小功率同步电机

1、1 9-1 同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 9-2 永磁式同步电机永磁式同步电机 9-3 反应式同步电机反应式同步电机 9-4 磁滞式同步电机磁滞式同步电机 9-5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 第九章第九章 小功率同步电机小功率同步电机 2 概概 述述 第九章第九章 小功率同步电机小功率同步电机 同步电机是一种交流电机，其转子的转 速和电网频率 f 之间有不变的关系： 电网频率f一定，电机的转速恒为常数，与负载大小无关。 称为同步转速 60 t f nn p 同步电机的应用形式： 1）发电机运行 2）电动机运行 3）补偿机运行 3 概概 述述 第九章第九章 小功

2、率同步电机小功率同步电机 同步电机是一种交流电机，其转子的转 速和电网频率 f 之间有不变的关系： 电网频率f一定，电机的转速恒为常数，与负载大小无关。 称为同步转速 60 t f nn p 同步电机的应用形式： 1）发电机运行 2）电动机运行 3）补偿机运行 主要特点：运行稳定性高、过载能力大， 运行效率高。 常用于多机同步传动系统、精密调速、 稳速系统和恒定转速大功率设备等。 4 第九章第九章 小功率同步电机小功率同步电机 同步电机的应用形式： 1）发电机运行 2）电动机运行 3）补偿机运行 主要特点：运行稳定性高、过载能力大， 运行效率高。 常用于多机同步传动系统、精密调速、 稳速系统和

3、恒定转速大功率设备等。 食品机械、包装机械、印刷机械、物料输送机械、纺织机械等 5 第九章第九章 小功率同步电机小功率同步电机 同步电机的应用形式： 1）发电机运行 2）电动机运行 3）补偿机运行 主要特点：运行稳定性高、过载能力大， 运行效率高。 常用于多机同步传动系统、精密调速、 稳速系统和恒定转速大功率设备等。 精密加工机械精密加工机械 6 第九章第九章 小功率同步电机小功率同步电机 同步电机的应用形式： 1）发电机运行 2）电动机运行 3）补偿机运行 主要特点：运行稳定性高、过载能力大， 运行效率高。 常用于多机同步传动系统、精密调速、 稳速系统和恒定转速大功率设备等。 7 第九章第九

4、章 小功率同步电机小功率同步电机 同步电机的应用形式： 1）发电机运行 2）电动机运行 3）补偿机运行 主要特点：运行稳定性高、过载能力大， 运行效率高。 常用于多机同步传动系统、精密调速、 稳速系统和恒定转速大功率设备等。 8 第九章第九章 小功率同步电机小功率同步电机 同步电机的应用形式： 1）发电机运行 2）电动机运行 3）补偿机运行 主要特点：运行稳定性高、过载能力大， 运行效率高。 常用于多机同步传动系统、精密调速、 稳速系统和恒定转速大功率设备等。 9 第九章第九章 小功率同步电机小功率同步电机 主要应用：主要应用： 多机同步传动系统多机同步传动系统 精密调速、稳速系统精密调速、稳

5、速系统 10 9-1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 第九章第九章 小功率同步电机小功率同步电机 11 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 三相交流绕组； 两相交流绕组； 单相罩极绕组； 作用：产生旋转磁场； 原理：各相绕组的磁场，在空间和时 间相位上有相位差，其来合成磁场为 旋转磁场； 单相罩极绕组 12 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 两相两相-单绕组单绕组-2磁极磁极 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 1）两相或三相定子磁极）两相或三相定子磁极 定子相数：j1-2、k1-2 两相； 单相

6、组数：1组 磁极对数：p=1; 单磁极对 旋转磁场： p f nt 60 k1 k2 j1 j2 nt ,kj i t t0 t1 t2 t3 t4 t5 13 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 三相三相-单绕组单绕组-2磁极磁极 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 定子相数：A，B，C 三相； 单相组数：1组 磁极对数：p=1; 旋转磁场： p f nt 60 A BC 1200 1200 0 t B A B C 1）两相或三相定子磁极）两相或三相定子磁极 14 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 两相两相-双绕组双绕组-4磁极磁极 1.1.定子的

7、结构类型定子的结构类型 定子相数：j1-2、k1-2 两相； 两相组数：2组 磁极对数：p=2; k2 k1 j2j1 1）两相或三相定子磁极）两相或三相定子磁极 15 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 两相两相-双绕组双绕组-4磁极磁极 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 定子相数：j1-2、k1-2 两相； 两相组数：2组 磁极对数：p=2; ,kj i t t0 t1 t2 t3 t4 t5 k2 k1 S NS N 1）两相或三相定子磁极）两相或三相定子磁极 16 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 两相两相-双绕组双绕组-4磁极磁极 1.1

8、.定子的结构类型定子的结构类型 定子相数：j1-2、k1-2 两相； 两相组数：2组 磁极对数：p=2; ,kj i t t0 t1 t2 t3 t4 t5 k2 k1 S NS N 1）两相或三相定子磁极）两相或三相定子磁极 单相电流： 多绕组多磁极 17 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 两相两相-双绕组双绕组-4磁极磁极 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 定子相数：j1-2、k1-2 两相； 两相组数：2组 磁极对数：p=2; ,kj i t t0 t1 t2 t3 t4 t5 S N S N k2 k1 j2j1 1）两相或三相定子磁极）两相或三相定子磁极 单

9、相电流： 多绕组多磁极 18 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 两相两相-双绕组双绕组-4磁极磁极 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 定子相数：j1-2、k1-2 两相； 两相组数：2组 磁极对数：p=2; 旋转磁场： p f nt 60 ,kj i t t0 t1 t2 t3 t4 t5 k2 k1 j2j1 1）两相或三相定子磁极）两相或三相定子磁极 有空间和时间相位差的两个 脉振磁场的合成为旋转磁场 19 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 2）单相罩极定子磁极）单相罩极定子磁极 励磁电流： iA-单相

10、,kj i t t0 t1 t2 t3 t4 t5 磁极结构：单相罩极 A励磁线圈 B罩极线圈（短路环） 1，2空间相位差： 1，2时间相位差： 20 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 2）单相罩极定子磁极）单相罩极定子磁极 磁极结构：单相罩极 A励磁线圈 B罩极线圈（短路环） 1 1 /AA iW 1 / Bkkk WEI 12 / k 原理 21 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 2）单相罩极定子磁极）单相罩极定子磁极 磁极结构：单相罩极 A励磁线圈 B罩极线圈（短路环）

11、 1，2空间相位差： 1，2时间相位差： 22 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 2）单相罩极定子磁极）单相罩极定子磁极 励磁电流：iA-单相 ,kj i t t0 t1 t2 t3 t4 t5 磁极结构：单相罩极 A励磁线圈 B罩极线圈（短路环） 1与2的合成磁场： 旋转磁场 23 单相 2绕组：p=1 4绕组：p=2 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 1.1.定子的结构类型定子的结构类型 2）单相罩极定子磁极）单相罩极定子磁极 单相罩极 24 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 转速：n=

12、60f/p r/min 作用：产生电磁力矩，使电机转动。 2.2.转子的结构类型转子的结构类型 大功率同步电机：直流励磁转子（分凸极和隐极） 25 9.1同步电机的基本结构及类型同步电机的基本结构及类型 小功率同步电机： 永磁式永磁；反应式软磁；磁滞式硬磁； 2.2.转子的结构类型转子的结构类型 A BC N S A BC N SS N 转速：n=60f/p r/min 作用：产生电磁力矩，使电机转动。 26 9-2 永磁式同步电机永磁式同步电机 第九章第九章 小功率同步电机小功率同步电机 27 9.2 永磁式同步电机永磁式同步电机 1.1.基本结构基本结构 材质：由永久磁钢制成； 结构：有两

13、极或多极。 A BC N S A BC N SS N 1）定子结构 三相交流绕组； 两相交流绕组； 单相罩极绕组； 2）转子结构 28 9.2 永磁式同步电机永磁式同步电机 两个异性磁极（N极与S极）间的磁吸力，产生旋转力矩 2.2.基本原理基本原理 运行原理：运行原理：定子电流定子电流I旋转磁场旋转磁场 转子磁极转子磁极Tns； A BC N S ns 29 9.2 永磁式同步电机永磁式同步电机 两个异性磁极（N极与S极）间的磁吸力，产生旋转力矩 2.2.基本原理基本原理 同步运行条件：同步运行条件：负载力矩负载力矩Tm，否则产生，否则产生“失步失步”； A BC N S ns 30 9.2

14、 永磁式同步电机永磁式同步电机 3.3.起动问题起动问题 1）起动困难的原因）起动困难的原因 转子的惯性； 起动时的转差率； 2）解决办法）解决办法 在转子上装起动鼠笼绕 组，异步起动； 降频起动； 31 9.2 永磁式同步电机永磁式同步电机 3.3.起动问题起动问题 1）起动困难的原因）起动困难的原因 转子的惯性； 起动时的转差率； 2）解决办法）解决办法 在转子上装起动鼠笼绕 组，异步起动； 降频起动； 主要特点： 输出力矩大，体积小，耗电少，结构简单，可靠。 32 9.3 反应式同步电机反应式同步电机 1.1.基本结构基本结构 材质：软磁材料 结构：制成凸极形状 A BC 1）定子结构）

15、定子结构 三相交流绕组； 两相交流绕组； 单相罩极绕组； 2）转子结构）转子结构 反应式同步电机-也称为磁阻电机，其工作原理与永磁式不同， 主要是转子结构和材质不同。 减小磁阻减小磁阻 使正交两个方向，气隙磁阻不同使正交两个方向，气隙磁阻不同 33 9.3 反应式同步电机反应式同步电机 2.2.基本原理基本原理 利用磁通利用磁通 的的磁收缩力，磁收缩力，产生转矩（产生转矩（称反应力矩称反应力矩）使电机运转）使电机运转。 凸极转子 34 9.3 反应式同步电机反应式同步电机 2.2.基本原理基本原理 利用磁通利用磁通 的的磁收缩力，磁收缩力，产生转矩（产生转矩（称反应力矩称反应力矩）使电机运转）

16、使电机运转。 圆形转子 同步运行条件：同步运行条件：负载力矩负载力矩Tm，否则产生，否则产生“失步失步”； 35 9.3 反应式同步电机反应式同步电机 3.3.起动问题起动问题 1）起动困难的原因）起动困难的原因 转子的惯性； 起动时的转差率； 2）解决办法）解决办法 在转子上装起动鼠笼绕 组，异步起动； 降频起动； 凸极转子 36 9.3 反应式同步电机反应式同步电机 解决办法： 在转子上装鼠笼绕组； 4.4.振荡问题振荡问题 产生振荡的原因： 磁收缩力具有弹簧力特性； 转子惯性； 鼠笼绕组的作用： 提高起动能力 减弱振荡现象 37 9.4 磁滞式同步电机磁滞式同步电机 1.1.基本结构基本

17、结构 材 质：采用硬磁材料； 结 构：为圆形无凸极； 1）定子结构 三相交流绕组； 两相交流绕组； 单相罩极绕组； 2）转子结构 A BC S N S N 38 N S 9.4 磁滞式同步电机磁滞式同步电机 2.2.基本原理基本原理 1）同步状态 在阻力小于最大同步力矩时，转 子受磁滞力矩Tz的作用运转。 2）异步状态 转子受磁滞力矩Tz和涡流力矩TB 的作用。 S N S N 定子磁通转子磁化(N,S) (N,S) F Tzn zB TTT 39 N S 9.4 磁滞式同步电机磁滞式同步电机 2.2.基本原理基本原理 1）同步状态 在阻力小于最大同步力矩时，转 子受磁滞力矩Tz的作用运转。

18、2）异步状态 转子受磁滞力矩Tz和涡流力矩TB 的作用。 S N S N 定子磁通转子磁化(N,S) (N,S) F Tzn zB TTT T n TB Tz ns0 40 N S 9.4 磁滞式同步电机磁滞式同步电机 3.3.主要特点主要特点 S N S N T n TB Tz ns0 具有自起动能力； 结构简单、工作可靠、性能稳定 转子为圆形结构，适合高速运转 的控制设备。 主要缺点： 异步（低速）运行时，效率较低。 主要原因： a.有涡流损耗； b.转子被交变磁化，硬磁材料会产生 很大的磁滞损耗； 41 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 电磁减速式同步电动机低速电动机 同

19、步速度： 60/ s nfp 电网频率：f =50Hz 磁极对数：p = 2、4、6、8（通常小于10） 电机的转速：n = ns= 3003000 rpm； 一般类型同步电机 低速同步电动机 60/ s nnfp（每分钟几十转） 基本类型 反应式 励磁式 42 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 1）结构特点 定、转子铁心都做成开口槽； 定子槽中放有两相或三相绕组，转子没有绕组； 1.1.反应式电磁减速同步电动机反应式电磁减速同步电动机 43 2）工作原理 假设条件 电机极对数：p=1； 定子齿数 ZS= 16，转子齿数 ZR=18； 定子的齿距角：S=2/ Zs； 定子的齿距

20、角：R=2/ ZR； 两者的齿角差：= SR； 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 1.1.反应式电磁减速同步电动机反应式电磁减速同步电动机 44 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 当磁极位于定子(1,9)齿轴线A: 在磁通反应力矩作用下: 转子(1,10)齿与定子(1,9)齿对齐; 当磁场转过齿距S到B位置时： 2）工作原理 1.1.反应式电磁减速同步电动机反应式电磁减速同步电动机 在磁通反应力矩作用下: 转子(2,11)齿定子 (2,10)齿相对齐； ns 转子转过一个角度 = SR 45 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 磁场转过一个定子齿距

21、角时： 转子转过一个齿角差： 2）工作原理 1.1.反应式电磁减速同步电动机反应式电磁减速同步电动机 2 S S Z 2211 2 sRsR ZZZZ 46 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 3）电机的电磁减速比 1.1.反应式电磁减速同步电动机反应式电磁减速同步电动机 4）电机的转子转速 60 () SRS RR nf ZZ n kpZ 1 2 11 2 ssSR R RS SR nZZ k nZZ ZZ 47 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 5）定、转子齿数的设计条件 2 RS ZZp 1.1.反应式电磁减速同步电动机反应式电磁减速同步电动机 sR R R

22、S nZ k nZZ 电磁减速比 60 () SRS RR nf ZZ n kpZ 转子转速 48 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 结论： 为了实现减速，必须使 ZRZs =2p； 电源频率f一定时，电机转速随着转子齿数ZR增多而减低。 1.1.反应式电磁减速同步电动机反应式电磁减速同步电动机 2 RS ZZp 当p=1，两极电机 120 S RR nf n kZ 转子转速 49 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 （1）永久磁钢励磁； （2）直流电励磁； 2.2.励磁式电磁减速同步电动机励磁式电磁减速同步电动机 1）转子励磁方式 50 9.5 电磁减速式同步电

23、动机电磁减速式同步电动机 2.2.励磁式电磁减速同步电动机励磁式电磁减速同步电动机 （1）永久磁钢励磁 NS A-A N B-B S 1）转子励磁方式 51 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 （2）直流电励磁 2.2.励磁式电磁减速同步电动机励磁式电磁减速同步电动机 1）转子励磁方式 52 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 2.2.励磁式电磁减速同步电动机励磁式电磁减速同步电动机 2）结构特点 NS A-A N B-B S 53 9.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机 定子结构与反应式一样； 转子中间为环形永久磁钢，产生轴向磁化磁场； 作用：使转子两端产