1、第六章 三相同步電機(jī),6-1 同步電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 6-2 同步電機(jī)的電樞反應(yīng) 6-3 電勢(shì)平衡方程式、同步電抗和相量圖 6-4 功角特性、矩角特性和有功功率調(diào)節(jié) 6-5 無(wú)功功率調(diào)節(jié)和V形曲線 6-6 同步電機(jī)的起動(dòng),6-1 同步電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu),一、同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和額定參數(shù),同步 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電源頻率有嚴(yán)格的關(guān)系，即, 定子：,是由機(jī)座、定子鐵心和電樞繞組三個(gè)部分組成。,電樞繞組是三相對(duì)稱(chēng)繞組，通入三相對(duì)稱(chēng)交流電流， 從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,是由勵(lì)磁繞組和鐵心組成。,勵(lì)磁繞組通入直流電流。,隱極式同步電動(dòng)機(jī)的直徑小，鐵心長(zhǎng)度長(zhǎng)，磁極數(shù)較少；, 轉(zhuǎn)子：,鐵心有兩種結(jié)構(gòu)形式：

2、隱極式 和凸極式。,凸極式同步電動(dòng)機(jī)的直徑大，鐵心長(zhǎng)度短，磁極數(shù)較多。,., 同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn), 適用于拖動(dòng)功率大，而本身又沒(méi)有調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械。, 機(jī)械特性絕對(duì)硬。, 通過(guò)改變勵(lì)磁電流，調(diào)節(jié)其功率因數(shù)， 并使電網(wǎng)的功率因數(shù)提高。, 同步電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù), 額定功率 PN ：, 額定電壓 UN ：, 額定電流 IN ：, 額定功率因數(shù) cosN ：, 額定轉(zhuǎn)速 nN ：, 額定效率 N ：, 額定頻率 fN ：, 額定勵(lì)磁電壓 UfN ：, 額定勵(lì)磁電流 IfN ：,軸上輸出的有功功率（kW）,定子繞組的線電壓（kV）,定子繞組的線電流（A）,.,.,.,.,二、同步電動(dòng)機(jī)的基本運(yùn)行原理,氣

3、隙中 的磁勢(shì),當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩和靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，兩個(gè)磁勢(shì)的夾角 不再變化，兩個(gè)磁勢(shì)同步前進(jìn)。,同步轉(zhuǎn)矩只有在兩個(gè)磁勢(shì)完全同步時(shí)，才能發(fā)揮作用。,同步電動(dòng)機(jī)磁勢(shì)關(guān)系,電樞反應(yīng)磁勢(shì),直流磁勢(shì),由定子三相繞組通入三相交流電流產(chǎn)生， 是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。,由轉(zhuǎn)子單相繞組通入直流電流產(chǎn)生， 是一個(gè)恒定磁勢(shì)，但與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。,.,6-2 同步電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng),6-3 同步電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)平衡方程式及相矢量圖, 隱極式同步電動(dòng)機(jī), 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn), 轉(zhuǎn)子繞組中沒(méi)有感應(yīng)電勢(shì),由合成磁勢(shì)產(chǎn)生定子繞組中的反電勢(shì) E1,.,若不計(jì)主磁路的飽和作用,對(duì)于隱極機(jī)，氣隙基本上是均勻的。,則可以采用迭加原理,磁路的磁阻（或磁

4、導(dǎo)）與磁勢(shì)作用點(diǎn)無(wú)關(guān)。,定義電樞反應(yīng)電抗 xa,.,xC：同步電抗,一般情況下，同步電抗 xc 是一個(gè)常數(shù)。,由于同步電動(dòng)機(jī)的容量較大，可以忽略定子電阻的作用。,故隱極機(jī)常用的方程式為,三個(gè)向量的關(guān)系：,.,., 凸極式同步電動(dòng)機(jī),凸極機(jī)的氣隙不均勻，電樞反應(yīng)磁勢(shì)的位置不同， 產(chǎn)生的結(jié)果也不同。,分析方法：采用雙反應(yīng)原理。,即將電樞反應(yīng)磁勢(shì)分解成正交的兩個(gè)向量。,.,引入電樞反應(yīng)電抗 xad 和 xaq,直軸方向的 電樞反應(yīng)電抗,交軸方向的 電樞反應(yīng)電抗,.,凸極機(jī)一相電路的電勢(shì)平衡方程式為,若忽略 r1 ，則,交軸方向的氣隙 大,直軸同步電抗,交軸同步電抗,.,6-4 功角特性、矩角特性和有

5、功功率調(diào)節(jié), 功角特性,忽略定子損耗,功角特性就是電磁功率與功角之間的關(guān)系。,.,., 功角的物理意義,當(dāng) U、E0、p、f、xd 均為常數(shù)時(shí)，電磁功率與功角 有關(guān)。即一定的負(fù)載要求一定的功角。, 矩角特性及其穩(wěn)定工作區(qū),矩角特性就是電磁轉(zhuǎn)矩與功角之間的關(guān)系，即,.,6-5 無(wú)功功率調(diào)節(jié)和V形曲線, 同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)調(diào)節(jié),由隱極機(jī)的電勢(shì)平衡方程式,由于負(fù)載不變，電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率均不能變, 負(fù)載不變，改變勵(lì)磁電流 If ，即改變 Ib,設(shè)輸入電壓 U 恒定，忽略定子銅耗,即定子電流 I 的軌跡為一條水平直線。,當(dāng)勵(lì)磁電流 If 很大時(shí)，Ib= Ib1，產(chǎn)生超前電流，稱(chēng)為過(guò)勵(lì)狀態(tài)；,當(dāng)勵(lì)磁電

6、流 If 較大時(shí)，Ib= Ib2，產(chǎn)生超前電流，稱(chēng)為過(guò)勵(lì)狀態(tài)；,當(dāng)勵(lì)磁電流 If 適中時(shí)，Ib= Ib3，與電壓同相位，稱(chēng)為正常勵(lì)磁；,當(dāng)勵(lì)磁電流 If 較小時(shí)，Ib= Ib4，產(chǎn)生滯后電流，稱(chēng)為欠勵(lì)狀態(tài)。,即調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，就可以改變電網(wǎng)的功率因數(shù)。, V 形曲線,以勵(lì)磁電流和定子電流作為坐標(biāo)軸，繪制出的曲線， 稱(chēng)為 V 形曲線。,改變負(fù)載，可以得到一簇 V 形曲線。,.,., 勵(lì)磁電流不變，負(fù)載在變化,勵(lì)磁電流不變，也就是 Ib 不變， Ib 的軌跡為一個(gè)圓弧。,隨著負(fù)載的增加，定子電流 I 由超前變成滯后。,.,6-6 同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng), 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,同步電動(dòng)機(jī)只有在同步運(yùn)行時(shí)，才具有同步轉(zhuǎn)矩,在不同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩的平均值為零。,因此，同步電動(dòng)機(jī)不能自行起動(dòng)。, 起動(dòng)方法,常