华北电力大学电机学87讲-同步电机的基本知识和结构

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)(60Hzpnfmin)/(60rpfn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作为发电机运行－把机械能转换成电能汽轮发电机－原动机为汽轮机水轮发电机－原动机为水轮机其它原动机带动的发电机－柴油发电机，风力发电机等作为电动机运行－把电能转换成机械能作为调相机运行－向电网发送无功功率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。NSAZBXCY1n.NSAZBXCY1n.横截面图凸极式隐极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。NSAZBXCY1n.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NSAZBXCY1n..考察电枢导体A的感应电动势。e=Blv，右手定则。导体相对于磁场的运动方向。NSAZBXCY1n.e=Emax电枢导体A处径向磁密等于0e=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NSAZBXCY1n.NSAZBXCY1n.e=－Emax电枢导体A处径向磁密等于0e=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。)(60Hzpnf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min)/(30005060rppn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min)/(60rpfn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(separatelyexcited)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(separatelyexcited)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～ALGVKfifIfR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§7-4同步电机的励磁方式3．旋转半导体励磁系统～G～GGS自动励磁调节器372651电压互感器电流互感器84同轴旋转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3～GS15243ABC0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3～GS15243ABC0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～GS17264ABC053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1ABC023456I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313y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ABC06541231－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cosφN指电机在额定运行时的功率因数。额定效率ηN指电机额定运行时的效率。对三相交流发电机NNNNNNIUSPcos3cos对三相交流电动机NNNNNIUPcos3