Chpt514同步电机原理 (2)课件

5.4同步电机原理

5.4.1同步电机的结构和运行方式

5.4.3

同步电动机的功率、转矩和功角特性

5.4.5

同步电动机的启动方法20-1同步电机5.4.1同步电机的结构和运行方式同步电机多被用作发电机，当今作为动力用的强大电力几乎全是由三相同步发电机发出的，因此它是各类发电厂的核心设备之一。同步电机也可以作电动机使用，例如空气压缩机、鼓风机、电力推进装置和电动发电机组等。所谓同步电机是指转子转速n与定子电流的频率f1满足下面的方程式关系的交流电机，20-2同步电机的基本结构1.同步电机的基本结构1）定子同步电机的定子，就其基本结构来看，与异步电机的定子没有多大区别，也是由定子铁心、定子绕组以及机座、端盖等附件组成。凸极式隐极式2）转子同步电机的转子有两种结构形式：一种有明显的磁极，称为凸极式，如图10-1a所示；另一种转子为一个圆柱体，表面上开有槽，无明显的磁极，称为隐极式，水轮发电机凸极式汽轮发电机隐极式转速较低

转速较高20-3同步电机的励磁电源2.同步电机的工作原理当同步发电机的转子在原动机的拖动下达到同步转速n1时，由于转子绕组是由直流电流If

励磁，所以转子绕组在气隙中所建立的磁场相对于定子来说是一个与转子旋转方向相同，转速大小相等的旋转磁场。该磁场切割定子上开路的三相对称绕组，在三相对称绕组中产生三相对称空载感应电动势E0

。若改变励磁电流的大小则可相应地改变感应电动势的大小，此时同步发电机处于空载运行。空载运行（补偿状态）20-5同步电机的负载运行当同步发电机带负载后，定子绕组构成闭合回路，产生定子电流，该电流是三相对称电流，因而要在气隙中产生与转子旋转方向相同，转速大小相等的旋转磁场。此时定、转子间旋转磁场相对静止，气隙中的磁场是定、转子旋转磁场的合成。由于气隙中磁场的改变，定子绕组中感应电动势的大小也将发生变化。负载运行20-6同步电机的运行方式3.同步电机的运行方式发电机运行方式：转子主磁场超前定子合成磁场，原动机拖动同步电机并励磁时，电机从原动机输入机械功率，向电网输出电功率。电动机运行方式：转子主磁场滞后定子合成磁场，当同步电机由电网供电并励磁，拖动机械负载时，从电网输入电功率，在轴上输出机械功率

。20-7同步电机的磁动势先考虑励磁磁动势Ff单独在电机主磁路中产生磁通时的情况。励磁磁动势Ff总是在直轴方向产生磁通。由励磁磁动势Ff单独产生的磁通叫励磁磁通，用f表示。20-9同步电机的磁动势Fa

单独在电机主磁路中产生磁通时的情况，则比励磁磁动势Ff产生磁通时的情况复杂。下图给出了计算机仿真结果。f

经过的磁路是以直轴为对称的，下图是其计算机仿真结果。20-10同步电机的磁动势凸极同步电动机的双反应原理20-11同步电机的磁动势5.同步电动机的电压方程1）凸极同步电动机的电压方程励磁磁通f

，直轴磁通ad

和交轴磁通aq，都以同步转速逆时针旋转，因此都要在定子绕组中产生相应的感应电动势。根据图给出的同步电动机定子绕组各电量正方向，可以列出A相回路的电压方程感应电动势、可以写成直轴电枢反应电抗交轴电枢反应电抗20-13同步电机的电压方程经整理，得电压方程一般情况下，当同步电动机容量较大时，可忽略电阻Rs，于是直轴同步电抗交轴同步电抗定子漏抗20-14同步电机的电压方程2）隐极同步电动机的电压方程对于隐极同步电动机，由于气隙均匀，因而直轴和交轴的同步电抗在数值上彼此相等，即有同步电抗这样，可写出隐极同步电动机的电压方程为20-15同步电机的功率关系2.电磁功率与功角特性对于凸极同步电动机，当忽略定子绕组的电阻Rs时，同步电动机的电磁功率为考虑到相量关系，于是励磁电磁功率1凸极电磁功率220-17同步电机的电磁转矩3.电磁转矩与矩角特性电磁转矩的通用公式为式中——电机极对数； ——每极合成磁通； ——定子磁动势幅值； ——定子磁动势与合成磁动势间的夹角。因为可有根据功率与转矩的关系，同样可以导出电磁转矩及转矩平衡方程。与异步电动机一样，电磁转矩Te等于电磁功率Pem与电机角速度ω之比，但对于同步电动机，其转速即为同步转速，因此20-18同步电机的电磁转矩同步电动机的转矩平衡方程

电磁转矩还可表示为