同步电机的基本知识和结构
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同步电机的基本知识和结构. 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。. 本章重点内容:. 什么是同步电机. 同步电机的基本知识和结构. 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。. §7-1 概述. 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. 同步电机的运行方式. §7-1 概述. 同步发电机. 同步电机的基本知识和结构.

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同步电机的基本知识和结构

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同步电机的基本知识和结构

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。

本章重点内容:


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  • 什么是同步电机

同步电机的基本知识和结构

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。

§7-1 概述

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


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同步电机的基本知识和结构

  • 同步电机的运行方式

§7-1 概述


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  • 同步发电机

同步电机的基本知识和结构

基本构成:定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。

§7-2 同步电机的基本工作原理

横截面图 凸极式 隐极式


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  • 同步发电机

同步电机的基本知识和结构

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。

§7-2 同步电机的基本工作原理


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  • 同步发电机

同步电机的基本知识和结构

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。

§7-2 同步电机的基本工作原理

e = E max

电枢导体 A 处径向磁密等于0

e = 0


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  • 同步发电机

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

e = - E max

电枢导体 A 处径向磁密等于0

e = 0


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  • 同步发电机

同步电机的基本知识和结构

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。

§7-2 同步电机的基本工作原理

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


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  • 同步电动机

同步电机的基本知识和结构

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

§7-2 同步电机的基本工作原理

  • “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 。


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  • 汽轮发电机

同步电机的基本知识和结构

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。

转子

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。

定子

§7-3 同步电机的基本结构

机座

固定定子铁心。

  • 水轮发电机

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。

转子

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。

定子


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同步电机的基本知识和结构

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。

§7-4 同步电机的励磁方式


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同步电机的基本知识和结构

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。

§7-4 同步电机的励磁方式


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同步电机的基本知识和结构

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

§7-4 同步电机的励磁方式


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同步电机的基本知识和结构

2.他励式静止半导体励磁系统

§7-4 同步电机的励磁方式


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同步电机的基本知识和结构

3.旋转半导体励磁系统

§7-4 同步电机的励磁方式


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同步电机的基本知识和结构

二、自励式励磁系统

1.自并励半导体励磁系统

§7-4 同步电机的励磁方式


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同步电机的基本知识和结构

二、自励式励磁系统

1.自并励半导体励磁系统

§7-4 同步电机的励磁方式


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同步电机的基本知识和结构

二、自励式励磁系统

2.自复励半导体励磁系统

§7-4 同步电机的励磁方式


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二、自励式励磁系统

3.相复励励磁系统

同步电机的基本知识和结构

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

§7-4 同步电机的励磁方式

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


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二、自励式励磁系统

4.三次谐波励磁系统

同步电机的基本知识和结构

在电机定子上加装一套独立的三次谐波绕组,其线圈节距

§7-4 同步电机的励磁方式

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。


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二、自励式励磁系统

4.三次谐波励磁系统

同步电机的基本知识和结构

§7-4 同步电机的励磁方式

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


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  • 额定容量SN或额定功率PN

同步电机的基本知识和结构

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。

§7-5 同步电机的额定值

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。


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同步电机的基本知识和结构

  • 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)。

§7-5 同步电机的额定值

  • 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).


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  • 额定功率因数 cosφN

同步电机的基本知识和结构

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。

§7-5 同步电机的额定值

对三相交流发电机

对三相交流电动机


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