同步电动机的工作原理

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第六章常用同步电动机

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

p f

n

60 ；

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,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

特点:转速低为保证f=50Hz,则需发电机的极对数P增大

2

3

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

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60

pn f ),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

<3>f ∝1n ,为保证f=50Hz 恒定,需保证1n 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=0

① 物理过程:转子同发电机运行状态,-主极磁场以1n 旋转

定子接入三相对称电源-定子合成磁场以1n 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1n 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=1n =常数

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<3>转子转速n=1n =60f/p,即当f 一定,p 一定时,n 恒定.

三.同步电机的励磁方式

四.额定值

1.额定容量S N (或额定功率P N )-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U N —定子线电压(V)

3.额定电流I N —定子线电流(A)

4.其他: N ϕcos ,ηN ,f N ,n N ,θN ,U fN ,I fN 等

三相同步电动机 N N N N N I U P ϕηcos 3=

6.1 同步电动机的工作原理

一、三相异步电动机的同步运行

n=n1时，异步电动机I2=0.此时转子绕组通直流电时，转子就会建立相对于转子本身精致的磁场（恒定）。由于定转子磁场转速相同，因此相对静止。根据同性相斥、异性相吸的原则，就可以是一台异步电动机实现同步运行。：

二、三相同步电动机的工作原理：

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三、同步电动机的电磁功率的公式：

1．电压方程：隐极机：t M M a x I j I R E U ..0..++=

凸极机：q qM d dM M a x I j x I j I R E U ...0..+++=

2．电磁功率：凸极机：M d q M d em x x U m x U

E m P δδ2sin 112sin 20⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-+= 隐极机：M t em x U E m

P δsin 0= 3.电磁转矩方程：

4.功率平衡：2

11P P P P P P P P P f ad mec Fe em em cu ++++=+= 四、同步电动机的V 形曲线和功率因数调整

常数==δsin 0em t

x mUE P ; 常数=δsin 0E 常数=M c ϕos I M

1.三种激磁状态：①正常激磁状态：⋅I 与⋅U 同相，1cos ,0==ϕϕ，吸有功P ，Q=0；

②过激运行状态：⋅I 超前⋅

U ，吸有功P ，吸容性Q （发感性Q ）；

③欠激运行状态：⋅I 滞后⋅U ，吸有功P ，吸感性Q （发容性Q ）；

2.V 形曲线：