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1、同步电机的基本知识和结构,本章重点内容：,1.掌握同步电机的基本工作原理。2掌握同步电机的转子转速与电动势频率的关系。3了解同步电机的基本结构。4了解同步电机的额定值。,同步电机的基本知识和结构,7-1 概述,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n与电动势频率f之间保持严格不变的关系。,对同步发电机，发出的电动势频率f满足,对同步电动机，转子转速满足,同步电机的基本知识和结构,7-1 概述,同步电机的运行方式,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,同步发电机,基本构成：定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。,横截面图 凸极式 隐极式,同步电机的基本知
2、识和结构,7-2 同步电机的基本工作原理,同步发电机,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于电机的极对数 p 和转子转速 n，若电机为一对极，当转子旋转一周时，导体中感应电动势变化一个周波。,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,同步发电机,考察电枢导体 A 的感应电动势。e=B l v，右手定则。导体相对于磁场的运动方向。,e=E max,电枢导体 A 处径向磁密等于0
3、 e=0,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,同步发电机,e=E max,电枢导体 A 处径向磁密等于0 e=0,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,同步发电机,若为 p 对极，当转子旋转一周时，导体感应电动势变化 p 个周波。设转子每分钟旋转 n 转，则对 p对极电机，导体感应电动势每分钟变化 pn 个周波，每秒钟变化 pn/60 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50Hz，因此极对数和转速有如下固定关系,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,同步电动机,如果同步电机作为电动机运行，则必须在定子三
4、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，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 n 为,“同步”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，它的转速 n 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“同步”，所以这种电机叫同步电机。,同步电机的基本知识和结构,7-3 同步电机的基本结构,汽轮发电机,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 成，并且和转轴作成一个整体，为隐极式转子。作用：固定
5、励磁绕组，产生励磁磁场。,定子,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。,机座,固定定子铁心。,水轮发电机,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。,定子,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。,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。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
6、励式(self-excited)两类。,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。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(self-excited)两类。,同步电机的基本知识和结构,7-4 同步电机的励磁方式,一、他励式励磁系统他励式励磁系统主要有下列几种。1直流励磁机励磁系统,同步电机的基本知识和结构,7-4 同步电机的励磁方式,2他励式静止半导体励磁系统,同步电机的基本知识和结构,
7、7-4 同步电机的励磁方式,3旋转半导体励磁系统,同步电机的基本知识和结构,7-4 同步电机的励磁方式,二、自励式励磁系统1自并励半导体励磁系统,同步电机的基本知识和结构,7-4 同步电机的励磁方式,二、自励式励磁系统1自并励半导体励磁系统,同步电机的基本知识和结构,7-4 同步电机的励磁方式,二、自励式励磁系统2自复励半导体励磁系统,同步电机的基本知识和结构,7-4 同步电机的励磁方式,二、自励式励磁系统3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
8、 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,同步电机的基本知识和结构,7-4 同步电机的励磁方式,二、自励式励磁系统4三次谐波励磁系统,在电机定子上加装一套独立的三次谐波绕组，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。,同步电机的基本知识和结构,7-4 同步电机的励磁方式,二、自励式励磁系统4三次谐波励磁系统,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,同步电机的基本知识和结构,7-5 同步电机的额定值,额定容量SN或额定功率PN,同步发电机：额定容量SN是指出线端的额定视在功率，一般
9、以干伏安(kVA)或兆伏安(MVA即百万伏安)为单位；而额定功率PN是指发电机输出的额定有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW，即百万瓦)为单位。,同步电动机：PN是指轴上输出的有效机械功率，也用千瓦(kW)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容量。以千乏(kVAR)或兆乏(MVAR)为单位。,同步电机的基本知识和结构,7-5 同步电机的额定值,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(V)或千伏(kV)。,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(A),同步电机的基本知识和结构,7-5 同步电机的额定值,额定功率因数 cosN,指电机在额定运行时的功率因数。,额定效率N,指电机额定运行时的效率。,对三相交流发电机,对三相交流电动机,
