电机与拖动教案——第六章 同步电机及微控电机.doc

第六章 同步电机及微控电机 前言：①同步电机是一种交流电机，主要作发电机使用；也可作电动机和调相机（专门用于电网的无功补偿）使用； ②同步电机定义：同步电机转速n与定子电流频率f和极对数p保持严格不变的关系，即； ③主要内容：电枢反应；有功和无功调节；并联运行；不对称和突然短路 6.1同步发电机的基本工作原理及其分类 一、同步电机基本工作原理 二、分类 1.旋转磁极式 定子-放置三相交流绕组 转子-放置励磁绕组(主磁极) 凸极式 隐极式 2旋转电枢式 定子-放置励磁绕组(主磁极) 转子-放置三相交流绕组(需三个滑环引出或引入三相电流) 三、同步电机基本结构 隐极同步电机(以汽论发电机为例) 特点:转速高 为保证频率f=50Hz,则发电机的极对数P少 (一般为二极,2P=2) 离心力大,需细长转子(隐极式) 0.5mm硅钢片叠压而成 定子铁心 大型电机由扇型片拼成圆形 1. 定子 矩形开口槽,径向,轴向通风道 定子绕组-三相双层绕组,扁铜线绕制而成,采用成型线圈 外壳-用钢板焊接而成 转子 (1)由合金钢锻成,与转轴制成一个整体,外园开槽,大齿和小齿 (2)励磁绕组为同心式绕组 (3)采用高强度铝合金槽楔,端部采用保护环固定 3.滑环(集电环)与电刷装置 凸极同步电机(以水轮发电机为例) 特点:转速低 为保证f=50Hz,则需发电机的极对数P增大 为保证放置P对磁极,则需转子的直径大. 1.定子 : 定子铁心-硅钢片叠成,直径可达20多米,矩形开口槽. 定子绕组-双层绕组 2.转子: 凸极式铁心由厚钢板叠成 励磁绕组由扁铜线绕制而成 阻尼绕组(起动绕组)-由铜条和端环构成,用于同步电动机异步起动. 四、同步电机的运行状态 稳态运行情况下,定转子磁场相对静止 功率角δ-定子合成磁场轴线与主极磁场(转子磁场)轴线之间夹角.(用电角度表示) 三种运行状态 发电机运行 物理过程:直流电流→电刷→滑环→励磁绕组→磁场 原动机拖动转子 绕组感应三相交流电动势(频率为),接入负载后,三相对称电流,定子旋转磁场以n1旋转. 特点:1功率角δ0(即主极磁场超前定子合成磁场) 2转子受到制动性质的电磁转矩Te 3f∝,为保证f=50Hz恒定,需保证恒定,应输入转矩T1与Te平衡. 补偿机运行状态(或空载运行状态) 当δ=0时→Te=0 物理过程:转子同发电机运行状态,-主极磁场以旋转 定子接入三相对称电源-定子合成磁场以旋转 特点:1δ=0.(主磁场与定子合成磁场重合) 2电机内没有有功功率转换 电动机运行当δ0时→Te→(即主机磁场滞后定子合成磁场 物理过程:定子接三相电源-定子合成磁场以旋转 转子接直流电源-恒定磁场,去掉原动机. 特点:1δ0 2外施T2↑→δ↑→Te↑(与T2+T0平衡)保证n==常数 3转子转速n==60f/p,即当f一定,p一定时,n恒定. 五.同步电机的励磁方式 励磁系统-共给励磁电流的整个系统-直流励磁机励磁系统,整流器励磁系统 励磁系统应满足的条件: (1)能稳定的提供发电机从空载到满载(及过载)所需的If (2)当电网电压u减小时,能快速强行励磁,提高系统的稳定性. (3)当电机内部发生短路故障时,能快速灭磁. 运行可靠,维护方便,简单,经济. 直流励磁机励磁 副励磁机(并励直流发电机)→主励磁机(他励直流发电机)→同步发电机 *一般励磁机与同步发电机同轴 特点:采用独立电源(直流发电机)与交流电网没关系,运行可靠. 静止整流器励磁 他励式静止流器励磁系统 副励磁机(中频三相同步发电机)(电磁式或永磁式)→主励磁机(三相同步发电机)→同步发电机───────────────┛ 特点:①副励磁机先他励待建立电压后改为他励 自动电压调整器可根据主发电机端电压的偏差自动调整励磁电流 整流器均在电机外(静止). 自励式静止整流器励磁系统 特点 :(1)取消励磁机 励磁电流由电网或主发电机提供 旋转整流器励磁(无触点式或无刷励磁) 副励磁机(永磁式三相同步发电机)→主励磁机(旋转电枢式)→主发电机 特点:(1)主励磁