同步电机 同步发电机的基本电磁关系 同步发电机对称运行时的特性 同步发电机并网运行 同步电机的基本特点：n=n1 n1=60f1/P，f1电网频率 同步电机的用途：主要作发电机；电动机；同步调相机。 主要介绍同步电机的结构、分析方法、运行特性和它的各种参数。 第十六章 同步发电机的基本电磁关系          16-1  同步电机的基本工作原理 16-2  同步电机的构造特点 同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极形状可分为隐极和凸极两种型式。  同步电机的构造特点 1、定子：铁心，绕组 2、转子：凸极式                       隐极式 3   气隙：比异步电机大。气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。  16-3 同步电机的铭牌及额定值 铭牌 我国生产的汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列。 前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，Q表示氢外冷，N表示氢内冷，S表示双水内冷。 系列：TS系列，T表示同步，S表示水轮。 举例：QFS-300-2 表示容量为300MW双水内冷2极汽轮发电机。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。 额定值 一 额定容量SN或功率PN：长期安全运行的最大允许输出功率。 二 额定电压UN：额定工况时，线电压 三 额定电流IN：额定工况时，线电流 四  fn   fn=50Hz 五 nN 额定运行时电机转速 六   额定功率因数（cos?N）额定有功功率和视在功率的比值 七  额定效率?N  电机额定运行的效率 16-4 同步电机的空载运行 一  空载磁场 1  空载运行：同步发电机空载运行是指同步发电机被原动机拖动到同步转速，转子励磁绕组通入直流励磁电流而定子绕组开路时的运行工况。   2  空载磁场 时气隙中的磁场仅有直流励磁电流产生的励磁磁场， 称为空载磁场或主磁场。 3  主磁路(?0的路径) 主极铁心→气隙→电枢齿→电枢磁轭→电枢齿→气隙→另一主极铁心→转子磁轭。 感应电势的波形和大小与气隙磁密的分布形状及幅值大小紧密相关。  在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以获得尽可能接近正弦分布的气隙磁密，从而得到较高品质的感应电势。   二．空载特性 1. 空载感应电势的大小与频率 2．空载特性： 3.电机磁路的饱和系数 气隙线:将空载特性的直线部分延长得线段2，称为气隙线。 三、对空载电势的要求 ①三相对称。 ②频率恒定。 ③波形接近正弦。 ④有一定幅值。 16-5    对称负载时的电枢反应Armature reaction of synchronous generator 电枢反应 概念：内功率因数角ψ  不同情况电枢反应分析 1、电枢反应的定义： 一、     和       同相（ ? =0）时的电枢反应（ ? ：内功率因数角） 二、     滞后    （ ? =900 ）时电枢反应 电枢反应是实现能量转换的关键 （a) 电枢反应交轴作用，电磁力与旋转方向相反，为了维持发电机的转速不变，必须随着有功负载的变化调节原动机的输入功率。 16-6 隐极同步电机的电枢反应磁通，电枢反应电抗和同步电抗 一、电枢反应电抗 16-7  凸极同步电机的电枢反应磁通、直轴同步电抗及交轴同步电抗 凸极同步机的气隙不均匀．在极面下的磁导大，两极之间的磁导小。 同一电枢磁势波作用在气隙不同处，会遇到不同的磁阻，产生不同的磁密。F=??，B=?S 一、双反应理论 双反应理论——电枢基波磁势Fa分解为直轴上的直轴电枢反应磁势Fad和交轴上的交轴电枢反应磁势Faq。 根据直轴和交轴的磁导，分别求出直轴和交轴的磁通密度波及磁通。 求出在每相定子绕组中直轴电枢反应电势Ead和交轴电枢反应电势Eaq。 双反应理论的基础是，当不计饱和时，适用叠加原理，用双反应法来分析凸极同步电机。 二、凸极同步电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗 1.直轴电枢反应磁势Fad和Id的直轴电流分量 设定子电流有效值为I，则产生的三相合成电枢反应磁势的幅值为： W:每相串联匝数 电枢反应磁通： ：电枢反应磁通回路上的磁导 电枢反应电势： 隐极机不计饱和，不计齿槽轮影响，气隙均匀，故?m 为常数，（?a 在定子上感应电势） 故有： 引入比例系数： 比例系数xa称电枢反应电抗。考虑到相位关系后，每相电枢反应电势为：  xa物理意义： 电枢反应磁场在定子每相绕组中感应的电枢反应电势，可以看作相电流所产生的一个电抗电压降 二、漏电抗 三、同步电抗： xs称为隐极同步电机的同步电抗，它是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一个综合参数。不计饱和时，xs是一个常值。 注意：电枢反应磁势    与转子同步，故对转子无影响，但转子构成   的路径，故对   的大小有重要作用 同步电抗的物理意义：表征地对称负载下单位电枢电流三相联合产生的电枢总磁场在电枢每相绕组中感应电势 隐极机: 气隙均匀，?m 为常数         凸极电机气隙不均匀，    处于不同位置，产生的气隙磁场Ba不同，处于d，q轴上时，分别产生出如图所示的磁势： 当转子以恒定转速n旋转时， 为磁路的磁化特性 与 曲线相似(成比例) (     ) c 1 d 0 If(Ff) 一般将发电机的空载额定电压设计于弯曲部分C点 (     ) a b c 1 2 n g d 0 Ff0 F? 设oa代表额定电压， 则ac为产生额定电压所需磁势: (     ) a b c 1 2 n g d 0 Ff0 F? ab=F?：不计饱和时产生oa电压所需磁势，称为气隙磁势。 bc=FFe：由于饱和，使得产生oa电压的磁势增大的部分， FFe用以克服铁心磁阻所需磁势。且FFe铁心越饱和越大。 c' 当E0=UN 时： a b c 1 n g d 0 If(Ff) Ff0 F? 电机运行于曲线刚好弯曲除： 1、充分利用材料； 2、不会过分饱和; 空载特性的工程应用  ① 将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说明该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。 		如太饱和，将使励磁绕组用铜过多，且电压调节困难 		如饱和度太低，则负载变化时电压变化较大，且铁心利用率较低，铁心耗材较多 ②结合短路特性可以求取同步电机的参数。 ③发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。  必须掌握（*） 电枢反应：电枢电流产生的磁动势对励磁磁场的影响 ? 磁势分析 1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电Fa枢磁势  （1） 大小：  （2） 转速：                 (r/min)     （3） 转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同  （4）极对数：和转子极对数Ｐ相同，决定于绕组的节距y  2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势Ff1   （1） 大小：                      （2） 转速：和转子转速一样为同步速 （3） 转向：和转子转向一致 （4） 极对数：和转子磁极的极对数相
电机学课件--同步电机结构.ppt