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1、第四篇 同 步 电 机,第十五章 同步电机的基本结构和工作原理,电气工程与自动化学院主讲 黄灿水2016.3,配套教材：电机学，林荣文（福州大学），中国电力出版社，2014.1,第十五章 同步电机的基本结构和工作原理 15.1 同步电机的基本结构形式 15.2 同步电机的基本工作原理 15.3 同步电机的励磁系统 15.4 同步电机的额定值,目 录,第一节 同步电机的基本结构形式,1、基本特点 根据电磁感应原理工作的交流旋转电机 转子转速固定为同步转速,2、主要用途 主要作发电机 电动机（无需调速、低速大功率机械、改善功率因数）补偿机（空转的同步电动机，向电网输送无功功率）,当f=50Hz时，
2、p=1、2、3、4、5 则：n=n1=3000、1500、1000、750、600,3、结构形式分类：,A、旋转磁极式,电枢：高电压、大电流，装在定子便于引出磁极(励磁)：电流小，通过电刷可以引入转子,B、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,一、定子（同一般的交流电机相似；尺寸大，常采用拼装）,组成：铁芯、绕组、机座及其他部件,0.35或0.5mm硅钢片，叠压定子铁心 由扇型片拼成，省材，便于运输矩形开口槽,径向,轴向通风道定子绕组三相对称双层绕组(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,(
3、隐)外机座加工,凸极机定子机座,二、转子,1、隐极式转子结构（汽轮发电机）,最大直径限制在1m左右细长型：增大长度来增大容量（l/D=2.56.5)材料：良好导磁的合金钢锻成其它部件：转轴、风扇、集电环大齿：小齿=1：2,2、凸极式转子结构(水轮发电机）,吊装中的水轮发电机转子(320MW),结构：凸极、极靴、阻尼绕组、转子支架粗短型：直径大（10m）安装：悬式、伞式(见下图),2、凸极式转子结构(水轮发电机）,阻尼绕组的作用：抑制转子机械振荡；启动绕组；消除不对称运行的影响。,a、悬式：优减小振动和增加机械稳定性，用于高速 缺轴向高度大，投资成本高b、伞式：优减小电机的轴向高度和厂房高度，节
4、约投资 缺机械稳定性稍差，用于低速,2、凸极式转子结构(水轮发电机）,三、端盖和轴承,端盖：将电机本体两端封闭起来，与机座、定子铁芯和转子一起构成完整的通风系统。采用无磁性硅铝合金浇铸，减少涡流和磁滞损耗,轴承：（隐）承受巨大转子重量和离心力，采用没膜液体润滑座式轴承；（凸）推力轴承承受旋转部分的重量及水轮机的轴向推力，是凸极机制造关键技术。,隐极式（Salient-pole）,凸极式（Cylindrical-Rotor）,总结对比,电枢磁场(交流励磁的旋转磁场),转子磁极磁场(直流励磁的机械旋转磁场),思考：区别（产生机理、转速、分布）？,一、两种旋转磁场,第二节 同步电机的基本工作原理,二
5、、基本工作原理A、同步发电机,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,转子加直流励磁,定子铁芯电枢绕组(交流)转子铁芯励磁绕组(直流),B、同步电动机：定子：三相绕组通入三相交流电产生电枢旋转磁场转子：磁极的励磁绕组通入直流电产生转子磁场定子、转子相互吸引，转子跟随定子旋转磁场旋转,可见：无论是同步发电机还是同步电动机，恒有：,同步电机的三种运行方式:,转子磁场Ff超前于电枢磁场FaTe与n1反向,转子磁场Ff滞后于电枢磁场FaTe与n1同向,第三节 同步发电机的励磁系统,励磁系统为同步电机提供励磁电流(直流)的整个系统,一、励磁系统应满足的条件:能稳定提供发电机从空载到满载(
6、及过载)所需的If当电网电压减小时,能快速强行励磁,提高系统稳定性.发电机突然甩负荷时能快速减磁，限制电压过高当电机内部发生短路故障时,能快速灭磁.多台并联运行时，能够成组配合调节无功功率.,直流励磁机与同步发电机同轴最常用直流并励发电机;也有采用它励直流发电机一般带有自动电压调节器(AVR),1、直流励磁机励磁系统,注：红色为转动部件,2、交流励磁机整流励磁系统,1）静止整流励磁系统(他励),交流励磁机与整流装置相配合又可分为静止整流励磁和旋转整流励磁无电刷和集电环，系统运行可靠，励磁容量高,2）旋转整流励磁系统(无刷励磁系统),主励磁机采用旋转电枢式三相同步发电机无电刷和集电环，运行可靠，适用于防燃防爆场合但灭磁时间常数大，转子绕组保护困难,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 额定运行时的电枢绕组线电压 额定电流IN 额定运行时的电枢绕组线电流 额定功率因数cosN额定运行时电枢绕组功率因数 额定频率fN 我国标准工频50Hz额定转速nN 即为同步转速（r/min）额定效率N（发电机：)（电动机：)额定励磁电压UfN和额定励磁电流IfN,第四节 同步电机的额定值,
