三相同步电动机原理

n n
& = − jI & x E a a a
& = −E & + jI & x + jI & x = −E & + jI & x U 1 0 a 1 a a 0 a c
n
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2、凸极同步电动机电压方程式和相 量图
凸极同步电动机转子有明显的磁极，气隙 不均匀，转子磁极中心线附近气隙最小，磁阻 最小，磁导最大；而在转子磁极几何中心线处 气隙最大，磁阻最大，磁导最小，所以磁通所 走的路径不同，所遇的磁阻不同，对应的电抗 参数也就不同。
n
& & & E1 = E 0 + E a
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隐极同步电动机的电磁关系
& I f
& F 0
& Φ 0
& E 0
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说明
n
为了解决电枢磁势Fa在不同位置时遇到不同气隙，其 磁阻计算困难的问题，可将电枢磁势分解成两个分量： 一个分量是直轴电枢磁势，用Fad表示，它作用在直 轴方向；另一个分量是交轴电枢磁势，用Faq表示， 它作用在交轴方向，则有：
隐极同步电动机等值电路和相量图
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分析
从相量图中可见，定子电流I1超前电源 电压U1，它可通过调节直流励磁电流使同步 电动机工作在这种状态，目的是使同步电动 机在拖动负载的同时，对电网呈容性，起电 容补偿作用，以提高电网的功率因数。
1 1 a 1 a 1
& −E & +I & r + jI &x = −E 0 a a 1 a 1 & −E & + jI &x ≈ −E
0 a a 1
n
式中r1为电枢绕组电阻，一般同步电动机容量都 较大，电阻r1很小，常忽略；x1为电枢漏电抗。
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本章基本教学要求（以自学为主）
n n n n
1.熟悉同步电动机的结构； 2.熟悉工作原理，理解电枢反应的物理意义； 3.掌握电压方程、相量图、矩角特性和功角特性 4.了解同步电动机的异步起动方法。 思考题：P260 7-1、7-2、 补充题：同步电动机起动方法有哪些？
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电枢反应
n
n
在电机的主磁路上有两个磁势，它们相互叠加， 形成了合成磁场。我们把电枢磁场对主磁场的影 响称为电枢反应。 电枢反应：指电枢磁场对主磁场的影响。
电枢磁势
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同步电动机转子结构
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7.1.2同步电动机的电压方程式和相 量图
说明：
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n
为了分析方便，假设电动机主磁路未饱和，认为 磁路是线性的，且只考虑定、转子的基波磁势。 由于同步电动机能量交换是在定子侧，所以将定 子称为电枢，定子绕组称为电枢绕组。
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第七章 同步电动机 Synchronous Machines
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分析
当同步电动机的电枢绕组通入三相对称交流电 后，就会产生以同步转速n1旋转的三相合成基波电枢 磁势Fa。当同步电动机稳定运行时，转子也以同步转 速n1旋转，在励磁绕组中通入直流励磁电流If，使转 子形成固定磁极，励磁电流产生励磁磁势F0，励磁磁 势F0与电枢磁势Fa同速同方向旋转，彼此在空间是相 对静止的，这样在电机的主磁路上有两个磁势，它们 相互叠加，形成了合成磁场。
& =F & +F & F a ad aq
I1 = I d + I q
n
同理，对应产生电枢磁势Fa的电枢电流I1也可分解成 两个分量，即： & & &
这种分析问题的方法是以叠加理论为基础的“双反 应法”。
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& E 1
& I1
& F a
& Φ a
& E a
& E s
& Φ s
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电枢一相绕组的电压方程式 & = −E & +I & r + jI &x U
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2、转子
由磁极、转轴、阻尼绕组、滑环、电刷等组 成，在电刷和滑环通入直流电励磁，产固定磁极。 根据容量大小和转速高低转子结构分凸极和隐 极两种。 凸极特点： 气隙不均匀，有明显的磁极，转子铁芯短粗， 适用于转速低于1000r/min，极对数p≥3的电动机。 隐极特点： 气隙均匀，无明显的磁极，转子铁芯长细，适 用于转速高于1500r/min，极对数p≤2的电动机。
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凸极同步电动机电枢反应磁势
凸极同步电动机电枢反应磁势
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3、额定数据
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同步电动机的主要额定数据为： 额定容量PN： 指电动机轴上输出的有功功率，单位：kW 额定电压UN： 指定子三相绕组上的线电压，单位：V； 额定电流IN： 指电动机额定运行时，流过定子绕组的线电流，单 位：A； 额定转速nN： 指电动机额定运行时的同步转速，单位：r/min；
同步电动机分类应用
1.分类 n 同步电机可分同步发电机、同步电动机和同步补偿 机。 2.应用 n 在现代电力系统中，几乎所有的电能是由同步发电 机生产的；同步电动机应用于大型生产机械的拖动 系统中，随着电力电子技术和计算机控制技术的不 断发展，变频调速在同步电动机的调速系统中的实 现，使同步电动机的应用场合大为扩大；同步补偿 机则是空载运行的同步电动机，用以改善电网的功 率因数。
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7.1.1同步电动机的结构
与直流机、异步电动机一样，同步电动机也是 由定子和转子两大部分组成。
1、定子
同步电动机的定子与异步电动机的定子结构基 本相同，由机座、定子铁芯、电枢绕组等组成。 于大型同步电动机，由于尺寸太大，硅钢片常 制成扇形，然后对成圆形。
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额定数据
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额定功率因数cosφN： 指电动机额定运行时的功率因数； 额定频率fN： 指电动机额定运行规定的频率，单位：Hz 额定效率ηN： 指电动机额定运行时的效率； 额定励磁电压UfN： 指电动机额定运行时的励磁电压，单位：V 额定励磁电流IfN： 指电动机额定运行时的励磁电流，单位：A
化简
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仿变压器或异步电动机中使用的将漏电抗电势写成漏 阻抗压降的方法，也可将电枢磁势Fa产生的电枢电势 Ea写成电抗压降的形式，则有 式中xa为电枢电抗，或称电枢反应电抗，它对应于主 磁路，故xa>x1，一般有xa=(5~8)x1，这样上式可改写 成： 式中xc=x1+xa 为隐极同步电动机的同步电抗。
电磁关系
根据“双反应法”，凸极同步电动机电磁关系如下：
& I f & I d
& F 0
& F ad
& Φ 0
& E 0
& E ad
& Φ ad
& E 1 & E a
& I 1
& I q
& F aq
& Φ aq
& Φ s
& E aq
& E s
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1、隐极同步电动机电压方程式 和相量图
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气隙中的合成磁势为：
& & & F∑ = F0 + Fa
合成磁势、主磁势和电枢磁势分别切割电枢绕组，则 在电枢绕组上分别产生感应电势为：
电枢反应
n
nபைடு நூலகம்
当定子电流I1产生的电枢磁势Fa与主磁极轴线重 合，气隙最小，磁阻最小，相应的电抗为最大；这 时所对应的电枢电抗称为电枢反应直轴电抗，用xad 表示； 当定子电流I1产生的电枢磁势Fa与主磁极轴线正交 时，气隙最大，磁阻最大，相应的电抗为小；这时 所对应的电枢电抗称为电枢反应交轴电抗，用xaq表 示；当电枢磁势位于直轴与交轴之间时，相应的气 隙、磁阻、和电枢反应电抗处于上面两种情况之 间，且随位置不同而变化。