同步电机
42页1、 同步电机同步补偿机实际是一台接在交流电网上空载的同步 电动机,电机不带任何机械负载,靠调节转子中的 励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率 ,以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目 。第一节 同步电机的用途 同步电机主要用作发电机运行,把机械能转化成 电能。向电网发出交流电,是同步电机最主要的 运行方式同步电动机可以通过调节励磁电流来改善电网的功率因数。在不要求调速的场合,应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来,小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用主要特征: 定子铁心上有齿和槽,槽内设置三相对称绕 组 转子上装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通 以直流电流后,产生转子磁场同步发电机:原动机带动转子旋转,则磁场与定子绕组间有相对运动,在定子绕组中感应出三相交流电势电势的频率取决于电机的 极对数 转子的转速同步电动机:定子绕组接频率为f 的三相交流电源电机极对数为p气隙中产生转速为n1的旋转磁场旋转磁场将吸住转子磁极一起旋转它们有相同的转速和转向同步电机无论作为发电机或电动机,它的转子转速总等于由电机极对数和电枢电流频率所决定的同步转速“同步”机因而得名一、基本结构
2、 同步电机分为旋转电枢式:磁极装在定子上,用于小容量同步电机中。旋转电枢式旋转磁极式旋转磁极式:磁极装在转子上,为大中型同步电机的基本形式。旋转磁极式同步电机的结构转子 定子 电刷和集电环同步电机又分为隐极式和凸极式两种。有明显的凸出的磁极,气隙不均匀,制作简单。适合于高速发电机适合于低速发电机转子圆柱形,气隙均匀,转子机械强度高,励磁绕组固定容易。NS+隐极式N S NS+凸极式汽轮发电机 由汽轮机驱动的同步发电机 p = 1 n = 3000r/min (50Hz) n = 3600r/min (60Hz) 采用隐极结构 转子细而长转子高速旋转,对铁心的强度要求很高,就目前材料,转 子直径不能超过1.1m。 基本采用卧式结构水轮发电机 由水轮机驱动的同步发电机 n = 几十 几百r/min 极对数多采用凸极结构 转子粗而短 励磁绕组为集中绕组 立式结构二、同步电机的运行状态 转子磁场 转子通入直流励磁电流产生,与转子同步旋转。定子磁场 定子三相对称绕组流过三相对称电流产生,以 同步速旋转(等于转子转速)。同步电机有发电机、电动机、补偿机三种运行状态。运行状态取决于磁场的相对位置合成
3、磁场 定子磁场和转子磁场的合成,以同步速旋转。功率角 转子磁场轴线领先合成磁场轴线的夹角。 0时,Te为制动转矩,原动机的驱动转矩与电磁转矩Te 平衡 。转子吸收机械功率,定子发出电功率。 发电机运行状态 0 时,Te为驱动转矩,带动负载运行。转子 输出机械功率,定子吸 收电功率。 电动机运行状态 = 0 时,不进行能量转换,仅发出或吸收无功功率,补偿机。 补偿机运行状态三、额定值 1、额定功率 (kW) 输出的额定功率发电机:电功率;电动机:机械功率2、 额定电压(V):定子绕组额定线电压 3、 额定电流(A):定子绕组额定线电流 4、 额定转速 (r/min):额定运行时的转子转速 5、 额定功率因数Cos:额定工况下发电机的功率因数 6、 励磁电压(V)和励磁电流(A)6.7 同步电机的运行特性一、运行特性包括外特性、调整特性和效率特性。1.外特性n=ns,If=常值时,cos常值时 U=f(I)外特性曲线(1)在感性负载和纯电阻负载时,外特性是下降的。原因:电枢反应的 去磁作用和漏阻抗压降所引起。(2)容性负载时,外特性有可能上升。外特性上升条件:直轴电枢反应的助磁作用能够抵消
4、电枢漏抗压降。电压调整率定义:E0为保持额定励磁电流和同步转速不变,卸去负载(即空载I=0)时,发电机的空载相电压。对凸极同步发电机,u最好控制在1830%;对隐极同步发电机,由于电枢反应较强, u最好控制在 3048%。电压调整率是同步发电机的性能指标之一。2.调整特性n=ns,U=UN,cos=常值时,If=f(I)调整特性曲线(1)在感性负载和纯电阻负载时,调整特性是上升的。原因:随电枢电流的增大,电枢去磁和电枢漏抗压降增大,为保证端电压保持为额定值不变,必须提高励磁电流。 (2)容性负载时,调节特性有可能下降。外特性下降条件:内功率因数角超前较大,能够抵消电枢漏抗压降。从调整特性可以确定同步发电机的额定励磁电流IfN。n=ns,U=UN,cosc os N时3. 效率特性f(P2)同步电机的损耗 可以分为基本损耗和杂散损耗两部分。基本损耗:基本铁耗pFe电枢基本铜耗pCu,机械损耗p励磁损耗pCuf杂散损耗: 电枢漏磁通在电枢绕组和其他金属结构部件中 所引起的涡流损耗,高次谐波磁场掠过转子表 面所引起的表面的损耗等。现代空气冷却的大型水轮发 电机,额定效率大致在96 98.5这
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