同步电机PPT

其实双反应理论应用了叠加原理，必须要在线性的环境 中才可以，所以不计磁饱和时，这种方法的效果是令人满意 的。
2、电磁过程
双反应理论相当于将Fa分 解为Fad和Faq，参考电枢 反应的矢量图可以看到其
实就是I也进行了分解：
Id Iq
Fad ,Id Faq ,Iq
I sin 0 I cos 0
• Bf 0 F
•
•
3、I 超前 E0 90（0 0 -900 )
直轴增磁性电枢反应
交轴q
•
E0
F 直轴d
• 磁极位置
I
Fa
Ff
Bf
•
0
思考：同步电机接什么负载会出现上述三种情况？
• Fa I
4、一般情况
交轴q
•
•
I 滞后 E0 0 ~ 90（0 00 0 900 )
依照矢量分解：
一、空载时的电磁过程
原动机拖动
主极磁场Bf
旋转磁场
1、基波主极磁动势 隐极同步电机
主磁通 漏磁通
e0 E 0 4.44f1Nkw 10
思考：有感生电势吗？
Y
C
1
+A 1'
2
A
3
2'
X
3'
4
4'
2
Z
B
+A
0
2
F&f
F&f 1
3
2
凸极同步电机
Y
C
+A
A
X
z 0 B
f+
A
0
Ff
1N 2
f if
Fa
1.35
N1I1kdp1 p
位置
由转子位 置决定
由电流瞬 时值决定
转速
由原动机的 转速决定
由电流的f和 P决定
n1
60 f1 p
电枢反应的性质(增磁、去磁或交磁)取决于电枢磁动
势和主磁场在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取
决于激磁电动势E0和电枢电流I之间的相角差Ψ0(Ψ0称为内
功率因数角)。
•• •
I IdIq
对应有：
直轴d Ff
F
磁极位置
•
Bf 0
•
E0
•
Iq
Faq
0
•
I
Fa
Fad
•
Id
Fa Fad Faq
结论：电枢反应为既有交轴电枢反应又 有直轴去磁电枢反应。
思考：
1）同步发电机接感性负载时端电压的变化情况？
2）同步发电机短路时短路电流很大吗？
3）交轴电枢反应的重要性？
规定为50Hz • 额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，对同步电机
而言，即为同步转速
6.2 同步发电机的空载运行
空载运行：当原动机带动发电机在同步转速下运行，励磁 绕组通过适当的励磁电流，电枢绕组不带任何负载时（相 当于开路）的运行情况。
空载运行时气隙磁场仅仅由励磁电流If产生的主极磁场。
从图可见，主极磁通分成主 磁通Φ0和漏磁通Φfσ两部分， 前者通过气隙并与定子绕组 相交链，后者不通过气隙， 仅与励磁绕组相交链。主磁 通所经过的主磁路包括空气 隙、电枢齿、电枢轭、磁极 极身和转子轭等五部分
二、隐极同步发电机的电磁运行原理 隐极同步发电机的结构主要特征是气隙均匀，不论电枢磁动
势处在任何位置，磁动势和磁通的关系均一样，分析相对简单。
（一）不考虑磁饱和
1、电磁过程 同步发电机负载运行时，除了主极磁动势Ff之外，还有
电枢磁动势Fa。不计磁饱和(即认为磁路为线性)，则可应用 叠加原理，把Ff和Fa的作用分别单独考虑，再把它们的效果 叠加起来。
2、转子部分
同步电机的转子上 还常装有阻尼绕组。 阻尼绕组与笼型感 应电机转子的笼形 绕组结构相似，它 由插入主极极靴槽 中的铜条和两端的 端环焊成一个闭合 绕组
四、同步电机的运行状态
同步电机有三种运行状态：发电机、电动机和补偿机。发电 机把机械能转换为电能，电动机把电能转换为机械能，补偿机 中没有有功功率的转换，专门发出或吸收无功功率、调节电网 的功率因数。
由于大型汽轮发电机转速高，转子磁极表面线速度达150m/s 以上，离心力很大，故转子直径不能过大，大型发电机转子 都为细长型。一般转子的L/D=2.5~6.5,容量愈大，比值愈大。
1、定子部分 铁心：采用0.5mm厚 的硅钢片叠压而成。 作用是构成电机主 磁路。
绕组：采用多股导 线整体成型。作用 是产生电枢磁场并 感应电枢电动势。
空载特性曲线适当的改变坐 标比例即是铁磁材料的磁化 曲线，为此该曲线仅仅取决 于各段铁心和气隙的尺寸以 及铁心材料的性质，是电机 的固有特性曲线。
三、空载时的时-空矢量图
•
E0
1、主极磁场就是磁极的具体位置；
磁极位置
2、忽略铁耗，主极磁动势就与主 极磁密重合；
Ff
Bf
•
0
3、借助上一章所讲画时空矢量图的要求及结论，主极磁 密（空间量）就与主极磁通（时间量）重合；
.
E 0C
E 0 1200
.
.
.
E 0A E 0B E 0C
0
二、空载特性
定子绕组开路、转子由原动机拖动到额定转速并通入励磁电 流的运行状态称为同步发电机的空载运行，称 U0 E0 f (if ) 的 函数关系为空载特性，它是一条非线性关系的饱和曲线。
注意：空载曲线横坐标是实 际的励磁电流，或每极实际 磁动势波幅，而不是基波磁 动势。
4、根据 E 0 j 4.44f1Nkw1 0 ，可以确定空载电势的位置；
5、所有矢量均依照
2f1
2pn
60
的速度旋转；
6.3 同步发电机的负载运行
一、对称负载时的电枢反应
同步电机在空载时，气隙中仅存在着转子磁势。负载 以后，除转子磁势外， 定子三相电流也产生电枢磁势。电 枢磁势的存在，将使气隙中磁场的大小及位置发生变化， 这种现象称之为电枢反应。
3、补偿机状态： δ=0
S
N
ns
No
Te 0
So
补偿机状态时电磁转矩为零，电机内无有功功率的转换。
五、同步电机的励磁方式
供给同步电机励磁的装置，称为励磁系统 。 1、直流励磁机励磁
2、整流器励磁
整流器励磁又分为静止式和旋转式两种。
静止式指的是整流 装置外放静止状态
旋转式指的是整流装置 随主轴一同旋转
3、冷却方式 大型发电机产生的热量很大，必须有强有力的冷却措施，主要 的冷却介质是氢气与水，也有用空气。
冷却水管
三、凸极同步发电机的结构
凸极同步发电机主要用作水轮发电机，水轮机的转速都比 较低，特别是立式水轮机，为了能发出50Hz的交流电，水轮发 电机采用多对磁极结构。
由于大型水轮发电机转速较低，为了避免水头变化引起转 速的改变，保持较高的转动惯量，并减少立式结构厂房的高度， 一般大型发电机转子都为粗扁型。一般转子的D/L=5~7,容量愈 大，比值愈大。
同步电机运行于哪一种状态．主要取决于气隙合成磁场与 转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角。
1、发电机状态： δ>0
气隙合成磁场
S
N
ns
No
主极
Te
So
主极
发电机状态时电磁转矩为制动性质，与原动机输入转矩平衡。
2、电动机状态： δ<0
S
ns
N
Te
No
So
电动机状态时电磁转矩为驱动性质，与负载转矩平衡。
隐极机：气隙均匀、结构牢固， 主要应用于汽轮发电机； 凸极机：气隙不均匀、结构简 单，主要应用于水轮发电机；
300MW水氢冷发电机结构
二、隐极同步发电机的结构
隐极同步发电机主要用于汽轮发电机，由转子与定子组成。 由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子只有一对磁极， 在额定转速每分钟3000转时输出50赫兹的三相交流电。
此时，应先求出作用在主磁路上的合成磁动势F，然后利用电 机的磁化曲线 (空载曲线) 求出负载时的气隙磁通及相应的气 隙电动势，即
得出电压方程：E U I(Ra jX )
这里有一点需要注意，通常的磁化曲线习惯上用励磁磁 动势Ff的幅值 (对隐极电机，励磁磁动势为一梯形波) 或励磁 电流值作为横坐标，而电枢磁动势Fa的幅值则是基波的幅值， 因此在Ff和Fa矢量相加时，需要把基波电枢磁动势Fa乘上换 算系数ka以换算为等效梯形波的作用。ka的意义为，产生同 样大小的基波气隙磁场时，一安匝的电枢磁动势相当于多少 安匝的梯形波主极磁动势。通常ka≈0.93～1.03。
1、定子部分
发电机定子铁芯由导磁良好的 硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀 分布着许多槽，用来嵌放定子 线圈 ，每相绕组由多个整体成 型的线圈组成 ，按一定规律排 列。
大型水轮发电机通常都是立式 结构，整个机组传动部分的重 量以及作用在水轮机转轮上的 水推力均有推力轴承支撑，并 通过机架和机座传递到地基上
交轴q
F
直轴d Ff
磁极位置
•
Bf 0
•
E0
•
Iq
Faq
•
I Fa
0
•
Fad I d
参考前面分析的Ea和I的关系： Ea jIX a 再来分析 Ead 和 Id 的电磁关系：
Ff1 kfFf
2、三相对称感生电动势
当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋
转磁场，它“切割”对称的三相定子绕组后，就会在定子绕组
内感应出一组频率为f1的对称三相电动势，称为激磁电动势。
•
E0
•
j 4.44f1Nkw 1 0,其中f1
pn
60