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1、河北科技大学教案用纸第16页第六章同步电机的稳态分析前言：①同步电机是一种交流电机，主要作发电机使用；也可作电动机和调相机（专门用于电网的无功补偿）使用；②同步电机定义：同步电机转速n与定子电流频率f和极对数p保持严格不变的关系，即；③主要内容：电枢反应；有功和无功调节；并联运行；不对称和突然短路6.1同步发电机的基本结构和运行状态1.旋转磁极式定子-放置三相交流绕组转子-放置励磁绕组(主磁极)凸极式隐极式2旋转电枢式定子-放置励磁绕组(主磁极)转子-放置三相交流绕组(需三个滑环引出或引入三相电流)一、同步电机基本结构(一)隐极同步电机(以汽论发电机为例)特点:转速高为保证频率f=50Hz
2、,则发电机的极对数P少(一般为二极,2P=2)离心力大,需细长转子(隐极式)0.5mm硅钢片叠压而成定子铁心大型电机由扇型片拼成圆形1.定子矩形开口槽,径向,轴向通风道定子绕组-三相双层绕组,扁铜线绕制而成,采用成型线圈外壳-用钢板焊接而成2.转子(1)由合金钢锻成,与转轴制成一个整体,外园开槽,大齿和小齿(2)励磁绕组为同心式绕组(3)采用高强度铝合金槽楔,端部采用保护环固定3.滑环(集电环)与电刷装置(二)凸极同步电机(以水轮发电机为例)特点:转速低为保证f=50Hz,则需发电机的极对数P增大为保证放置P对磁极,则需转子的直径大.1.定子:定子铁心-硅钢片叠成,直径可达20多米,矩形开
3、口槽.定子绕组-双层绕组2.转子:凸极式铁心由厚钢板叠成励磁绕组由扁铜线绕制而成电气工程系河北科技大学教案用纸第16页阻尼绕组(起动绕组)-由铜条和端环构成,用于同步电动机异步起动.二、同步电机的运行状态1.稳态运行情况下,定转子磁场相对静止2.功率角δ-定子合成磁场轴线与主极磁场(转子磁场)轴线之间夹角.(用电角度表示)3.三种运行状态(1)发电机运行①物理过程:直流电流→电刷→滑环→励磁绕组→磁场原动机拖动转子绕组感应三相交流电动势(频率为),接入负载后,三相对称电流,定子旋转磁场以n1旋转.②特点:<1>功率角δ>0(即主极磁场超前定子合成磁场)<2>转子受到制动性质的电磁转矩Te<
4、3>f∝,为保证f=50Hz恒定,需保证恒定,应输入转矩T1与Te平衡.(2)补偿机运行状态(或空载运行状态)当δ=0时→Te=0①物理过程:转子同发电机运行状态,-主极磁场以旋转定子接入三相对称电源-定子合成磁场以旋转②特点:<1>δ=0.(主磁场与定子合成磁场重合)<2>电机内没有有功功率转换(3)电动机运行当δ<0时→Te→(即主机磁场滞后定子合成磁场①物理过程:定子接三相电源-定子合成磁场以旋转转子接直流电源-恒定磁场,去掉原动机.②特点:<1>δ<0<2>外施T2↑→δ↑→Te↑(与T2+T0平衡)保证n==常数<3>转子转速n==60f/p,即当f一定,p一定时,n恒定.三.同
5、步电机的励磁方式励磁系统-共给励磁电流的整个系统-直流励磁机励磁系统,整流器励磁系统励磁系统应满足的条件:(1)能稳定的提供发电机从空载到满载(及过载)所需的If(2)当电网电压u减小时,能快速强行励磁,提高系统的稳定性.(3)当电机内部发生短路故障时,能快速灭磁.(4)运行可靠,维护方便,简单,经济.电气工程系河北科技大学教案用纸第16页1.直流励磁机励磁副励磁机(并励直流发电机)→主励磁机(他励直流发电机)→同步发电机*一般励磁机与同步发电机同轴特点:采用独立电源(直流发电机)与交流电网没关系,运行可靠.2.静止整流器励磁(1)他励式静止流器励磁系统副励磁机(中频三相同步发电机)(电磁
6、式或永磁式)→主励磁机(三相同步发电机)→同步发电机───────────────┛特点:①副励磁机先他励待建立电压后改为他励①自动电压调整器可根据主发电机端电压的偏差自动调整励磁电流②整流器均在电机外(静止).(2)自励式静止整流器励磁系统特点:(1)取消励磁机(3)励磁电流由电网或主发电机提供3.旋转整流器励磁(无触点式或无刷励磁)副励磁机(永磁式三相同步发电机)→主励磁机(旋转电枢式)→主发电机 ┕──────────────┛ 特点:(1)主励磁为旋转电枢式(2)采用旋转整流器4.三次谐波励磁特点:(1)发电机定子嵌入三次谐波绕组(2)将三次谐波电压整
7、流后→主发电机励磁(3)自励恒压(负载电流↑→电枢反应↑→波形畸变↑→φ3↑→E3↑→I3↑→If↑→稳压;负载电流↑→端电压↓→稳压)四.额定值1.额定容量SN(或额定功率PN)-指输出功率发电机用视在功率(KVA)或有功功率电动机用有功功率(KW)表示补偿机用无功功率(Kvar)表示2.额定电压UN—定子线电压(V)3.额定电流IN—定子线电流(A)4.其他:,ηN,fN,nN,θN,UfN,IfN等三相同步发电机电
