华南理工大学电机学之同步电机教学课件

1、suct-kyzl预祝你考研成功suct-kyzl预祝你考研成功！第七章同步电机华南理工考研资料联盟（每年更新）:华南理工考研资料联盟（每年更新）:主要教学内容:同步电机的基本工作原理同步电动机的电磁关系同步电动机的功率、转矩和功角特性功率因数调节同步电动机的启动7.1同步电机的基本工作原理7.1.1基本结构同步电机转速与定子电流频率满足方程式n = ，同步电机P主要用作交流发电机，也可作同步电机构造亦意图隐极式 凸极式同步电机分类为电动机运行，运行时还可改 善电网的功率因数。同步电机构造亦意图隐极式 凸极式同步电机分类7.1.2基本工作原理口发电工作状态|转子励磁绕组接入励磁直流电产生对转子

2、本身无 相对运动的磁场，转子旋转时，磁力线切割定子电枢绕组，定子绕组中感应出电动势，出线端接上三相负载输suct-kyzl预祝你考研成功suct-kyzl预祝你考研成功！第七章同步电机华南理工考研资料联盟（每年更新）:华南理工考研资料联盟（每年更新）:suct-kyzl预祝你考研成功suct-kyzl预祝你考研成功！同步电机华南理工考研资料联盟（每年更新）:华南理工考研资料联盟（每年更新）:口发电工作状态 I定子绕组旋转磁动势氏与转子励磁磁动势户。 同极数、同转向、同转速，在空间上始终保持相 对静止，二者合成为负载时的气隙磁动势圪。Fo与Fm也同步旋转，Fo在前，在空间上与 Fm存在某一相位角

3、，称为功率角或功角。7.1.2基本工作原理空载状态减少输入功率，0减小，当0 = 0时，输入的机械 功率只用来克服空载损耗，电机处于空载状态，电动工作状若电机转轴带有机械负载，则转子 磁极轴线落后于合成磁动势轴线，改变方向，合成 磁场拖动转子磁极旋转，转速仍为同步转速。电机处 于电动工作状态。suct-kyzl预祝你考研成功suct-kyzl预祝你考研成功！第七章同步电机suct-kyzl预祝你考研成功suct-kyzl预祝你考研成功！同步电机华南理工考研资料联盟(每年更新):华南理工考研资料联盟(每年更新):7.1.2基本工作原理第七章(a)(b)(c)同步电机的不同工作状态同步电机运行时，

4、定 子旋转磁场与转子磁 场保持相对静止，二 者之间相互作用，产 生电磁转矩，进行能 量交换。定、转子磁 场的强弱及其轴线之 间的夹角，决定了同 步电机能量转换的方 向与电机功率的大小7.1.2基本工作原理第七章(a)(b)(c)同步电机的不同工作状态7.1.3铭牌数据和型号（1）同步电动机的铭牌数据额定电压uN（n，额定电流!n（a），额定频率人（制， 额定额定功率PN），额定转速（r/mill）PN =UNINrlN C0S（PN式中，COS%分别为额定效率和功率因数。此外，还有额定励磁电流与额定励磁电压UiY）（2）同步电动机的型号同步电动机118 / 41铁心长度定无铁心外径|华南理工考

5、研资料联盟（每年更新）：（2）同步电动机的型号同步电动机118 / 41铁心长度定无铁心外径|华南理工考研资料联盟（每年更新）： HYPERLINK 极数suct-kyzl预祝你考研成功suct-kyzl预祝你考研成功！_第七章同步电机华南理工考研资料联盟（每年更新）:华南理工考研资料联盟（每年更新）:7.2同步电动机的电磁关系7.2.1隐极同步电动机的电磁关系电磁关系隐极同步电动机电磁关系定子电枢旋转磁动势氏与转子励磁磁动势汽，以同步转速同方向旋转，保持相对静止，合成为基波磁动势久。F = F +F1 m 1 a 1 0 I7.2.1隐极同步电动机的电磁关系定子一相绕组电压平衡方程式u. =

6、若忽略/xrx，且有m ，则1 =-包a +Jhxa将n代入上式，且设同步电抗=Xa定子等效电路和电动势相量图-等效电路+ x。调节相量&的长 度，定子电压4与 电流A之间可以 变换不同的相位关 系。同步电动机在 拖动负载做功的同 时，可以改善电网 功率因数。7.2.2凸极同步电动机的电磁关系电磁关系凸极同步电动机气隙不均匀，将电枢磁动势分解为横轴 与纵轴两个分量。K+旮叫相应的 K+iq， Ea=Ead+相应的 K+iq， Ea=Ead+Eaq电枢磁动势分解电磁关系等效电路7.2.2凸极同步电动机的电磁关系 定子一相电压平衡方程式等效电路= 一左0 左a + j土lXa =左0 d + 左叫

7、）+ =-左 0 + jidXad + JXag +1 - -色Q + dXd + J文q1 - -色Q + dXd + J文qXq设纵轴同步电抗xJ=+xa横轴同步电抗xq =xaq+x（7有,DJiJr电枢磁动势分解（/）= 0 +（p ）7.3同步电动机的功率、转矩和功角特性7.3.1功率传递与转矩平衡Pm =PiPcucos同步电机功率流程图P0 = PFe + Pm + PsPm =PiPcucos同步电机功率流程图即电磁转矩等于电动机轴上输出的机械转矩与空载转矩之和。例7-1一台三相六极同步电动机数据为：额定功PN = 250kW ,额定电压UN = 380K,额定功率因数cos%

8、 = 0.8，额定效率?N = 88%， 定子每相电阻zi=0.03Q，定子绕组Y连接。试求：额定运行时，定 子输入功率，额定电流h，电磁功率PM与电磁转矩T。解定子输入功率额定电流p 250P.=上=284(W) 0.88=了=-广 _284 = 539.4 y/3UN cos cpN a/3 x 380 x 0.8电磁功率PM =P1-3IN2r1 =284 3x539.42 x 0.03x10一3 = 257.8(W)电磁转矩p7N=9.55 = 9.55xiooo757 8 = 2462(2V. 77?)suct-kyzlsuct-kyzl预祝你考研成功！suct-kyzl预祝你考研成

9、功！suct-kyzl预祝你考研成功！-第七章对于隐极同步电动机，有对于隐极同步电动机，有p; = 0， T,f = o o华南理工考研资料联盟（每年更新）：同步电机3.2功（矩）角特性m）.丁 （匕）同步电机3.2功（矩）角特性m）.丁 （匕）/T90*、z- 180* e 06n90ISO0 e（a）凸极（b）隐极功（矩）角特性同步电动机功率（转矩）随功 角变化的关系曲线PM = /（） 或 T = /（）* P - 3UlI1 cos? = 3U山 cos（-沒） =3U- ZT cos cos 6 + 37, sin 伞 sin & =3U人cos沒+ 3私sin沒 可得同步电机7.3

10、.3功角的物理意义第七章T = 3sme 合成磁动势对应磁极对转子磁极转矩；r=rfsm2反应转矩，与和的差异有关。第七章,凸极同步电动机, = o,磁力线无扭斜，无反应转矩;, 0T ,功角拉大。 对工作点a，Ta增大，变化至a，运行，若变化消除， ttl，功角a减小，电动机重新回到a运行；对工作点b，电磁转矩减小，使得TlT情况加剧，拖动系统持续减速，无法稳定。T同步电动机静态稳定运行的条件为：ALdTdPM- OgzM 0O/ r b盖或1数值的大小，表示了同步稳定工作点示意图.4功率因数调节7.4.1同步电动机的功率因数调节改变励磁电流if,可以改变转子磁动 势F.4功率因数调节7.4

11、.1同步电动机的功率因数调节改变励磁电流if,可以改变转子磁动 势Fo，从而改变定子感应电动势E.， 进而改变电源电压久与定子电流人 之间的相位关系。隐极同步电动机，调节h，有5111(9=常数cosp =常数.if改变隐极同步电动机励磁电流的电动势相量图同步电动机负载运行时，一般要加大励磁电流，处于过 励状态，以改善电网的功率因数。-一suct-kyzl预祝你考研成功！suct-kyzl预祝你考研成功！_第七章同步电机步电抗xc =例7-2台隐极同步电动机，额定电压 = 步电抗xc =71.5,定子绕组Y连接，额定功率因数cos = 0.9 （超前），同 48.5Q,忽略定子电阻。试求：额定

12、运行时空载电动势， 功率角eN，输入功率p.，电磁功率pm与过载倍数;t。% = 25.8。（超前）解由 cos% = 0.9，可知 定子绕组Y% = 25.8。（超前）由图中几何关系可得E. =+ (INxc )2 - 2UnInxc cos(90 + cpN 586，)UXN cos(pN 3464x0.9 ncos 汐=0.532Eo5862(/)= arccos0.53 = 57.9例题7 2电动势相量图过载倍数 例题7 2电动势相量图过载倍数 = -J = 7-=l-89 sin 0N 0.53电磁功率 PM =3xl(r3 b上 hn0N =0.003 x?464x 5862 xs

13、in32.1 = 667.4(抓) xc48.5华南理工考研资料联盟(每年更新). HYPERLINK suct-kyzl成功！suct-kyzl成功！第七章华南理工考研资料联盟（每年更新）:华南理工考研资料联盟（每年更新）:%不变，改变得到曲线A 负载越大，曲线越向上移。/（/%不变，改变得到曲线A 负载越大，曲线越向上移。/（/7），形状类似字母U。同步电动机的U形曲线g步电机7.4.2 U形曲线最底端，有cos = l，定子绕 组仅从电网吸收有功功率。 带负载时，减小0，感应电动 势尽也会减小，使电磁功率心 减小，功（矩）角6超过霄， 电动机失去同步，图中虚线所 示为不稳定区，同步电动机

14、最 好不要运行于欠励状态。suct-kyzl预祝你考研成功suct-kyzl预祝你考研成功！第七章同步电机华南理工考研资料联盟（每年更新）:华南理工考研资料联盟（每年更新）:7.4.3同步调相机同步电动机工作于空载运行状态，通过调节励磁电流， 给电网提供无功功率，以改善电网的功率因数。增大调相机的励磁电流，使其运行于过励状态，调相 机向电网输出一个滞后的无功电流，从而减少了负载 从电网吸收的无功电流。同步调相机工作原理M感性负载；MS同步调相机suct-kyzl预祝你考研成功！suct-kyzl预祝你考研成功！_第七章同步电机华南理工考研资料联盟(每年更新):华南理工考研资料联盟(每年更新):例7-3一台同步发电机带一感性负载，负载所需有功电流为；=1000无功电流夂=100(X4。为减少发电机和线路中的无功电 在用户端安装一台同步调相机，并在过励情况下从电网中吸收容性(超前)电流Ic = 2504 。求补偿后，发电机及线路中的无功电流值。解没有补偿时，发电机及线路总电流为I =扎2 +Ir2 = VlOOO2 + 10002 = 1414G4)功率因数为cos(p = 二 1000 二 o 71I 1414接入调相机后，线路的无功电流=1000-250 = 750()总电流为 r = Vl0002 + 75