时的电枢反应 电枢磁势产生去磁作用,称为直轴去 磁电枢磁势。 (2)Ia超前E090电角度(ψ=90 °)时的电枢反应 电枢磁势产生增磁作用,称为直轴增 磁电枢磁势。 (4)I与E0相差锐角相位时的电枢反应 ? 电枢反应不仅存在交轴分。