《电机技术》4.1.1 同步电机的原理和分类任务手册

同步电机的原理和分类【任务要求】知识点技能点同步电机的原理同步电机的分类同步电机的运行状态同步电机原理的分析与应用会对同步电机进行分类同步电机运行状态的分析与应用重点难点同步电机的原理同步电机的运行状态分析【任务清单】任务1：什么是同步电机与异步电机一样，同步电机也是一种常用的交流旋转电机。同步的含义是：稳态运行时，转子转速等于同步转速，与负载大小无关，转速n与电网频率f之间的关系为：n=60f/p。同步电机主要用作发电机，现代水电站、热电厂和核电站的交流发电机组几乎全部都是同步发电机。任务2：同步电机原理同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁。励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场，原动机拖动转子以转速n旋转时，其磁场切割定子绕组而感应三相交流电动势E0。如果带三相对称负载运行时，则在定子三相绕组中产生三相对称电枢电流ia、ib、ic。一、发电机基本原理1、励磁绕组通以直流电流后，转子即建立恒定磁场；2、当原动机拖动转子旋转时，其定子绕组切割磁场而产生交流感应电动势，该电动势的频率为f=pn/60；3、如果同步发电机接上负载，在电势作用下，将有三相电流流过。这说明同步发电机把机械能转换成了电能。二、电动机基本原理1、在定子绕组上施以三相交流电压时，电机内部产生一个定子旋转磁场，其旋转速度为同步转速n1。2、转子将在定子旋转磁场的带动下，带动负载沿定子磁场的方向以相同的转速旋转，转子的转速为：n=n1=60f/p，同步电动机将电能转换为机械能。任务3：同步电机分类按运行方式分为：发电机、电动机、调相机；按结构型式分为：旋转电枢式、旋转磁极式（旋转磁极式又分为隐极式和凸极式）；按原动机类别：汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机；水轮发电机、同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式，极数多，转速低。汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速为3000转/分钟。任务4：同步电机的运行状态同步电机有三种工作状态。同步发电机：把机械能转化为电能，向电网发出交流电，是同步电机最主要的运行方式，比如汽轮发电机和水轮发电机；同步电动机：把电能转化为机械能；同步调相机（补偿机）：实际上是一台接在电网上空载的同步电动机，用于改善电网的功率因数。同步电机运行于哪种状态，取决于转子磁场轴线领先合成磁场轴线的夹角δ（功率角）。δ>0，发电机状态；δ<0，电动机状态；δ=0，补偿机状态。δ>0时，Te为制动转矩，原动机的驱动转矩与电磁转矩Te平衡。转子吸收机械功率，定子发出电功率。δ=0时，不进行能量转换，仅发出或吸收无功功率，作为补偿机运行。δ<0时，Te为驱动转矩，带动负载运行。转子输出机械功率，定子吸收电功率。任务5：同步电机的型号汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列。QF表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，Q——氢外冷，N——氢内冷，S——双水内冷。如：QFS-300-2表示容量为300MW双水内冷2极汽轮发电机。水轮发电机系列有TS系列。T表示同步，S表示水轮。如：TSS1264/160-48表示双水内冷水轮发电机，定子外径为1264厘米，铁心长为160厘米，极数为48。同步电动机系列有TD、TDL等。TD表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途，如：TDG表示高速同步电动机；TDL表示立式同步电动机。同步补偿机为TT系列。【任务拓展】请认真思考并回答下列问题1、为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不用电枢旋转式？2、为什么同步电机的气隙要比容量相同的感应电机的大？3、同步电机转子表面气隙磁通密度分布的波形是怎样的?转子表面某一点的气隙磁通密度大小随时间变化吗?定子表面某一点的气隙磁通密度随时间变化吗?4、请说明QFS-300-2为什么类型的同步电机5、在直流电机中，E>U还是E<U是判断电机作为发电机运行还是电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？6、什么是同步调相机？7、某工厂变压器的容量为2000kV·A，该厂电力设备的平均负载