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来源:鸿运,鸿运游戏,鸿运电子游戏发布时间:2020/01/25点击数:

  同步电机_物理_自然科学_专业资料。同步电机 第九章 同步电机的基本理论和 运行特性 信息学院 信工系 电气工程及其自动化 目 录 9.1 同步电机的结构 9.3 同步电机的空载运行 9.4 对称负载时的电枢反应 9.5 隐极同步

  同步电机 第九章 同步电机的基本理论和 运行特性 信息学院 信工系 电气工程及其自动化 目 录 9.1 同步电机的结构 9.3 同步电机的空载运行 9.4 对称负载时的电枢反应 9.5 隐极同步发电机的分析方法 9.6 凸极同步发电机的分析方法 9.8 同步发电机的空载、短路和负载特性 9.10 同步发电机的稳态运行特性 第一节 同步电机的结构 1、基本特点 ①根据电磁感应原理工作的交流旋转电机 ②转子转速固定为同步转速 n ? n1 ? 60 f p 当f=50Hz时,p=1、2、3、4、5… 则: n=n1=3000、1500、1000、750、600… 2、主要用途 ①主要作发电机 ②电动机(无需调速、低速大功率机械) ③补偿机(空转的同步电动机,向电网输送无功功率) 一、同步电机的基本工作原理 A、同步发电机 定子 铁芯 电枢绕组 转子 铁芯 励磁绕组(直流) 相电势大小: E? ? 4.44 fNK w? m 频率: f ? pn 60 转子加 直流励磁 原动机 拖动转子 转子磁场 切割定子绕组 感应 三相交流电势 B、同步电动机: ? 定子:三相绕组通入三相交流电→产生气隙旋转磁场 I ABC 60 f ? ? a ? n1 ? p ? 转子:磁极的励磁绕组通入直流电产生转子磁场 If ?? ? 定子、转子相互吸引,转子跟随定子旋转磁场旋转 60 f n ? n1 ? p 可见:无论是同步发电机还是同步电动机,恒有: 60 f n ? n1 ? p ? 电枢磁场 Fa 两 种 旋 转 磁 场 (交流励磁的电气旋转磁场) ? 转子磁极磁场 F f (直流励磁的机械旋转磁场) ★思考:区别(产生机理、转速)? 二、同步电机的构造特点 隐极式 旋转磁极式 凸极式 电枢:高电压、大电流,装在定子便于引出电流 电 机 磁极(励磁):电流小,通过电刷可以引入电流 旋转电枢式 用于小容量或特殊用途同步电机 如同步电机的交流励磁机 同步电机的组成:定子、气隙、转子 定子 转子 转子磁极铁芯 B C 定子铁芯 定子绕组 电刷 S N C B 转子励磁绕组 集电环 (滑环) A N S + A 气隙 图 1、定子 组成:铁芯、绕组、机座及其他部件 0.35~0.5mm硅钢片,叠压 定子铁芯 定子绕组 由扇型片拼成,省材,便于运输 矩形开口槽,径向,轴向通风道 —三相对称双层绕组(电枢) 扁铜线绕制而成,采用成型线圈 机 座 —用钢板焊接而成 其他部件 —隔振结构、电刷等 隐极机定子 (隐)内定子插入外机座 (隐)外机座加工 凸极机定子机座 2、转子 汽轮发电机转子(隐极) ?最大直径限制在1m左右 ?瘦长型:采用增大长度来增大容量(l/D=5~7) ?形式:整块式、组合式 ?其它部件:转轴、风扇、集电环 ?大齿:小齿=1:2 水轮发电机转子(凸极) ?结构:凸极、极靴、阻尼绕组、 转子支架 ?形式:矮胖,直径大(10m) 吊装中的水轮发电机转子(320MW) ?安装:悬式、伞式(见下图) 水 轮 发 电 机 组 汽轮发电机组 三、同步电机的额定值(铭牌) ? 额定容量SN(或功率PN):额定运行时的输出容量(或功率) ? 额定电压UN ——定子的线电压 ? 额定电流IN ——定子的线电流 ? 额定功率因数cosθN ——额定运行时电机的功率因数 ? 额定频率fN ——我国标准工频50Hz ? 额定转速nN ——即为同步转速 ? 额定效率ηN ? 额定励磁电压UfN和额定励磁电流IfN 课时小结 ? 同步电机的基本特点和主要用途? ? 电机产生旋转磁场有哪些?它们间有什么异同点? ? 隐极机和凸极机的各自的结构、特点? ? 同步电机的额定值? 第三节 同步电机的空载运行 ?空载的定义 If=IfN,n=nN 定子绕组开路的状态 ?空载电动势E0 空载电动势E0随时间变 化规律与转子磁场沿空 沿气 隙 分布 绕组 磁通 间分布规律相同。 感应 电动势 一、隐极式同步电机的空载磁动势 基波分量 F f1 ? Ff 实际波形 Ff ? I f ? N f x 转子磁极 图12-13 隐极同步电机转子磁势 ?定义:励磁磁动势波形系数 转子绕组 k f ? Ff 1 Ff kf取决于r(小齿齿距之和/极距) 二、凸极式同步电机的空载磁动势 f Ff 实际波形 基波分量 x F f1 ? ?? 转子绕组 转子磁极 图12-14 凸极同步电机转子磁势 Ff 1 ? 4 ? F f sin ?? 2 kf ? 4 ? sin ?? 2 三、时间相量和空间矢量 ?空间矢量:在空间按正弦规律分布的量 气隙磁动势基波分量 气隙磁密基波分量 ? Ff 1 ? Bf 1 ?时间相量:随时间按正弦规律变化的量 定子绕组所匝链的磁通 定子绕组感应电动势 ? ?0 ? E0 ?时空矢量图的定义:将具有相同角速度的空间矢量和 时间相量画在同一坐标即为时空矢量图。 ?同步电机空载时的时空矢量图 时间相量和空间矢量都以相绕组轴线作为参考轴。 A相轴/时轴 交轴 Z B ω1=2πf E0 A N S 直轴 X Ff1 φ0 Bf1 Y C 交轴 同步电机空载时的时空矢量图 四、空载电动势相量 ?气隙磁场由转子磁极建立 ?磁通:主磁通和漏磁通 ?主磁路:气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身、转子轭 ? E0 A ? E0 ?0? ? E0 B ? E0? ? 120? ? E0C ? E0?120? E0 ? 4.44 fN1k N 1? 0 五、电压波形的正弦畸变率 ?定义: kv ? U 2 m2 ?U 2 m3 ???U 2 mk ?? U m1 ? ?U n?2 ? 2 mn U m1 额定容量为10VA到1MVA的交流发电机,其线电压波形允许的 正弦畸变率不超过10% 额定容量为1MVA以上的交流发电机,其线电压波形允许的正 弦畸变率不超过5% 课时小结 1. 同步发电机空载时气隙磁动势是定子还是转子产 生的?磁动势实际波形是什么波(隐极和凸极)? 1. 同步发电机怎样产生三相交流电能?同步电动 机怎样将电能转换成机械能? 2. 电枢旋转式和磁极旋转式同步电机有何不同? 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式? 3. 观察同步发电机外形,能否区分它是汽轮发电 机还是水轮发电机? 4. 为什么水轮发电机要用阻尼绕组,而汽轮发 电 机可不装阻尼绕组? 5. 同步电机的空气隙磁场,在空载时是如 何激励的? 第四节 对称负载时的 电枢反应 ?电枢反应的概念 电机带负载后,电枢电流产生的磁场将使空载气隙磁 场的分布发生变化,从而使绕组中的感应电动势发生 变化,这种现象称为电枢反应。 ?三个特殊角 这是为了分析电 机特性而引入的 角度 ? 内功率因数角 ? :是 I? 与E0 的时间相位。