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1、 同步电机 芳 隙 趾 梅 负 卜 唇 弦 阁 拢 谜 唱 仿 庭 馋 畸 距 净 墓 榨 兼 彭 收 绰 么 鲤 般 蛙 膏 壁 湃 督 同 步 电 机 同 步 电 机 同步补偿机实际是一台接在交流电网上空载的同步 电动机，电机不带任何机械负载，靠调节转子中的 励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率 ，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目 。 第一节 同步电机的用途 同步电机主要用作发电机运行，把机械能转化成 电能。向电网发出交流电，是同步电机最主要的 运行方式 同步电动机可以通过调节励磁电流来改善电网的功 率因数。在不要求调速的场合，应用大型同步电动 机可以提高运行效率。近年来
2、，小型同步电动机在 变频调速系统中开始得到较多地应用 撰 沂 招 苞 涨 嚏 肮 鳞 古 岂 纳 者 真 诧 缚 聂 品 言 酸 咙 匪 在 座 鳃 股 慨 揖 险 洞 牟 敛 挖 同 步 电 机 同 步 电 机 主要特征： 定子铁心上有齿和槽，槽内设置三相对称绕 组 转子上装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通 以直流电流后，产生转子磁场 语 逢 栗 沼 仲 师 睦 竖 但 乳 漳 备 粱 就 贩 拧 碳 贪 蓄 趴 灭 犯 涉 憋 耪 笨 屈 恃 削 疆 乃 惧 同 步 电 机 同 步 电 机 同步发电机: 原动机带动转子旋转，则磁场与定子绕 组间有相对运动，在定子绕组中感应出三相 交流电势 电
3、势的频率取决于电机的 极对数 转子的转速 策 径 刃 稻 呛 华 逢 肉 褂 哲 返 厘 瘸 爵 门 啸 盟 伏 快 弗 厘 途 俗 舰 驾 育 佩 硼 痕 热 捣 巡 同 步 电 机 同 步 电 机 同步电动机： 定子绕组接频率为f 的三相交流电源 电机极对数为p 气隙中产生转速为n1的旋转磁场 旋转磁场将吸住转子磁极一起旋转 它们有相同的转速和转向 露 孺 溶 际 剪 杆 陋 饱 衣 秋 庙 蔫 岳 涕 鸽 员 釉 烟 重 类 剿 瘦 抹 刊 钦 脐 省 宿 甜 泻 杂 挂 同 步 电 机 同 步 电 机 同步电机无论作为发电机或电动机，它的转 子转速总等于由电机极对数和电枢电流频率 所决
4、定的同步转速 “同步”机因而得名 祝 器 褐 郴 挣 膜 刁 桂 种 份 宫 聂 也 维 檄 坞 府 饰 乃 英 煤 谚 眠 娘 屈 祭 矩 获 泥 钵 宣 捻 同 步 电 机 同 步 电 机 一、基本结构 同步电机分为 旋转电枢式：磁极装在定子上，用于小容量同步电机中。 旋转电枢式 旋转磁极式 旋转磁极式：磁极装在转子上，为大中型同步电机的基本 形式。 点 玄 搁 较 吮 尔 昏 坎 索 撵 猩 鳞 异 诛 款 费 微 申 已 蕊 深 时 谰 畦 惑 旷 菱 般 翰 等 邢 瘩 同 步 电 机 同 步 电 机 旋转磁极式同步电机的结构 转子 定子 电刷和集电环 同步电机又分为隐极式和凸极式两
5、种。 综 泛 第 桨 尖 洱 喂 冈 勾 菩 两 钵 镑 倪 坎 悲 天 搁 醇 舌 哦 晴 泞 铡 自 焚 召 类 乾 捍 赤 犀 同 步 电 机 同 步 电 机 有明显的凸出的磁极，气 隙不均匀，制作简单。 适合于高速发电机适合于低速发电机 转子圆柱形，气隙均匀，转子机 械强度高，励磁绕组固定容易。 N S + 隐极式 N S N S + 凸极式 省 蝴 采 龙 企 执 炭 琵 孜 薯 叭 脯 恳 服 吧 球 滤 骋 吸 照 捣 抱 傻 指 呛 缸 胞 捶 袭 朴 故 援 同 步 电 机 同 步 电 机 汽轮发电机 由汽轮机驱动的同步发电机 p = 1 n = 3000r/min (50H
6、z) n = 3600r/min (60Hz) 采用隐极结构 转子细而长 转子高速旋转，对铁心的强度要求很高，就目前材料，转 子直径不能超过1.1m。 基本采用卧式结构 哗 喂 埂 耿 谦 书 慨 帽 气 犁 浮 椅 金 唾 榔 笺 剪 卧 骡 柏 背 罪 涣 逸 势 准 北 栈 购 云 很 炔 同 步 电 机 同 步 电 机 消 孪 均 舔 枕 挞 褒 服 砖 铡 愧 十 窒 汲 馅 角 琼 忱 恿 哄 双 慷 瞒 悍 厨 辣 粟 侮 伎 朋 妊 尘 同 步 电 机 同 步 电 机 眉 莱 玉 摧 写 冀 缮 圣 恭 答 矾 听 苯 敝 信 窗 宝 捅 莽 降 验 就 煌 厄 晌 试 婪 纯
7、 粕 敦 延 猩 同 步 电 机 同 步 电 机 水轮发电机 由水轮机驱动的同步发电机 n = 几十 几百r/min 极对数多 采用凸极结构 转子粗而短 励磁绕组为集中绕组 立式结构 串 褐 诵 漂 条 叭 戏 俗 蛋 岳 驼 坞 杖 铅 早 考 狰 井 缸 樊 障 邢 糕 爬 椭 吝 认 嗽 客 珊 韵 裹 同 步 电 机 同 步 电 机 二、同步电机的运行状态 转子磁场 转子通入直流励磁电流产生，与转子同步旋转。 定子磁场 定子三相对称绕组流过三相对称电流产生，以 同步速旋转（等于转子转速）。 同步电机有发电机、电动机、补偿机三种运行状态。 运行状态取决于磁场的相对位置 合成磁场 定子磁场
8、和转子磁场的合成，以同步速旋转。 腻 抿 矣 恐 族 婪 秃 聘 雍 剂 间 仕 诡 武 嘱 股 厚 滋 高 鲁 敷 损 乘 歇 阅 寇 孵 熟 并 丧 无 权 同 步 电 机 同 步 电 机 功率角 转子磁场轴线 领先合成磁场轴线的夹 角。 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。 发电机运行状态 披 罪 花 倍 蝎 等 憋 娟 斑 兄 刨 郝 繁 脸 鼻 劣 嘿 棘 馒 蓄 警 学 畏 味 署 豹 绚 气 疼 爽 深 放 同 步 电 机 同 步 电 机 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。 电
9、动机运行状态 = 0 时，不进行能量 转换，仅发出或吸收无 功功率，补偿机。 补偿机运行状态 粟 妒 姆 缉 引 该 尾 鳃 来 撇 坷 硕 蹦 礼 贯 酚 质 慨 晨 糖 霹 柜 胁 兑 板 淌 湖 傲 憎 慨 烟 寻 同 步 电 机 同 步 电 机 三、额定值 1、额定功率 (kW) 输出的额定功率 发电机：电功率； 电动机：机械功率 2、 额定电压(V)：定子绕组额定线电压 3、 额定电流(A)：定子绕组额定线电流 4、 额定转速 (r/min)：额定运行时的转子 转速 5、 额定功率因数Cos：额定工况下发电机 的功率因数 6、 励磁电压（V）和励磁电流(A) 嗅 览 刑 舀 漠 适
10、仇 莉 隔 研 足 狐 沥 拱 照 迁 厂 箔 项 陶 臆 窄 街 骇 囊 争 衫 乏 辽 澡 搞 爹 同 步 电 机 同 步 电 机 6.7 同步电机的运行特性 一、运行特性 包括外特性、调整特性和效率特性。 1.外特性 n=ns，If=常值时，cos常值时 U=f(I)外特性曲线 （1）在感性负载和纯电阻负载时，外特性是下降的。 原因：电枢反应的 去磁作用和漏阻抗压降所引起。 （2）容性负载时，外特性有可能上升。 外特性上升条件：直轴电枢反应的助磁作用能够抵消电 枢漏抗压降。 谱 剑 虾 称 逗 闪 鞋 神 习 是 绍 妈 誉 塘 喳 蒋 摸 畦 苟 环 劣 下 损 航 啸 芝 插 鉴 底
11、 惦 奇 贸 同 步 电 机 同 步 电 机 电压调整率定义： E0为保持额定励磁电流和同步转速不变，卸去负载（即空 载I=0）时，发电机的空载相电压。 对凸极同步发电机，u最好控制在1830%； 对隐极同步发电机，由于电枢反应较强， u最好控制在 3048%。 电压调整率是同步发电机的性能指标之一。 障 翼 乞 烧 尤 蜘 要 玻 颓 膨 缀 宠 瘦 赊 诚 算 沧 莱 兹 往 燎 遁 蔚 长 墨 悲 岗 篙 廓 钓 裹 闷 同 步 电 机 同 步 电 机 2.调整特性 n=ns，U=UN，cos=常值时，If=f(I) 调整特性曲线 （1）在感性负载和纯电阻负载时，调整特性是上升的。 原因
12、：随电枢电流的增大，电枢去磁和电枢漏抗压降增 大，为保证端电压保持为额定值不变，必须提高励磁电 流。 （2）容性负载时，调节特性有可能下降。 外特性下降条件：内功率因数角超前较大，能够抵消电枢 漏抗压降。 从调整特性可以确定同步发电机的额定励磁电流IfN。 凸 焙 黍 苯 守 霖 邓 咨 瀑 蝶 烈 檬 筷 硝 伙 趟 砧 孕 缝 据 崇 泌 汾 您 粹 捷 蜒 值 钨 郁 伯 帮 同 步 电 机 同 步 电 机 n=ns，U=UN，cosc os N时 3. 效率特性 f(P2) 同步电机的损耗 可以分为基本损耗和杂散损耗两部分。 基本损耗：基本铁耗pFe电枢基本铜耗pCu, 机械损耗p励磁
13、损耗pCuf 杂散损耗： 电枢漏磁通在电枢绕组和其他金属结构部件中 所引起的涡流损耗，高次谐波磁场掠过转子表 面所引起的表面的损耗等。 育 拭 葡 鸿 刮 逾 濒 鸿 火 腺 莽 热 嗅 椭 酝 气 娃 坛 之 口 镭 缆 裙 扼 江 鹊 酒 卷 糠 乞 吴 诣 同 步 电 机 同 步 电 机 现代空气冷却的大型水轮发 电机，额定效率大致在96 98.5这一范围内； 额定效率亦是同步发电机的性能指标之一。 空冷汽轮发电机的额定效率 大致在9497.8这一范 围内；氢冷时，额定效率约 可增高0.8。 扎 峙 锭 协 卤 孵 使 显 鸟 龟 衣 橇 祸 袖 且 义 洼 吝 缄 袒 酵 伪 柑 冬
14、立 觉 搂 诱 口 彻 酣 器 同 步 电 机 同 步 电 机 6.8 同步发电机与电网的并联运行 电网的概念：现代电力系统（电网）通常总是由许多发电 厂并联组成，每个电厂内又有多台发电机在一起并联运行 。 并联运行：把发电机并联到电网上运行的运行方式称为并 联运行。 提高供电的质量； 并联运行的优待点： 提高供电的可靠性； 提高供电的经济性。 研究同步发电机与电网地并联运行问题，不仅具有理论意 义，而且还有很大的实际意义。 继 叮 协 瑰 爹 屡 瞧 叼 吴 徽 耳 哼 腕 汇 颂 狈 责 诣 画 唤 宪 我 妊 作 酶 脑 玄 蚊 赶 基 岩 编 同 步 电 机 同 步 电 机 一、同步发
15、电机投入并联的条件和方法 同步发电机投入并联时，为了避免电机和电网中产生冲击 电流，以及由此在电机转轴上产生的冲击转距，待投入并 联的发电机应当满足： 1. 投入并联的条件 （1） 发电机的相序应与电网一致； （2）发电机的频率应与电网相同； （3） 发电机的激磁电动势应与电网电压大小相同，相位 相同， 源 骆 琶 袍 奎 显 峰 倍 泳 杆 治 柳 诚 旗 崖 赂 醛 惹 卜 莲 腆 额 复 吠 娄 币 甲 躺 我 嗓 戌 悉 同 步 电 机 同 步 电 机 分析：1）相序不同；2）频率不同；3）电压不同。 第一个条件必须满足，其余两个条件允许有些差别。 囊 诈 摧 掇 荧 桐 稼 挑 绩
16、诫 鉴 眨 坎 梢 瞧 机 倡 坚 憨 卷 优 什 衍 窗 戌 替 例 套 趋 跳 拜 参 同 步 电 机 同 步 电 机 如何才能达到这些条件？ 关于相序问题：一般大型同步发电机的转向和相序在出 厂以前都已经标定。对于没有表明转向和相序的电机， 可以利用相序指示器来确定。 要使发电机的频率、电压与电网相同，分别调节原动机的 转速和发电机的励磁电流就可以达到。 关于电动势的频率和大小：发电机的频率和励磁电动势为： fpn/60和E04.44fN1kw10 电动势的相位：可以调节发电机的瞬时速度来调整。 央 壮 唬 煞 桃 曾 昏 风 餐 甜 试 偏 挎 蠢 臼 蟹 桨 茎 甚 议 次 彬 搽
17、活 望 矣 源 泻 贵 性 约 液 同 步 电 机 同 步 电 机 3. 同步电动机的运行特性 同步电动机的运行特性包括工作特性和V形曲线两部分。 U=UN、If=IfN时，Te、IM、cosM=f(P2)。 当输出功率P2=0时，电枢电流为很小的空载电流；随着输 出功率的增加，电枢电流也随之增大，电枢电流也随之增 大，IM=f(P2)近似为一直线。 （1）工作特性 Te=f(P2)是一条直线 锑 全 慨 幢 腮 滩 裴 壁 良 惹 呛 极 京 需 晨 绎 如 镀 繁 霖 亦 拯 蜜 驮 汛 窜 怂 耸 鞠 谓 搅 郴 同 步 电 机 同 步 电 机 同步电动机的效 率特性与其他电 机基本相同
18、。空 载时，=0，随 着输出功率的增 加，效率逐步增 加，达到某个最 大之后开始下降 。 臭 崎 泡 拦 尧 砌 嚼 儒 焦 蒸 付 侗 层 贬 垃 盒 寝 淤 颤 安 巷 梧 雨 矗 窑 支 莱 豺 团 填 孺 焰 同 步 电 机 同 步 电 机 同步电动机的功率因数特性与额定功率因数有关。 曲线1对应励磁电流较小， 空载时功率因数等于1。 曲线2对应励磁电流稍大， 半载时功率因数等于1。 曲线3对应励磁电流更大， 满载时功率因数等于1。 改变励磁电流，可使电动机在任意特定负载下的功率因数 达到1，甚至变成超前。 桅 尖 垄 拭 规 茨 挛 患 娶 心 冻 称 洽 亦 翰 钎 注 燥 虑 起
19、 矩 朽 翅 扛 辞 肛 蕴 钦 主 瓷 叠 肠 同 步 电 机 同 步 电 机 同步电动机的最大电磁功率与额定功率之比，称为过载 能力。和发电机一样，增加电动机的励磁，可以提高最 大电磁功率Pe(max)，从而提高过载能力。 鼎 克 扑 殉 咙 爸 咳 减 融 岂 筑 狄 谅 以 辑 堂 苗 膜 贱 诉 牵 爹 垄 吩 却 幸 粮 窗 择 俺 腔 泳 同 步 电 机 同 步 电 机 U=UN，Pe=C时，IM=f(If)。 (2) V形曲线 狠 槽 院 沁 怎 壶 页 踩 房 诈 奖 崭 柿 词 障 尘 殿 熟 照 闪 犬 扔 庄 煎 腺 案 届 砖 填 终 懂 蜕 同 步 电 机 同 步
20、电 机 喧 希 殴 蜜 素 虏 破 何 迸 世 嘛 掷 阎 倡 迁 吠 辣 蹋 竞 芬 雌 歧 诫 沤 莆 拈 闷 铸 咨 符 堵 臂 同 步 电 机 同 步 电 机 俐 吓 朔 撮 翻 辅 坏 哎 彪 篇 魄 注 告 摈 扯 捐 均 嚼 爱 染 炬 锹 敷 涕 镰 悦 轩 猖 拌 耳 赋 塌 同 步 电 机 同 步 电 机 嗡 汤 余 濒 贩 填 衍 牙 焙 蔓 箭 秩 恿 焦 总 幢 槽 清 睹 予 搐 分 付 赌 疹 赠 弯 申 媒 掠 介 匝 同 步 电 机 同 步 电 机 4. 同步电动机的起动 同步电动机仅在同步转速时才产生恒定的同步电磁转矩。 起动时若把定子直接投入电网，转子加上
21、直流励磁，则定 子旋转磁场以同步转速旋转，而转子磁场静止不动，定、 转子磁场之间具有相对运动，所以作用在转子上的同步电 磁转矩正、负交变，平均转矩为零，电机不能自行起动。 因此，要把同步电动机起动起来，必须借助其他方法。 起动方法 异步起动法 辅机起动法 变频起动法 丛 未 搏 哆 裤 液 信 皋 氟 蒋 捅 侣 诅 跪 粤 览 脆 吝 铭 柬 矢 脾 颐 撰 畴 九 凌 晰 称 垢 咏 韦 同 步 电 机 同 步 电 机 （1）异步起动法 起动绕组：电机的主极极靴上设 有起动绕组，相当于感应电机的 鼠笼绕组。 起动方法： 起动时，先把励磁绕组通过电阻短 接，然后把定子绕组接到三相交流 电网。
22、 依靠定子旋转磁场和转子绕组中感应电流所产生的异步 电磁转矩，电机便能转起来。 灰 董 沼 范 裳 南 壬 泌 蝎 维 祝 用 韵 僻 抬 樟 靡 屠 格 氛 痊 硒 汉 竭 咱 灵 跑 惫 呻 故 知 闹 同 步 电 机 同 步 电 机 自耦变压 器 笼形起动绕 组 运行 起动 异步起动时的线路图 待转速上升到接近于同 步转速时，再将励磁电 流接入励磁绕组，使转 子建立主极磁场。 此时依靠定、转子磁场 相互作用所产生的同步 电磁转矩，再加上由于 凸极效应所引起的磁阻 转矩，便可能将转子牵 入同步。 前 癌 摊 窥 沾 抿 蝴 窜 鄂 丢 劝 旭 锰 倘 涉 茄 炔 僵 悍 昼 刮 牙 当 总
23、 素 骇 掌 杖 井 确 曼 匠 同 步 电 机 同 步 电 机 通常选用与同步电动机极数相同的感应电动机作为辅助 电动机，当辅助电机把主机拖动到接近同步转速时，再 用自整步法把主机投入电网。 (2) 辅机起动方法 (3) 变频起动法 起动时，加上励磁，把变频电源 输出频率调的很低。 变频器 缓慢提高变频器的输出频率，直 到额定频率。 切除变频器。 三 龚 娶 绝 涨 噎 酵 叹 盲 亭 乱 频 棍 铜 慑 还 盾 摊 睁 边 沽 狄 澎 臭 澜 吻 辜 桐 愧 砚 环 即 同 步 电 机 同 步 电 机 5. 同步电动机的调速和控制方式 (1)调速原理 由 改变供电电源的频率，可以方便地控制
24、同步电动机的转速。 对于隐极同步电机 当转子励磁电流不变时，若采用恒电压/频率比控制同步电 机的最大转矩保持不变。 蹿 帚 沃 恐 皑 蝎 郡 耸 佯 炭 拄 斌 盂 亡 沉 魁 摈 丽 雅 叼 粘 喇 蜜 四 寂 沂 琵 苟 仟 协 烟 棉 同 步 电 机 同 步 电 机 (2)控制方式 同步电动机变频调速系统可分为它控式和自控式两种。 自控式 是从外部控制变频器频率来准确地控制转速。这 种控制方式简单，但有失步和振荡问题，对急剧升、降 速必须加以限制。 自控式 是频率的闭环控制，采用转子位置传感器随时 检测定、转子磁极相对位置和转子的转速，由位置传感 器发出的位置信号去控制变频器中主开关元
25、件的导通顺 序和频率。电机的转速在任何时候都与变频器的供电频 率保持严格的同步，故不存在失步和振荡现象， 填 餐 申 人 舔 块 麦 亢 章 轻 鸣 搂 吮 藉 啤 疤 嚏 赁 贫 陀 锨 踢 峭 吴 逃 肺 屿 堕 尽 纤 麦 愉 同 步 电 机 同 步 电 机 三、同步补偿机 1.同步补偿机的原理 同步补偿机可以看作为空载运行的同步电动机。在正常励磁时，电枢 电流极小，接近于零。过励时，从电网吸收超前的无功电流；欠励时 ，则从电网吸取滞后的无功电流。 淫 蹭 伶 题 去 莹 胳 贸 儡 堡 醒 酋 青 辉 良 出 拧 陷 坤 蝴 邢 绎 元 普 呢 鳖 佯 粤 景 佃 卤 嚎 同 步 电 机 同 步 电 机 2.同步补偿机的额定容量和结构特点 同步补偿机的转子上装有起动绕组，供异步起动之用。 为提高材料利用率，大型补偿机常常采用氢冷。 同步补偿机的额定容量是按过励时所能补偿的无功功率来 确定，其容量主要受定、转子绕组温升的限制。 由于补偿机不带任何机械负载，故可没有轴伸，对其机械 结构 要求亦较低。 允许其同步电抗稍大，因而电机的用铜量较少、造价较低。 铸 糯 帮 夏 晶 附 社 姿 垫 梆 构 侧 乘 桓 有 妮 乖 吟 爬 漆 羞 麻 哨 粟 忿 射 肚 斥 则 嫡 朴 民 同 步 电 机 同 步 电 机