三相同步电动机原理.pdf
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第七章同步电动机第七章同步电动机SynchronousMachinesGeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.本章基本教学要求(以自学为主)本章基本教学要求(以自学为主)n1.熟悉同步电动机的结构;n2.熟悉工作原理,理解电枢反应的物理意义;n3.掌握电压方程、相量图、矩角特性和功角特性n4.了解同步电动机的异步起动方法。
n思考题:
P2607-1、7-2、n补充题:
同步电动机起动方法有哪些?
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/Forevaluationonly.同步电动机分类应用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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/Forevaluationonly.7.1.1同步电动机的结构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、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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/Forevaluationonly.2、转子、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p3的电动机。
隐极特点隐极特点:
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p2的电动机。
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/Forevaluationonly.同步电动机转子结构GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.3、额定数据、额定数据同步电动机的主要额定数据为:
n额定容量PN:
指电动机轴上输出的有功功率,单位:
kWn额定电压UN:
指定子三相绕组上的线电压,单位:
V;n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;n额定转速nN:
指电动机额定运行时的同步转速,单位:
r/min;GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.额定数据额定数据n额定功率因数cosN:
指电动机额定运行时的功率因数;n额定频率fN:
指电动机额定运行规定的频率,单位:
Hzn额定效率N:
指电动机额定运行时的效率;n额定励磁电压UfN:
指电动机额定运行时的励磁电压,单位:
Vn额定励磁电流IfN:
指电动机额定运行时的励磁电流,单位:
AGeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.7.1.2同步电动机的电压方程式和相量图同步电动机的电压方程式和相量图说明:
说明:
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。
n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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/Forevaluationonly.分析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。
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/Forevaluationonly.电枢反应电枢反应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。
n电枢反应:
指电枢磁场对主磁场的影响。
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/Forevaluationonly.1、隐极同步电动机电压方程式和相量图、隐极同步电动机电压方程式和相量图n气隙中的合成磁势为:
n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:
a0FFF&+=a01EEE&+=GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.fI&0F&0&0E&1E&1I&aF&a&aE&s&sE&隐极同步电动机的电磁关系隐极同步电动机的电磁关系GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.电枢一相绕组的电压方程式电枢一相绕组的电压方程式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。
101101111xIjEExIjrIEExIjrIEUaaaaaaa&+=+=GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.化简化简n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nn式中xa为电枢电抗,或称电枢反应电抗,它对应于主磁路,故xax1,一般有xa=(58)x1,这样上式可改写成:
n式中xc=x1+xa为隐极同步电动机的同步电抗。
aaaxIjE&=ca0aa1a01xIjExIjxIjEU&+=+=GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.隐极同步电动机等值电路和相量图隐极同步电动机等值电路和相量图GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.分析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。
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/Forevaluationonly.2、凸极同步电动机电压方程式和相量图、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。
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/Forevaluationonly.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凸极同步电动机电枢反应磁势GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.电枢反应电枢反应n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;n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。
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/Forevaluationonly.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:
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”。
aqadaFFF&+=qdIII&+=1说明说明GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.根据“双反应法”,凸极同步电动机电磁关系如下:
fI&0F&0&0E&dI&adF&ad&adE&1E&1I&qI&aqF&aq&aqE&s&sE&aE&电磁关系电磁关系GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.n直轴电枢磁势Fad和交轴电枢磁势Faq在气隙圆周上同样以同步转速n1旋转,它们切割定子绕组在其上产生的感应电势Ead和Eaq,正是电枢磁势Fa在定子绕组上产生的感应电势Ea的两个分量,所以有:
n式中Ead称为直轴电枢反应电势,其对应的电抗是xad;Eaq称为交轴电枢反应电势;其对应的电抗是xaq。
这里xad和xaq分别是直轴电枢反应电抗分别和交轴电枢反应电抗,若不考虑磁路饱和的影响,xad和xaq都是常数。
aqadaEEE&+=电枢磁势电枢磁势GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.凸极同步电动机的电压方程式凸极同步电动机的电压方程式n直轴和交轴电流分量为(见向量图)110110111101xIjxIjxIjExIjEEExIjrIEEUaqqaddaqada&+=+=cossin11IIIIqd&GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.凸极同步电动机相量图凸极同步电动机相量图(a)1101xIjxIjxIjEUaqqadd&+=GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.凸极同步电动机相量图凸极同步电动机相量图(b)qqddxIjxIjEU&+=01GeneratedbyFoxitPDFCreatorFoxitSoftwarehttp:
/Forevaluationonly.分析分析n根据相量图所示的几何关系可推出n所以有:
=111111cossinxIjxIjxIjxIjqd&qqddaqqdaqqaddxIjxIjExIjx
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