本文格式為Word版，下載可任意編輯——大工12春《電氣工程概論》輔導(dǎo)資料七大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院

電氣工程概論輔導(dǎo)資料七

主題：第一章第三節(jié)同步電機(jī)學(xué)習(xí)時(shí)間：2023年5月14日－5月20日內(nèi)容：

我們這周主要學(xué)習(xí)交流電機(jī)的另一種——同步電機(jī)，通過學(xué)習(xí)我們要把握同步電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)，把握同步電機(jī)并網(wǎng)所需要的條件，了解電動(dòng)勢(shì)平衡方程式及電樞反應(yīng)，了解同步電機(jī)的各種特性和功率平衡。

第一章電機(jī)與電器基礎(chǔ)第三節(jié)電機(jī)1.3.3同步電機(jī)

同步電機(jī)屬于交流電機(jī)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為一固定的同步轉(zhuǎn)速。同步電機(jī)有三種運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)。同步電機(jī)最重要的用途是作發(fā)電機(jī)用。現(xiàn)代電網(wǎng)的電能幾乎全部由三一致步發(fā)電機(jī)提供。有時(shí)工作于同步補(bǔ)償機(jī)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(jī)的原理和結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子繞組直流電勵(lì)磁產(chǎn)生固定的N、S磁極。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，定子繞

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組切割磁力線，產(chǎn)生三相交流電。定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子同步運(yùn)行。此時(shí)同步電機(jī)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)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(chǎng)。轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)磁產(chǎn)生固定N、S極。這樣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就吸引轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。此時(shí)發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

同步電機(jī)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(duì)磁極和勵(lì)磁繞組。當(dāng)勵(lì)磁繞組中通過直流勵(lì)磁電流后，每個(gè)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)子圓周表面開有大量槽，用來嵌入勵(lì)磁繞組。

同步電機(jī)無論作為發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，它的轉(zhuǎn)子速度總等于由電機(jī)極對(duì)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(jī)的空載運(yùn)行

當(dāng)外加原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，并且轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通以勵(lì)磁電流時(shí)，電樞繞組開路即為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行。空載運(yùn)行時(shí)，電樞電流等于零，其氣隙磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立。電樞繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電樞繞組開路時(shí)的端電壓等于空載電動(dòng)勢(shì)。

3.同步發(fā)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行（1）電樞反應(yīng)及電動(dòng)勢(shì)方程

當(dāng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，三相對(duì)稱電流流過定子三相繞組，形成電樞旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，它與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)同步，且轉(zhuǎn)向一致。此時(shí)的氣隙磁場(chǎng)與空載運(yùn)行的狀況不同，是二者的合成磁場(chǎng)。

電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)對(duì)同步電機(jī)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(shí)空矢量圖來分析電樞反應(yīng)特性。

凸極同步電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程

其中Xd為直軸同步電抗，Xq為交軸同步電抗。隱極同步電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程

其中Xt為隱極電機(jī)同步電抗。（2）同步發(fā)電機(jī)的特性

1）空載特性。當(dāng)外加原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在同步轉(zhuǎn)速n1下運(yùn)行，并且轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通以勵(lì)磁電流If時(shí)，電樞繞組開路即為同步發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行。電樞繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E0，電樞繞組開路時(shí)的端電壓等于空載電動(dòng)

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勢(shì)E0。當(dāng)n?n1、Iq?0時(shí)E0?f(If)稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。下圖中曲線1。

2）短路特性。同步發(fā)電機(jī)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(lì)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3。

3）零功率因數(shù)負(fù)載特性。

4）同步發(fā)電機(jī)的外特性。同步發(fā)電機(jī)的外特性表示在n?n1、勵(lì)磁電流等于常數(shù)、功率因數(shù)等于常數(shù)狀況下，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(jī)的電壓調(diào)整率：

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4.同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)運(yùn)行

同步發(fā)電機(jī)并列投入電網(wǎng)時(shí)，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(jī)每相電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值與電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值保持相等。此條件可分開寫成以下四條：

（1）發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)頻率一致；（2）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓波形要一致；（3）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)電壓大小、相位要一致；（4）發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的相序要一致。5.同步發(fā)電機(jī)的功率平衡同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程為：

由于定子繞組很小，因此其