同步同步电机及异步电机

1、同步电机及异步电机,1,2,3,4,同步电机以及异步电机,什么是同步电机？（与谁同步）,什么是异步电机？（与谁异步）,同步电机能不能调速？,异步电机是怎么转起来的？,问题的引出,Conclusion,异步电机能不能调速，怎么调？,5,,Company Logo,同步电机以及异步电机,同步电机 结构、原理 运行特性 异步电机 结构、原理 运行特性（启动、调速） 电动机运行的一般规定,内 容,,Company Logo,同步电机,一.同步电机的结构、原理 1.结构模型 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。 图15.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。图中用AX、BY、CZ三个在空间错开120电角度分布的线圈代表三相对称交流绕组。,,Company Logo,同步电机,转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中

2、形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。 气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。,,Company Logo,同步电机,2、工作原理 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。,,Company Logo,同步电机, 感应电势 频率： 感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应

3、电势的三相对称性。,,Company Logo,同步电机,同步转速（为什么叫同步电机） 同步转速 从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： 要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行。当发电机带上负载，三相定子绕组中将产生电流，三相电流又产生一个合成的旋转磁场，该磁场与转子以相同的转速和方向旋转，这就叫“同步”。,,Company Logo,同步电机,3、同步电机的分类,,Company Logo,同步电机,隐极式,,Company Logo,同步电机,,Company Logo,同步电机,4、基本概念 有功：在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式（如热能、机械能等）的那部分能量叫有功，即用于做功而被消耗掉的能量。转换的平均功率叫做有功功率，用P表示，单位为瓦，符号是W。其数学表

4、达式为： 。 无功：用于电路内电、磁场交换的那部分能量叫无功，即仅用来进行交换而没有被负载消耗的能量。无功又分感性无功和容性无功，用于电路内磁场交换的能量叫感性无功，用于电场交换的能量叫容性无功。交换的最大功率叫无功功率，用Q表示，无功功率的单位为乏，符号是var。其数学表达式为： 。,,Company Logo,同步电机,视在功率：由于电压、电流间存在相位差，正弦交流电路中的平均功率一般不等于电压、电流有效值的乘积，为与平均功率相区别，把电压、电流有效值的乘积叫视在功率，用S表示，单位为伏安，符号是VA。 其数学表达式为： 。 一般用视在功率表示设备的容量。 视在功率、有功功率、无功功率关系式为： 或 功率因数：上面有功功率公式中的 叫做功率因数，它为有功功率与视在功率的比值，等于电压比电流超前的相位差的余弦。功率因数不为1的负载，它的无功功率就不等于零，就意味着它从电源接受的能量中有一部分是交换而不消耗的，因数值越低，无功越大即交换部分所占比例越大。,,Company Logo,同步电机,它也等于阻抗角的余弦值。超前和滞后是指电流和电压的相位关系，如果电流的相位超前电压的相位，则说

5、负载是超前的；如果电流的相位滞后与电压的相位，则说负载是滞后的。所以我们在提到超前或滞后时一定要谨记这里是指电流与电压的关系，是电流在前，电压在后。,,Company Logo,同步电机,二.同步电机的运行特性 1空载特性 同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流励磁电流，定子绕组开路时的运行，称为空载运行。 空载运行时，由于电枢电流等于零，同步发电机的电枢电压等于空载电势E0,电势E0,决定于空载气隙磁通，磁通取决于励磁绕组的励磁电流If。因此空载时的端电压或电势是励磁电流的函数，即 ，称为同步发电机的空载特性。 空载特性曲线很有实用价值。可以用它判断电机磁路的饱和情况，铁芯和励磁绕组是否发生短路故障，此外可以求取发电机的电压变化率，未饱和的同步电抗值等参数。,,Company Logo,同步电机,2短路特性 短路特性是指发电机在额定转速下，定子三相绕组短路时，定子稳态短路电流I与励磁电流If的关系曲线， 即 。 短路特性可以用来求未饱和的同步电抗和短路比，还可以利用它判断励磁绕组有无匝间短路等故障。显然励磁绕组存在匝间短路时，因安匝数减小，短路特性会降低。,所谓短路比，

6、就是在对应于空载额定电压的励磁电流下，定子稳态短路电流与额定电流之比。,,Company Logo,同步电机,3外特性 外特性是反应发电机端电压随负载电流而变化的曲线，即在励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下，负载（定子电流）改变时端电压的变化曲线，即 。 外特性可用来分析电机在运行中的电压波动情况，并藉此提出对自动励磁调整装置电压调节范围的要求。,外特性,,Company Logo,同步电机,4调整特性 所谓调整特性，是指端电压、转速、功率因数为常数的条件下，改变负载（定子电流）时励磁电流的变化曲线，即 。 调整特性可以使运行人员了解在某一功率因数时，定子电流到多少而不使励磁电流超过制造厂的规定值，并能维持额定电压。利用这些曲线可使电力系统的无功功率分配更趋合理。,调整特性,,Company Logo,同步电机,5功角特性 功角特性反应的是发电机电磁功率与功角之间的关系，其表达式为： 式中P-发电机电磁功率 m定子绕组相数 U-定子相电压 Eq发电机感应电势 Xd发电机同步电抗 功角，转子磁极中心线与定子磁极中心线的夹角，也是端电压U与感应电势Eq间的夹角。 同步发电机维持静态稳定

7、的判据是：当角增大后，电磁功率P也随之增大。 以微分的形式表示则为： 式中Pr 称整步功率，当整步功率大于零时，发电机能保持静态稳定运行；而整步功率小于零时则不能维持静态稳定运行。在90时，就达到稳定极限，此时对应的电磁功率为稳定极限功率。,,Company Logo,同步电机,Pmax为发电机极限功率，P1为发电机运行点功率。一般规定正常运行时发电机的静稳定储备系数不小于1520，功角值一般3040。,,Company Logo,同步电机,6、发电机的并列 把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车、整步。在并列时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。 并列前必须检查发电机和电网是否适合以下条件： 双方应有一致的相序； 双方应有相等的电压； 双方应有同样或者十分接近的频率和相位。 若以上条件中的任何一个不满足，则在开关的两端会出现差额电压 ，如果闭合开关，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。 上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。 并列的准备工作是检查并列条件和确定合闸

8、时刻。通常这些工作都是由自动准同期装置完成。,,Company Logo,同步电机,各种绝缘等级对应绝缘材料的最高许可温度,注意：超过该绝缘等级对应绝缘材料的最高许可发电机绝缘寿命将随着温度的升高按指数规律缩短。如A级绝缘在高于最高许可温度810持续运行，就会使其绝缘寿命缩短一半。,,Company Logo,同步电机以及异步电机,下节更精彩 千万别走开,休息一下,,Company Logo,异步电机,一.异步电机结构、原理 1、结构,,Company Logo,异步电机,a. 鼠笼式转子 鼠笼式转子也称短路式转子。这种转子的绕组用适当数量的导体嵌入转子铁芯槽内，导体的两端分别焊接在两个端环(又称短路环)上。为了提高电动机的起动转矩和减少起动电流，转子绕组可制成双笼式或深槽式。 鼠笼型电机结构简单、制造方便，是一种制造和运行经济、耐用 笼型电机结构简单、制造方便，是一种制造和运行经济、耐用的电机。,,Company Logo,异步电机,鼠笼型转子,,Company Logo,异步电机,b.绕线式转子 绕线式转子也称滑环式转子。转子槽内嵌装与定子绕组相似的星形连接的三相绕组，三相引出端分别接到与轴绝缘的三个滑环上，每个滑环通过电刷与起动变阻器连接。为了减少电刷磨损，在电动机起动后，将电动机后侧的手柄转到运行位置，即可将三个滑环短路，同时将三组电刷举起，这种装置称为举刷装置。 与笼型转子比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小、起动转矩大，或特殊场合如风水力发电机使用。,,Company Logo,异步电机,绕线型的转子,,Company Logo,异步电机,3、异步电动机是如何转动起来的 异步电动机定子上有三相对称的交流绕组； 三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场； 转子绕组的导体处于旋转磁场中； 转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向。,w

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