电拖第十六次课

第六章同步电机6.1三相同步电机的工作原理6.2三相同步电机的基本结构6.3三相隐极同步电动机的运行分析6.4三相凸极同步电动机的运行分析6.1三相同步电机的工作原理一、三相同步电动机定子转子U1U2V1V2W2W1NS+Uf－If定子：三相U1→I1→Fa→Φa转子：直流Uf→If→F0→Φ0T→n励磁机→Uf→If→F0→Φ0→转子→n↓E0定子中感应四、同步电机的电枢反应◆负载时：电枢(定子)：I1(Fa)≠0气隙磁场：由F0与Fa共同作用产生。◆电枢反应：电枢磁通势Fa的基波在气隙中所产生的磁场。使空载气隙磁场发生畸变。◆电枢反应的性质：增磁、去磁、交磁——取决于励磁电动势e0与电枢电流i1的相位差Ψ。◆下面讨论同步电动机的电枢反应。NS直轴交轴U1U2（设E0=E0∠0o）：1.i1与(－e0)同相位(Ψ=0o)时的电枢反应F0Fa(a)磁通势矢量图×E0F0(Φ0)Fa(Φa)F(Φ)－E0I1(b)时-空统一的相-矢量图※i1产生的是交轴磁通势。I1m(－e0)的方向U1U22.i1滞后于(－e0)90o(Ψ=90o)时的电枢反应×SNF0Fa(a)磁通势矢量图E0F0(Φ0)－E0I1Fa(Φa)(b)时-空统一的相-矢量图※i1产生的是直轴磁通势。起增磁作用。I1m的方向3.i1超前于(－e0)90o(Ψ=－90o)的电枢反应U1U2×NSF0Fa(a)磁通势矢量图E0F0(Φ0)－E0I1Fa(Φa)(b)时-空统一的相-矢量图※i1产生的是直轴磁通势。起去磁作用。4.－90o＜Ψ＜0o时的电枢反应U1U2×F0Fa(a)磁通势矢量图E0F0(Φ0)－E0Fa(Φa)I1FaqFadIdIq(b)时-空统一的相-矢量图※Fad——直轴电枢磁通势，产生直轴电枢反应；Faq——交轴电枢磁通势，产生交轴电枢反应。五、同步电机的物理模型NSTn0n0θNSn0n0NSTn0n0θSN(a)发电机运行(c)电动机运行(b)理想空载※θ——转子磁极轴线与定子合成磁极轴线的夹角，称为功率角。6.2三相同步电机的基本结构一、定子（电枢）1.定子铁心：2.定子绕组：3.机座和端盖等。二、转子1.转子铁心:2.转子绕组:3.转轴等。工作时施加直流励磁。励磁方式：对称三相绕组。由硅钢片叠成。由整块铸（锻）钢制成。①直流励磁机；②整流电源。1.按能量转换的方式不同：同步发动机、同步电动机。2.按相数的不同:三相、单相。3.按转子结构的不同：三、主要种类NS隐极式、凸极式。+－3~×3~·····×××××+－NS励磁机发电机水轮机卧式、立式。4.按安装方式的不同：小浪底电站水轮机组安装三峡电站首台机组安装水力发电火力发电厂励磁机发电机汽轮机三相同步电机同步发电机小型同步电机四、额定值UN、IN、PN、fN、nN。6.3三相隐极同步电动机的运行分析一、基本方程式取对称三相电路的一相分析。U1E1I1EσUf→If→F0FU1→I1→FaE1定子感应→Φ合成磁通势Φσ漏磁通EσR1I1U1=R1I1－Eσ－E1=(R1+jXσ)I1－E1Eσ=－jXσI1※R1、Xσ——定子每相绕组的电阻、漏电抗。※漏磁感应电动势：(励磁电动势不变)(电枢反应电动势随负载变化)如果不计磁路饱和：Uf→If→F0→Φ0U1→I1→Fa→E0→Φa→EaΦσ→EσR1I1E1=E0+EaU1=R1I1－Eσ－Ea－E0∵Ea∝Φa∝Fa∝I1，不计磁饱和Ea滞后于Φa90o，不计电枢铁耗，Φa与I1同相位。∴Ea=－jXaI1※Xa——电枢反应电抗。U1=－E0+(R1+jXσ+jXa)I1U1=－E0+(R1+jXs)I1※Xs=Xσ+Xa——同步电抗。一般：R1＜＜Xs，忽略R1，则U1=－E0+jXsI1二、等效电路R1jXσ+U1－E1I1R1jXs－+E0I1+U1－三、相量图U1=－E0+jXsI1U1I1(a)＞0(电感性)(b)=0(电阻性)－jXsI1－E0U1I1－E0－jXsI1U1I1(c)＜0(电容性)－jXsI1－E0由于：F0与F的夹角为θ则有：忽略：R1和Xσ故有：E0与E1的夹角为θ－E0与U1的夹角为θθΨΨ=±θ五、同步电机的物理模型NSTn0n0θNSn0n0NSTn0n0θSN(a)发电机运行(c)电动机运行(b)理想空载※θ——转子磁极轴线与定子合成磁极轴线的夹角，称为功率角。※θ——转子磁极轴线与定子合成磁极轴线的夹角;——U1与(－E0)的夹角。∵滞后于E0Φ090o，滞后于E1Φ90o，E0与E1的夹角为θ；∴∵U1=－E1（忽略R1、Xσ）∴U1与(－E0)的夹角为θ。6.4三相凸极同步电动机一、基本方程式特点：气隙不均匀。▲如果i1与(－e0)的相位差为Ψ时：－E0I1IqΨId▲将i1分解为两个分量。直轴分量：Id=I1sinΨ交轴分量：Iq=I1cosΨI1Uf→If→F0→Φ0→E0U1→I1→Id→Iq◆电磁关系：→Fad→Faq→Φad→Φaq→Ead→EaqΦσ→EσR1I1E0EσEadEaqU1=－E0－Ead－Eaq－Eσ+R1I1Ead=－jXadId※Xad——直轴电枢反应电抗，Xaq——交轴电枢反应电抗。Eaq=－jXaqIq+U1－Eσ=－jXσI1I1=Id+IqU1=－E0+jXadId+jXaqIq+jXσI1+R1I1=－E0+j(Xad+Xσ)Id+j(Xaq+Xσ)Iq+R1I1U1=－E0+jXdId+jXqIq+R1I1※Xd=Xad+Xσ——直轴同步电抗，Xq=Xaq+Xσ——交轴同步电抗。◆如果忽略R1，则U1=－E0+jXdId+jXqIq◆设虚拟电动势：EQ=E0－j(Xd－Xq)Id∵Id与E0正交，j(Xd－Xq)Id与E0同相或反相，∴EQ与E0同相。二、等效电路U1=－E0+R1I1+jXdId+jXqIq－jXqId+jXqIdR1jXq－+EQI1+U1－U1=－EQ+R1I1+jXqI1EQ=E0U1=－E0+jXdId+jXqIq+R1I1◆隐极M可视为凸极M的特例：Xd=Xq=Xs，EDN