第六章同步电动机

1、教学目的：教学目的：1 了解三相同步电动机的基本工作原理了解三相同步电动机的基本工作原理2 了解三相同步电动机基本结构和组成了解三相同步电动机基本结构和组成3了解三相同步电动机调节功率因数的机理了解三相同步电动机调节功率因数的机理4 了解三相同步电动机的启动特点及其启了解三相同步电动机的启动特点及其启动方法动方法什么是同步电动机？什么是同步电动机？同步电动机同步电动机是一种交流电机，当电是一种交流电机，当电源频率为源频率为f1恒定时，它的转速为恒定时，它的转速为n也也恒定，恒定，n60f1/p，转子以同步转速，转子以同步转速旋转，所以称为旋转，所以称为同步电动机同步电动机。一一 、同步电动机的

2、基、同步电动机的基本结构本结构同步电动机的结构主同步电动机的结构主要由定子和转子两大要由定子和转子两大部分组成，定、转子部分组成，定、转子之间是气隙。之间是气隙。1.定子定子l同步电机的定子有时也称为电枢，由定子铁同步电机的定子有时也称为电枢，由定子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成成。l定子接入三相交流电源，产生旋转磁场定子接入三相交流电源，产生旋转磁场滑环2.2.转子转子同步电机的转子有两种结构型式，即凸极同步电机的转子有两种结构型式，即凸极式式a和隐极式和隐极式b。这是根据定、转子之间。这是根据定、转子之间的气隙的分布情况来定义的。的气隙的分

3、布情况来定义的。1）凸极式：有上图可见，转子有明显的突出）凸极式：有上图可见，转子有明显的突出的磁极，气隙分布不均匀。的磁极，气隙分布不均匀。2）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。 区别：对于高速旋转区别：对于高速旋转 的同步电机，在转子的同步电机，在转子结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。的凸极式结构。 大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作大型同

4、步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动，故前者称为汽轮发电机，为原动机来拖动，故前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机。后者称为水轮发电机。汽轮发电机：转速高，采用隐极式。汽轮发电机：转速高，采用隐极式。水轮发电机：转速低，采用凸极式。水轮发电机：转速低，采用凸极式。3.3.同步电动机的特点：同步电动机的特点：同步电动机适合拖动功率大而本身没有调同步电动机适合拖动功率大而本身没有调速要求的负载速要求的负载同步电动机可用同步电动机可用改变励磁电流改变励磁电流的方法调节的方法调节它的它的功率因数功率因数，运行时能够改善电网运行时能够改善电网的功率因数，的功率因数，这一优点是异步电动机所这一优

5、点是异步电动机所不具备的。不具备的。4. 同步电机的额定值有：同步电机的额定值有：1）额定电压：）额定电压：是指在正常运行时，按照制是指在正常运行时，按照制造厂的规定，定子三相绕组上的线电压。造厂的规定，定子三相绕组上的线电压。电压的单位用电压的单位用V V或或kVkV表示。表示。2 2）额定电流：）额定电流：流过定子绕组的线电流流过定子绕组的线电流 。3 3）额定功率：）额定功率：是指在正常运行时，电机的是指在正常运行时，电机的输出的有功功率输出的有功功率 。A：对于发电机而言：输出的是电功率。：对于发电机而言：输出的是电功率。B：对于电动机而言：输出的是机械功率。：对于电动机而言：输出的是

6、机械功率。单位是单位是KW。4. 4. 相数相数m m ：一般：一般m=3m=3。5. 5. 额定频率额定频率: :我国额定工业频率规定我国额定工业频率规定 =50Hz.=50Hz.33cos10NNNNPU I33cos10NNNNNPU INfl6）额定转速：）额定转速：额定转速即为电机的同步额定转速即为电机的同步速，在一定极数及频率时，它的转速是速，在一定极数及频率时，它的转速是定值。定值。60NNfnp二、同步电动机的基本运行原理二、同步电动机的基本运行原理同步电动机的定子三相绕组接通三相交流同步电动机的定子三相绕组接通三相交流电源，流过三相对称电流，产生一个电源，流过三相对称电流，产

7、生一个在在空间以同步转速空间以同步转速n n0 0旋转的旋转磁通势旋转的旋转磁通势F Fa a称称为电枢磁通势为电枢磁通势。同步电动机的励磁绕组。同步电动机的励磁绕组通入直流励磁电流，产生一个与转子相通入直流励磁电流，产生一个与转子相对静止的励磁磁通势对静止的励磁磁通势F Ff f。当转子静止时，。当转子静止时，将电枢磁通势建立的旋转磁场用等效的将电枢磁通势建立的旋转磁场用等效的旋转磁极表示如图旋转磁极表示如图异步电动机的同步旋转异步电动机的同步旋转图图6-4 同步电机不能自行启动同步电机不能自行启动当定子等效磁极与转子异性磁极的相对位当定子等效磁极与转子异性磁极的相对位置如图置如图6-4a6

8、-4a）所示时，产生一个逆时针）所示时，产生一个逆时针方向的电磁转矩，由于转子具有机械惯方向的电磁转矩，由于转子具有机械惯性，旋转磁场的速度又高，所以转子尚性，旋转磁场的速度又高，所以转子尚未来得及正相转动时未来得及正相转动时, ,定子等效磁极已转定子等效磁极已转至图至图6-4b6-4b）所示位置。转子又受反向转）所示位置。转子又受反向转矩的作用。不难证明矩的作用。不难证明，转子所受转矩转子所受转矩的平均值为零。因而不能自行起动。的平均值为零。因而不能自行起动。如果采用某种方法帮助起动，使转子转速如果采用某种方法帮助起动，使转子转速升至同步转速，这时励磁磁通势升至同步转速，这时励磁磁通势F F

9、f f与电与电枢磁通势枢磁通势F Fa a均以同步转速旋转，在空间均以同步转速旋转，在空间相对静止，合成磁通势为相对静止，合成磁通势为称为称为气隙磁通势气隙磁通势，在空间以同步转速在空间以同步转速n n0 0旋旋转。如用等效合成磁极模拟气隙合成磁转。如用等效合成磁极模拟气隙合成磁通势通势 ，则此等效合成磁极将与转子上，则此等效合成磁极将与转子上的异性磁极之间产生电磁力和电磁转矩，的异性磁极之间产生电磁力和电磁转矩，拖动转子磁极旋转。拖动转子磁极旋转。等效合成磁极轴线等效合成磁极轴线超前转子异性磁极轴线一个空间角度超前转子异性磁极轴线一个空间角度，此角度的大小取决于转子轴上阻转矩的此角度的大小取

10、决于转子轴上阻转矩的大小。大小。即负载转矩变化时，只影响此角即负载转矩变化时，只影响此角度的大小，转子转速则始终保持同步转度的大小，转子转速则始终保持同步转速运行。速运行。 faFFF F 三、同步电动机的功率因数调节和三、同步电动机的功率因数调节和V形曲线形曲线当同步电动机拖动的有功负载保持常数的情况当同步电动机拖动的有功负载保持常数的情况下，调节同步电动机的下，调节同步电动机的励磁电流励磁电流，可以调节，可以调节它的它的功率因数功率因数。1)调节励磁电流调节励磁电流If， 时，定子电流时，定子电流此时定子电流此时定子电流I与电压与电压U同相位，同相位，电机不从电网吸取无功功率，定子电流最小

11、，电机不从电网吸取无功功率，定子电流最小，称这时的励磁状态为称这时的励磁状态为“正常励磁正常励磁” 2)2)当励磁电流大于正常励磁时，称为当励磁电流大于正常励磁时，称为“过励过励状态状态”， 因为要保持因为要保持 相位上超前电压一个相位上超前电压一个 角，这角，这是电动机除了从电网吸收有功功率之外，还是电动机除了从电网吸收有功功率之外，还吸收无功功率，所以吸收无功功率，所以此时，同步电动机对此时，同步电动机对改善电网的功率因数改善电网的功率因数有有很大的好处。很大的好处。001EE1IIcos1003EE0sinE常数01033,EEII331II3)3)当调节励磁电流小于正常励磁时，称为当调

12、节励磁电流小于正常励磁时，称为“欠励状欠励状态态”， 此时此时 相位上滞后电相位上滞后电压一个压一个 角，角，向外输出向外输出超前性质的无功功超前性质的无功功率的电流，率的电流，定子电流定子电流很少采用同步电动机的欠励状态很少采用同步电动机的欠励状态由以上分析可知；在输出功率一定的条由以上分析可知；在输出功率一定的条件下，定子电流件下，定子电流I I随励磁电流变化的关随励磁电流变化的关系曲线呈系曲线呈V V形，故称形，故称I=f(II=f(If f) )为为V V型曲线，型曲线，对于不同的输出功率，有不同的曲线，对于不同的输出功率，有不同的曲线，如此可得一簇曲线，如图如此可得一簇曲线，如图002EE01022,EEII221II同步电动机不能自行动，必须借助其他方同步电动机不能自行动，必须借助其他方法起动。同步电动机的起动方法有辅助法起动。同步电动机的起动方法有辅助电机法，变频起动法和异步起动法等。电机法，变频起动法和异步起动法等。一般采用异步起动法。一般采用异步起动法。10r阻尼绕组同步电动机异步起动原理图采用异步起动法时，转子上需加设鼠笼式采用异步起动法时，转子上需加设鼠笼式起动绕组，起动时，先把励磁绕组短接，起动绕组，起动时，先把励磁绕组短接，接通电源，靠起动绕组所产生的异步转接通电源，靠起动绕组所产生的异步转矩起动，待转速上升至接近同