第八章同步电动机.ppt

2.应用
在现代电力系统中，几乎所有的电能是由同步发电 机生产的；同步电动机应用于大型生产机械的拖动 系统中，随着电力电子技术和计算机控制技术的不 断发展，变频调速在同步电动机的调速系统中的实 现，使同步电动机的应用场合大为扩大；同步补偿 机则是空载运行的同步电动机，用以改善电网的功 率因数。
7.1.1同步电动机的结构
当定子电流I1产生的电枢磁势Fa与主磁极轴线正交 时，气隙最大，磁阻最大，相应的电抗为小；这时 所对应的电枢电抗称为电枢反应交轴电抗，用xaq表 示；当电枢磁势位于直轴与交轴之间时，相应的气 隙、磁阻、和电枢反应电抗处于上面两种情况之间， 且随位置不同而变化。
为了解决电枢磁势Fa在不同位置时遇到不同气隙，其 磁阻计算困难的问题，可将电枢磁势分解成两个分量： 一个分量是直轴电枢磁势，用Fad表示，它作用在直 轴方向；另一个分量是交轴电枢磁势，用Faq表示， 它作用在交轴方向，则有：
式中xc=x1+xa 为隐极同步电动机的同步电抗。
隐极同步电动机等值电路和相量图
分析
从相量图中可见，定子电流I1超前电源电压U1， 它可通过调节直流励磁电流使同步电动机工作在 这种状态，目的是使同步电动机在拖动负载的同 时，对电网呈容性，起电容补偿作用，以提高电 网的功率因数。
2、凸极同步电动机电压方程式和相量图
额定频率fN： 指电动机额定运行规定的频率，单位：Hz
额定效率ηN： 指电动机额定运行时的效率；
额定励磁电压UfN： 指电动机额定运行时的励磁电压，单位：V
额定励磁电流IfN： 指电动机额定运行时的励磁电流，单位：A
假设电动机主磁路未饱和，认为 磁路是线性的，且只考虑定、转子的基波磁势。
同步电动机的主要额定数据为：
额定容量PN： 指电动机轴上输出的有功功率，单位：kW
额定电压UN： 指定子三相绕组上的线电压，单位：V；
额定电流IN： 指电动机额定运行时，流过定子绕组的线电流，
单位：A； 额定转速nN：
指电动机额定运行时的同步转速，单位：r/min；
额定数据
额定功率因数cosφN： 指电动机额定运行时的功率因数；
F F F
同两理个，分对 量应 ，产 即生 ：电I枢1 磁势IdFa的I电q枢电流I1也可分解成
这种分析问题的方法是以叠加理论为基础的“双反应 法”。
根据“双反应法”，凸极同步电动机电磁关系如 下：
I f
F
E
I
F
E
E
I
E
I
F
E
E
直轴电枢磁势Fad和交轴电枢磁势Faq在气隙圆周 上同样以同步转速n1旋转，它们切割定子绕组在 其上产生的感应电势Ead和Eaq，正是电枢磁势Fa 在定子绕组上产生的感应电势Ea的两个分量，所
E E E
隐极同步电动机的电磁关系
I f
F
E
E
I
F
E
E
电枢一相绕组的电压方程式
U1 E1 Iar1 jIa x1 E0 Ea Iar1 jIa x1 E0 Ea jIa x1
式中r1为电枢绕组电阻，一般同步电动机容量都 较大，电阻r1很小，常忽略；x1为电枢漏电抗。
化简
仿变压器或异步电动机中使用的将漏电抗电势写成漏 阻抗压降的方法，也可将电枢磁势Fa产生的电枢电势
Ea写成电抗压E 降的 形式jI ，x则有
式中xa为电枢电抗，或称电枢反应电抗，它对应于主 磁路，故xa>x1，一般有xa=(5~8)x1，这样上式可改写 成：
U E jI x jI x E jI x
由于同步电动机能量交换是在定子侧，所以将定 子称为电枢，定子绕组称为电枢绕组。
分析
当同步电动机的电枢绕组通入三相对称交流电后， 就会产生以同步转速n1旋转的三相合成基波电枢磁 势Fa。当同步电动机稳定运行时，转子也以同步转 速n1旋转，在励磁绕组中通入直流励磁电流If，使 转子形成固定磁极，励磁电流产生励磁磁势F0，励 磁磁势F0与电枢磁势Fa同速同方向旋转，彼此在空 间是相对静止的，这样在电机的主磁路上有两个磁 势，它们相互叠加，形成了合成磁场。
根据容量大小和转速高低转子结构分凸极和隐极 两种。
凸极特点：气隙不均匀，有明显的磁极，转子铁 芯短粗，适用于转速低于1000r/min，极对数p≥3 的电动机。
隐极特点：气隙均匀，无明显的磁极，转子铁芯 长细，适用于转速高于1500r/min，极对数p≤2的 电动机。
同步电动机转子结构
3、额定数据
与直流机、异步电动机一样，同步电动机也是由 定子和转子两大部分组成。
1、定子
同步电动机的定子与异步电动机的定子结构基本 相同，由机座、定子铁芯、电枢绕组等组成。对 于大型同步电动机，由于尺寸太大，硅钢片常制 成扇形，然后对成圆形。
2、转子
由磁极、转轴、阻尼绕组、滑环、电刷等组成， 在电刷和滑环通入直流电励磁，产固定磁极。
电枢反应
在电机的主磁路上有两个磁势，它们相互叠加， 形成了合成磁场。我们把电枢磁场对主磁场的影 响称为电枢反应。
电枢反应：指电枢磁场对主磁场的影响。
1、隐极同步电动机电压方程式和相量图
气隙中的合成磁势为：
F F F
合成磁势、主磁势和电枢磁势分别切割电枢绕组，则 在电枢绕组上分别产生感应电势为：
第七章 同步电动机
本章基本教学要求（以自学为主）
1.熟悉同步电动机的结构； 2.熟悉工作原理，理解电枢反应的物理意义； 和电压方程、相量图、功角特性 3.了解同步电动机的异步启动方法。 思考题：P260 7-1、7-2、补充题：同步电动机
起动方法有哪些？
同步电动机分类应用
1.分类
同步电机可分同步发电机、同步电动机和同步补偿 机。
凸极同步电动机转子有明显的磁极，气隙不均匀， 转子磁极中心线附近气隙最小，磁阻最小，磁导最 大；而在转子磁极几何中心线处气隙最大，磁阻最 大，磁导最小，所以磁通所走的路径不同，所遇的 磁阻不同，对应的电抗参数也就不同。
凸极同步电动机电枢反应磁势
凸极同步电动机电枢反应磁势
电枢反应
当定子电流I1产生的电枢磁势Fa与主磁极轴线重合， 气隙最小，磁阻最小，相应的电抗为最大；这时所 对应的电枢电抗称为电枢反应直轴电抗，用xad表示；