1、 同步电动机工作原 理 前言 ：同步电机是一种交流电机，主要作发电机使用；也可作电动机和调相机（专门用于电网的无功补偿）使用； 同步电机定义：同步电机转速 n 与定子电流频率 f 和极对数 p 保持严格不变的关系，即pfn 60； 主要内容：电枢反应；有功和无功调节；并联运行；不对称和突然短路 6.1 同步发电机的基本结构和运行状态 1.旋转磁极式 定子 -放置三相交流绕组 转子 -放置励磁绕组 (主磁极 ) 凸极式 隐极式 2 旋转电枢式 定子 -放置励磁绕组 (主磁极 ) 转子 -放置三相交流绕组 (需 三个滑环引出或引入三相电流 ) 一、同步电机基本结构 (一 ) 隐极同步电机 (以汽论
2、发电机为例 ) 特点 :转速高 为保证频率 f=50Hz,则发电机的极对数 P 少 (一般为二极 ,2P=2) 离心力大 ,需细长转子 (隐极式 ) 0.5mm 硅钢片叠压而成 定子铁心 大型电机由扇型片拼成圆形 1. 定子 矩形开口槽 ,径向 ,轴向通风道 定子绕组 -三相双层绕组 ,扁 铜线绕制而成 ,采用成型线圈 外壳 -用钢板焊接而成 2. 转子 (1)由合金钢锻成 ,与转轴制成一个整体 ,外园开槽 ,大齿和小齿 (2)励磁绕组为同心式绕组 (3)采用高强度铝合金槽楔 ,端部采用保护环固定 3.滑环 (集电环 )与电刷装置 . (二 ) 凸极同步电机 特点 :转速低 为保证 f=50H
3、z,则需发电机的极对数 P 增大 为保证放置 P 对磁极 ,则需转子的直径大 . 1.定子 : 定子铁心 -硅钢片叠成 ,直径可达 20多米 ,矩形开口 槽 . 定子绕组 -双层绕组 2.转子 : 凸极式铁心由厚钢板叠成 励磁绕组由扁铜线绕制而成 阻尼绕组 (起动绕组 )-由铜条和端环构成 ,用于同步电动机异步起动 . 二、同步电机的运行状态 1. 稳态运行情况下 ,定转子磁场相对静止 2. 功率角 -定子合成磁场轴线与主极磁场 (转子磁场 )轴线之间夹角 .(用电角度表示 ) 3. 三种运行状态 (1) 发电机运行 物理过程 :直流电流电刷滑环励磁绕组磁场 原动机拖动转子 绕组感应三相交流电
4、动势 (频率为 60pnf ),接入负载后 ,三相对称电流 ,定子旋转磁场以 n1旋转 . 特点 :功率角 0(即主极磁场超前定子合成磁场 ) 转子受到制动性质的电磁转矩 Te f 1n ,为保证 f=50Hz 恒定 ,需保证 1n 恒定 ,应输入转矩 T1 与Te平衡 . (2) 补偿机运行状态 (或空载运行状态 ) 当 =0时 Te=0 物理过程 :转子同发电机运行状态 ,-主极磁场以 1n 旋转 定子接入三相对称电源 -定子合成磁场以 1n 旋转 特点 : =0.(主磁场与定子合成磁场重合 ) 电机内没有有功功率转换 (3) 电动机运行当 外施 T2 Te (与 T2+T0 平衡 )保
5、证 n=1n =常数 转子转速 n=1n =60f/p,即当 f 一定 ,p一定时 ,n恒定 . 三 .同步电机的励磁方式 四 .额定值 1.额定容量 SN(或额定功率 PN)-指输出功率 发电机用视在功率 (KVA)或有功功率 电动机用有功功率 (KW)表示 补偿机用无功功率 (Kvar)表示 2.额定电压 UN 定子线电压 (V) 3.额定电流 IN 定子线电流 (A) 4.其他 : Ncos , N,fN,nN, N,UfN,IfN等 三相同步电动机 NNNNN IUP c o s3 6.1 同步电动机的工作原理 一、 三相异步电动机的同步运行 n=n1 时，异步电动机 I2=0.此时转
6、子绕组通直流电时，转子就会建立相对于转子本身精致的磁场（恒定）。由于定转子磁场转速相同，因此相对静止。根据同性相斥、异性相吸的原则，就可以是一台异步电动机实现同步运行。： 二、三相同步电动机的工作原理： 三 、 同步电动机的电磁功率的公式： 1电压方程： 隐极机： tMMa xIjIREU 0 凸极机： qqMddMMa xIjxIjIREU .0 2电磁功率： 凸极机：MdqMdem xxUmx UEmP 2s i n112s i n 20 隐极机：Mtem xUEmP sin03.电磁转矩方程： 4.功率平衡：211 PPPPPP PPPfadmecFeememcu 四 、同步电动机的 V
7、 形曲线和功率因数调整 常数 s in0em txmUEP ; 常数sin0E 常数Mc osI M 1.三种激磁状态：正常激磁状态： I 与 U 同相， 1cos,0 ，吸有功 P， Q=0；过激运行状态： I 超前 U ，吸有功 P，吸容性 Q（发感性 Q）； 欠激运行状态： I 滞后 U ，吸有功 P，吸感性 Q（发容性 Q）； 2.V形曲线： *结论：同步电动机最可贵 的优点，调 If可改变它的无功输出。 五 、同步电动机的起动 异步起动法 其他起动方法 五、同步补偿机 1.目的：补偿无功功率的不足； 2. 同步补偿机运行实质：运行于同步电动机（空载）状态； 3.同步补偿机定义：是一种专门设计的无功功率发电机，更确切地说是一种不带机械负载（即空载运行）的同步电动机。 4.三种激磁状态：正常激磁状态 UE0 ；过激运行状态 UE0 ； 欠激运行状态 UE0 ； 5. 同步补偿机特点：同步调相机的额定容量是指在过激状态时的额定视在功率； 由于轴上不带负载，调相机的转轴比同容量的电动机的轴细； 提供感性无功，激磁线圈截面大，损耗也较大，通风冷却； 起动：异步电动机或辅助电动机法。
