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《電氣工程概論》輔導(dǎo)資料七
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日期:
主 題: 第一章第三節(jié)同步電機
學(xué)習(xí)時間: 2012年11月12 日- 11月18日
內(nèi) 容:
我們這周主要學(xué)習(xí)交流電機的另一種一一同步電機, 通過學(xué)習(xí)我們要掌握同 步電機的工作原理、結(jié)構(gòu),掌握同步電機并網(wǎng)所需要的條件,了解電動勢平衡方 程式及電樞反應(yīng),了解同步電機的各種特性和功率平衡。
第一章電機與電器基礎(chǔ)
第三節(jié)電機
1.3.3 同步電機
同步電機屬于交流電機,其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為一固定的同步轉(zhuǎn)速。同步電機有三種 運行方式:發(fā)電機、電動機和調(diào)相機。同步電機最重要的用途是作發(fā)電機用?,F(xiàn) 代電網(wǎng)的電能幾乎全部由三相同步發(fā)電
2、機提供。 有時工作于同步補償機狀態(tài),提
供無功功率,改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。
1. 同步電機的原理和結(jié)構(gòu)
冊城業(yè)話掙的継闿 <-> 卄徴式轉(zhuǎn)子*山)隱股N轉(zhuǎn)子
轉(zhuǎn)子繞組直流電勵磁產(chǎn)生固定的 N、S磁極。原動機帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,定子繞
組切割磁力線,產(chǎn)生三相交流電。定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子同步運行。此時同步 電機處于發(fā)電機運行狀態(tài)。
定子三相繞組通入三相交流電,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵磁產(chǎn)生 固定N、S極。這樣旋轉(zhuǎn)磁場就吸引轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。此時發(fā)電機處于電動機運行 狀態(tài)。
同步電機的轉(zhuǎn)子有兩種構(gòu)造型式,即凸極式和陰極式。凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯 凸出的成對磁極和勵磁繞組。當(dāng)
3、勵磁繞組中通過直流勵磁電流后, 每個磁極就出 現(xiàn)一定的極性。隱極式轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子鐵芯為圓柱形,沿著轉(zhuǎn)子圓周表面開有許多槽, 用來嵌入勵磁繞組。
同步電機無論作為發(fā)電機或電動機,它的轉(zhuǎn)子速度總等于由電機極對數(shù)和電 樞電流頻率所決定的同步轉(zhuǎn)速,同步由此得名。
2. 同步發(fā)電機的空載運行
當(dāng)外加原動機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子在同步轉(zhuǎn)速下運行, 并且轉(zhuǎn)子的勵磁繞組通以 勵磁電流時,電樞繞組開路即為同步發(fā)電機的空載運行。 空載運行時,電樞電流 等于零,其氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁動勢單獨建立。 電樞繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電 動勢,電樞繞組開路時的端電壓等于空載電動勢。
3. 同步發(fā)電機的負(fù)載運行
(1 )電樞反應(yīng)及
4、電動勢方程
當(dāng)負(fù)載運行時,三相對稱電流流過定子三相繞組, 形成電樞旋轉(zhuǎn)磁動勢,它 與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢同步,且轉(zhuǎn)向相同。此時的氣隙磁場與空載運行的情況不同, 是二者的合成磁場。
電樞磁動勢對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)對同步電機的性能有
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重大影響,負(fù)載的性質(zhì)決定了電樞反映的特性。
可以應(yīng)用時空矢量圖來分析電樞反應(yīng)特性。
■
圖2-96凸極同步電機電樞反應(yīng)時空矢量圖
(a> 嚴(yán)(A (b) 嚴(yán)90\ ((?> 0"V^<90"* (d) -SO^^KO0
凸極同步電機的電動勢方程
其中Xd為直軸同步電抗,Xq為交軸同步電抗
隱極
5、同步電機的電動勢方程
U =E. -)XJA
其中xt為隱極電機同步電抗。
(2) 同步發(fā)電機的特性
1 )空載特性。當(dāng)外加原動機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子在同步轉(zhuǎn)速 片下運行,并且轉(zhuǎn)
子的勵磁繞組通以勵磁電流If時,電樞繞組開路即為同步發(fā)電機的空載運行。 電樞繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電動勢 Eo,電樞繞組開路時的端電壓等于空載電動
勢Eo。當(dāng)n二ni、lq =0時E。二f(IJ稱為同步發(fā)電機的空載特性。下圖中曲線
2 )短路特性。同步發(fā)電機在同步轉(zhuǎn)速下三相的穩(wěn)態(tài)短路電樞電流 I,即短
路電流Ik與勵磁電流If的關(guān)系稱為短路特性,兩者在數(shù)量上成線性關(guān)系。下圖 中直線3o
3) 零功率
6、因數(shù)負(fù)載特性。
4) 同步發(fā)電機的外特性。同步發(fā)電機的外特性表示在 n=n1、勵磁電流等 于常數(shù)、功率因數(shù)等于常數(shù)情況下,端電壓和電樞電流的關(guān)系。外特性曲線與外 加負(fù)載有關(guān)系,負(fù)載性質(zhì)不同,外特性曲線也不同。
發(fā)電機的電壓調(diào)整率:
^2-98寧功抖M JR ft叭的時空矢
4. 同步發(fā)電機的并網(wǎng)運行
同步發(fā)電機并列投入電網(wǎng)時,為了避免發(fā)生電流的沖擊和轉(zhuǎn)軸突然受力,應(yīng) 使發(fā)電機每相電動勢瞬時值與電網(wǎng)電壓瞬時值保持相等。 此條件可分開寫成以下
四條:
(1) 發(fā)電機的頻率和電網(wǎng)頻率相同;
(2) 發(fā)電機和電網(wǎng)的電壓波形要相同;
(3 )發(fā)電機和電網(wǎng)電壓大小、相位要相同;
7、
(4 )發(fā)電機和電網(wǎng)的相序要相同。
5. 同步發(fā)電機的功率平衡
同步發(fā)電機的功率平衡方程為:
Pl = P 卯 + P 喚 + ”陸 + PmI
卩山=卩2 = 3( 7cos^ = 3( 7cost — S)
由于定子繞組很小,因此其電阻損耗可以不計,就有上式。其中,'■為內(nèi)功 率因素角,把:---稱為功角,它表示發(fā)電機勵磁電動勢與電樞端電壓之間的 夾角。
凸極電機:
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隱極電機:
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圖2-100功角空間定義
本周要求掌握的
8、內(nèi)容如下:
本周我們要了解掌握同步電機的工作原理、 結(jié)構(gòu),掌握同步電機并網(wǎng)所需要 的條件,了解電動勢平衡方程式及電樞反應(yīng),了解同步電機的各種特性和功率平 衡。
習(xí)題
(一)選擇題
1 ?同步電機有三種主要的運行方式,其中最主要的用途是( )
A. 發(fā)電機
B. 電動機
C.調(diào)相機
D.以上都不正確
答案:A
2 .對于感性負(fù)載,在勵磁電流不變的情況下,隨著電樞電流的增大,同步 電機的外特性是()的曲線。
A. 上升
B. 下降
C. 沒有影響
D. 不能確定
答案:B
(二) 判斷題
1 .中小型同步電機多采用凸極式轉(zhuǎn)子。 (正確)
(三) 簡答題
1.同步發(fā)電機關(guān)列投入電網(wǎng)時需滿足的條件。
答:
(1) 發(fā)電機的頻率和電網(wǎng)頻率相同;
(2) 發(fā)電機和電網(wǎng)的電壓波形要相同;
(3) 發(fā)電機和電網(wǎng)電壓大小、相位要相同;
(4) 發(fā)電機和電網(wǎng)的相序要相同。