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第9章_同步电机

永磁同步电机的原理及结构

. . . . 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流,在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场,由于在转子上安装了永磁体,永磁体的磁极是固定的,根据磁极的同性相吸异性相斥的原理,在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转,最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等,所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中,电动机的转速是从零开始逐渐增大的,造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的,所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中,质的转矩,只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的,其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时,在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速,而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后,最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说,永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似,主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构,在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择,所以永磁同步电机通常会被分为三大类:内嵌式、面贴式以及插入式,如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的,影响其性能的因素有很多,但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言,各种结构都各有其各自的优点。

同步电动机原理

同步电动机的原理 同步电动机是属于交流电机,定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的,所以称为同步电动机。正由于这样,同步电动机的电流在相位上是超前于电压的,即同步电动机是一个容性负载。为此,在很多时候,同步电动机是用以改进供电系统的功率因素的。 同步电动机在结构上大致有两种: 1、转子用直流电进行励磁。这种电动机的转子做成显极式的,安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的,接成具有交替相反的极性,并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励,在大多数同步电动机中,直流发电机是装在电动机轴上的,用以供应转子磁极线圈的励磁电流。 由于这种同步电动机不能自动启动,所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。鼠笼绕组放在转子的周围,结构与异步电动机相似。 当在定子绕组通上三相交流电源时,电动机内就产生了一个旋转磁场,鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流,从而使电动机旋转起来。电动机旋转之后,其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速,此时转子磁场线圈经由直流电来激励,使转子上面形成一定的磁极,这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极,这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。 2、转子不需要励磁的同步电机 转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上,也能运用于多相电源上。这种电动机中,有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似,同时有一个鼠笼转子,而转子的表面切成平面。所以是属于显极转子,转子磁极是由一种磁化钢做成的,而且能够经常保持磁性。鼠笼绕组是用来产生启动转矩的,而当电动机旋转到一定的转速时,转子显极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。显极的极性是由定子感应出来的,因此它的数目应和定子上极数相等,当电动机转到它应有的速度时,鼠笼绕组就失去了作用,维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极,使之同步。

(仅供参考)同步电机习题

第五章同步电机 5-1什么是同步电机?极数是怎样决定它的转速的?75r/min、50Hz 的电机有几极? 答:同步电机是一种交流电机。其特点是转子的旋转速度必须与旋转磁场旋转速度(即同步转速)严格同步。在频率一定时,其转速为一系列固定值。同步电机的转速与电流频率成f 正比,与极对数p 成反比,满足关系p f 60n n 1==。当75r/min、50Hz 时,4075 50 60n f 60p =?== 。因此该电机有2p=80极。5-2汽轮发电机和水轮发电机的主要特点是什么?为什么具有这样的特点? 答:汽轮发电机的主要特点是:转速较高,一般都是一对极,转速为 min /r 30001 50 60p f 60n n 1=?== =。原因是:考虑到转子受离心力的作用并为了很好地固定励磁绕组,将转子做成细而长的圆柱形,且为隐极式结构。转子铁心一般由高机械强度和磁导率较高的合金钢锻成且与转轴做成一个整体。转子铁心上开槽,槽中嵌放同心式的励磁绕组。 水轮发电机的主要特点是:转速较低,极对数较多,为凸极同步发电机。 电机直径很大,呈扁平形。有立式和卧式两种类型。为了使转子结构和加工工艺简单,转子一般做成凸极结构。励磁绕组是集中绕组,套在薄钢板叠成的磁极上。磁极的极靴上一般装有阻尼绕组。 5-4悬式和伞式发电机各有何优缺点? 答:悬式发电机 优点:转子重心在推力轴承下方,机组运行稳定性好,并且推力轴承在发电

机层,安装维护方便,轴承损耗小,适用于高水头电站。 缺点:要求上机架和机座强度要高,使机组长度增加和厂房高度增加。 伞式发电机 优点:充分利用水轮机和发电机之间的空间,结构紧凑,降低厂房高度,节省电站投资适用于低转速,大容量的低水头电站。 缺点:转子重心在推力轴承上方,机组稳定性差,推力轴承直径大,损耗大。 5-7一台转枢三相同步发电机,以转速逆时针旋转,主磁极对电枢是什么性质的磁场?对称负载运行时,电枢反应对电枢的转速和转向如何?对定子上主磁极的相对转速又是多少?主极绕组感应出电势吗? 答:转枢三相同步发电机是指主磁极在定子,电枢在转子的同步电机。此时转枢式三相同步发电机,电枢以转速n逆时针方向旋转,假定电枢(转子)不动,则主磁场对电枢来说是旋转磁场,转速为n,旋转方向为与电枢(转子)的旋转方向相反,即顺时针。 负载时,电枢绕组会有三相对称的电枢电流产生,电枢电流对应的电枢反应磁场的转向与转速决定于感生它的磁场,即定子上的主磁场。因为主磁场相对于电枢是顺时针旋转,所以电枢反应磁动势的也是相对于电枢顺时针旋转的,其转速也是n。 对定子上静止的主磁极转速,即电枢反应磁动势的绝对转速等于电枢反应磁动势相对于电枢的转速(转速为n,顺时针)加上电枢转速(即电枢相对于定子的转速,大小为n,方向为逆时针),相对转速和电枢转速大小相等、方向相反,因此电枢磁动势相对于主磁动势的相对转速为0,即相对静止。 因为电枢反应磁动势相对主极绕组是静止的,因此不能产生感应电动势。 5-8同步发电机的电枢反应主要取决于什么?在下列情况下电枢反应是助磁还是去磁?(1)三相对称电阻负载。(2)纯电容性负载; (3)纯电感性负载。

同步电机的基本工作原理和结构

同步电机的基本工作原理和结构 第一节精编资料 本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理,同步电机的电动势和磁动势,异步电动...二,同步电机的工作原理1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场... 原理,结构 同步电机的基本工作原理和结构 本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理、同步电机的电动势和磁动势、异步电动机的电势平衡,磁势平衡、等值电路及相量图、功率转矩、同步发电机运行原理等内容。本章共有10节课,内容和时间分配如下: 1.掌握同步电机的结构特点及工作原理。(2节) 2.掌握同步电机绕组有关的结构、额定参数(1节) 3.掌握同步电机机绕组的磁动势、等效电路,一般掌握相量图。(3节) 4.掌握同步电机功率、转矩和同步电机启动特性。(2节) 5.了解同步发电机的运行原理。(2节) 一、简介 交流电机,根据用途,可以分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三类。 (交流电能几乎全部是由同步发电机提供的。目前电力系统中运行的发电机都 是三相同步发电机。 同步电动机可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数,因而在不需要调速的低速大功率机械中也得到较广泛的应用。随着变频技术的不断发展,同步电动机的起动和调速问题都得到了解决,从而进一步扩大了其应用范围。

同步补偿机实质上是接在交流电网上空载运行的同步电动机,其作用是从电网汲取超前无功功率来补偿其它电力用户从电网汲取的滞后无功功率,以改善电网的供功率因数。) 二、同步电机的工作原理 1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场和转子旋转磁场。定子旋转磁场—又常称为电枢磁势,而相应的磁场称为电枢磁场60f1n,速度:同步速度,即 1p 方向:从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相。 形成原因:以电气方式形成。 (当对称三相电流流过定子对称三相绕组时,将在空气隙中产生旋转磁通势。它的旋转速度 60f1n,1p为同步速度,即;它的旋转方向是从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相;当某相电流达到最大值的瞬间,旋转磁势的振幅恰好转到该相绕组轴线处。这个旋转磁通势是以电气方式形成的。同步电机不论作为发电机运行还是作为电动机运行,只要其定子三相绕 组中流通对称三相电流,都将在空气隙中产生上述旋转磁通势,建立旋转磁场。同步电机的定子绕组被称为电枢绕组,因此,上述磁势又常称为电枢磁势,而相应的磁场称为电枢磁场。转子旋转磁场—直流励磁的旋转磁场。 60f1n, 速度:同步速度,即1p 方向:与定子相同。 形成原因:机械方式形成。 (在同步电机的转子上装有由直流励磁产生的磁极,磁极与转子无相对运动。当转子旋转时, 以机械方式形成旋转磁通势,并在气隙中形成另一种旋转磁场。由于磁场随转子一同旋转,被称为直流励磁的旋转磁场。) 2 电动势—两个旋转磁场切割绕组产生。

第五章第五节三相交流同步发电机教案资料

第五章第五节三相交流同步发电机

1、交流同步发电机转子的转速n与定子旋转磁场的转数0n的关系是______。 n> A.0n B.0 n < n= C.0n n≈ D.0n 2、称之为“电枢”的是______。 A.三相异步电动机的转子 B.直流发电机的定子 C.旋转磁极式三相同步发电机的定子 D.单相变压器的副边 3、下列哪种情形下同步发电机不存在电枢反应?______。 A.只带纯阻性负载 B.因故跳闸后 C.只带纯感性负载 D.只带纯容性负载 4、当同步发电机带上容性负载时,一般情况下,其电枢反应为______。A.兼有直轴增磁、交轴两种反应 B.只有直轴去磁反应 C.只有直轴增磁反应 D.兼有直轴去磁、直轴增磁两种反应

5、当同步发电机带上感性负载时,其电枢反应为______。 A.只有交轴反应 B.只有直轴去磁反应 C.只有直轴增磁反应 D.兼有交轴、直轴去磁两种反应 6、同步发电机分别带下列三种不同性质的三相对称负载运行:(1)cosΦ=1;(2)cosΦ=0.8滞后;(3)cosΦ=0.8超前,在输出电压和输出电流相同情况下,所需励磁电流______。 A.(1)最大 B.(2)最大 C.(3)最大 D.一样大 7、三相同步发电机空载运行时,其电枢电流______。 A.为0 B.最大 C.随电压变化 D.可以任意调节 8、自励发电机在起动后建立电压,是依靠发电机中的______。 A.电枢反应 B.剩磁

C.漏磁通 D.同步电抗 9、关于同步发电机的电枢反应的下列说法,正确的是______。 A.电枢反应是发电机固有的特性,与负载无关 B.由于电枢反应会引起发电机端电压变化,故当发电机端电压保持在额定值时,就没有电枢反应 C.只有当发电机带载后,才会有电枢反应 D.无论何种负载,电枢反应只会造成发电机端电压的降低 10、如图为三相同步发电机的空载特性曲线,E0为开路相电压,I f为励磁电流,一般选图中______点为其空载额定电压点。 A.A点 B.B点 C.C点 D.D点 11、同步发电机的额定容量一定,当所带负载的功率因数越低时,其提供的有功功率______。 A.小

永磁同步电机的原理及结构

完美格式整理版 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流,在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场,由于在转子上安装了永磁体,永磁体的磁极是固定的,根据磁极的同性相吸异性相斥的原理,在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转,最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等,所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中,电动机的转速是从零开始逐渐增大的,造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的,所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中,质的转矩,只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的,其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时,在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速,而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后,最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说,永磁 同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似,主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构,在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择,所以永磁同步电机通常会被分为三大类:内嵌式、面贴式以及插入式,如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的,影响其性能的因素有很多,但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言,各种结构都各有其各自的优点。

同步电机练习试题和答案解析

第六章 同步电机 一、填空 1. ★在同步电机中,只有存在 电枢反应才能实现机电能量转换。 答 交轴 2. 同步发电机并网的条件是:(1) ;(2) ;(3) 。 答 发电机相序和电网相序要一致,发电机频率和电网频率要相同,发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致 3. ★同步发电机在过励时从电网吸收 ,产生 电枢反应;同步电动机在过励时向电网输出 ,产生 电枢反应。 答 超前无功功率,直轴去磁,滞后无功功率,直轴增磁 4. ★同步电机的功角δ有双重含义,一是 和 之间的夹角;二是 和 空间夹角。 答 主极轴线,气隙合成磁场轴线,励磁电动势,电压 5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使q X 和d X 将 。 答 增加 6. 凸极同步电机气隙增加使q X 和d X 将 。 答 减小 7. ★凸极同步发电机与电网并联,如将发电机励磁电流减为零,此时发电机电磁转矩为 。 答 δs i n 2)X 1X 1( mU d q 2 - 二、选择 1. 同步发电机的额定功率指( )。 A 转轴上输入的机械功率; B 转轴上输出的机械功率; C 电枢端口输入的电功率; D 电枢端口输出的电功率。 答 D 2. ★同步发电机稳态运行时,若所带负载为感性8.0cos =?,则其电枢反应的性质为( )。 A 交轴电枢反应; B 直轴去磁电枢反应; C 直轴去磁与交轴电枢反应; D 直轴增磁与交轴电枢反应。 答 C 3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是( )。 A 漏阻抗较大; B 短路电流产生去磁作用较强; C 电枢反应产生增磁作用; D 同步电抗较大。 答 B

4. ★对称负载运行时,凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为( )。 A q aq d ad X X X X X >>>>σ; B σX X X X X q aq d ad >>>>; C σX X X X X ad d aq q >>>>; D σX X X X X aq q ad d >>>>。 答 D 5. 同步补偿机的作用是( )。 A 补偿电网电力不足; B 改善电网功率因数; C 作为用户的备用电源; D 作为同步发电机的励磁电源。 答 B 三、判断 1. ★负载运行的凸极同步发电机,励磁绕组突然断线,则电磁功率为零 。 ( ) 答 错 2. 同步发电机的功率因数总是滞后的 。 ( ) 答 错 3. 一并联在无穷大电网上的同步电机,要想增加发电机的输出功率,必须增加原动机的输入功率,因此原动机输入功率越大越好 。 ( ) 答 错 4. 改变同步发电机的励磁电流,只能调节无功功率。 ( ) 答 错 5. ★同步发电机静态过载能力与短路比成正比,因此短路比越大,静态稳定性越好。( ) 答 错 6. ★同步发电机电枢反应的性质取决于负载的性质。 ( ) 答 错 7. ★同步发电机的短路特性曲线与其空载特性曲线相似。 ( ) 答 错 8. 同步发电机的稳态短路电流很大。 ( ) 答 错 9. 利用空载特性和短路特性可以测定同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。( ) 答 错 10. ★凸极同步电机中直轴电枢反应电抗大于交轴电枢反应电抗。 ( ) 答 对 11. 与直流电机相同,在同步电机中,U E >还是U E <是判断电机作为发电机还是电动机运行的依据之一。 ( ) 答 错 12. ★在同步发电机中,当励磁电动势0 E 与I 电枢电流同相时,其电枢反应的性质为直轴电枢反应 。 ( ) 答 错 四、简答 1. ★测定同步发电机的空载特性和短路特性时,如果转速降至0.951n ,对试验结果有什么影

第五章第五节三相交流同步发电机

n的关系是______。 1、交流同步发电机转子的转速n与定子旋转磁场的转数0 n> A.0n B.0 n < n= C.0n n≈ D.0n 2、称之为“电枢”的是______。 A.三相异步电动机的转子 B.直流发电机的定子 C.旋转磁极式三相同步发电机的定子 D.单相变压器的副边 3、下列哪种情形下同步发电机不存在电枢反应?______。 A.只带纯阻性负载 B.因故跳闸后 C.只带纯感性负载 D.只带纯容性负载 4、当同步发电机带上容性负载时,一般情况下,其电枢反应为______。 A.兼有直轴增磁、交轴两种反应 B.只有直轴去磁反应 C.只有直轴增磁反应 D.兼有直轴去磁、直轴增磁两种反应 5、当同步发电机带上感性负载时,其电枢反应为______。 A.只有交轴反应 B.只有直轴去磁反应 C.只有直轴增磁反应 D.兼有交轴、直轴去磁两种反应 6、同步发电机分别带下列三种不同性质的三相对称负载运行:(1)cosΦ=1;(2)cosΦ=0.8滞后;(3)cosΦ=0.8超前,在输出电压和输出电流相同情况下,所需励磁电流______。 A.(1)最大 B.(2)最大 C.(3)最大 D.一样大

7、三相同步发电机空载运行时,其电枢电流______。 A.为0 B.最大 C.随电压变化 D.可以任意调节 8、自励发电机在起动后建立电压,是依靠发电机中的______。 A.电枢反应 B.剩磁 C.漏磁通 D.同步电抗 9、关于同步发电机的电枢反应的下列说法,正确的是______。 A.电枢反应是发电机固有的特性,与负载无关 B.由于电枢反应会引起发电机端电压变化,故当发电机端电压保持在额定值时,就没有电枢反应 C.只有当发电机带载后,才会有电枢反应 D.无论何种负载,电枢反应只会造成发电机端电压的降低 10、如图为三相同步发电机的空载特性曲线,E0为开路相电压,I f为励磁电流,一般选图中______点为其空载额定电压点。 A.A点 B.B点 C.C点 D.D点 11、同步发电机的额定容量一定,当所带负载的功率因数越低时,其提供的有功功率______。 A.小 B.大 C.不变 D.不一定 12、船用无刷交流同步发电机的励磁方式属于______,大多采用旋转电枢式小型______发电机作为励磁机。 A.隐极/直流

永磁同步电机原理

永磁同步电机原理、特点、应用详解 电机对于工农业来说至关重要,本文将会对电机的定义、分类、电机驱动的分类进行简介,并详细介绍永磁同步电机的原理、特点以及应用。 电机的定义 所谓电机,顾名思义,就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时,电机表现出电动机的工作特性;当电能被转换成机械能时,电机表现出发电机的工作特性。电机主要由转子,定子绕组,转速传感器以及外壳,冷却等零部件组成。 电机的分类 按结构和工作原理划分:直流电动机、异步电动机、同步电动机。 按工作电源种类划分:可分为直流电机和交流电机。 交流电机还可分:单相电机和三相电机。 直流电动机按结构及工作原理可划分:无刷直流电动机和有刷直流电动机。 有刷直流电动机可划分:永磁直流电动机和电磁直流电动机。 电磁直流电动机划分:串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机划分:稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 按结构和工作原理划分:可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。 同步电机可划分:永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 异步电机可划分:感应电动机和交流换向器电动机。 感应电动机可划分:三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。 交流换向器电动机可划分:单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 按起动与运行方式划分:电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 按用途划分:驱动用电动机和控制用电动机。 永磁同步电机 所谓永磁,指的是在制造电机转子时加入永磁体,使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步,则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此,通过控制电机的定子绕组输入电流频率,电动汽车的车速将最终被控制。而如何调节电流频率,则是电控部分所要解决的问题。 永磁同步电动机的特点 永磁电动机具有较高的功率/质量比,体积更小,质量更轻,比其他类型电动机的输出转矩更大,电动机的极限转速和制动性能也比较优异,因此永磁同步电动机已成为现今电动汽车应用最多的电动机。但永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时,其导磁性能可能会下降,或发生退磁现象,有可能降低永磁电动机的性能。另外,稀土式永磁同步电动机要用到稀土材料,制造成本不太稳定 永磁同步电机与异步电机 除了永磁同步电机,异步电机也因特斯拉的使用而被广泛关注。与同步电机相比起来,电机转

第五篇同步电机·第二十章概述·第一节同步电机的基本结构和额定值

第五篇同步电机·第二十章概述·第一节同步电机的基本结构和额定值 1.转子本体与基波旋转磁场同速的电机称为同步机。对 2.转子本体与基波旋转磁场异速的电机称为同步机。错 3.实际应用的同步机多是转枢式。错 4.同步电机实际运行状态取决于定、转子磁场的相对位置。对 5. 无刷励磁需要刷-环机构。错 第五篇同步电机·第二十一章同步发电机的运行原理·第一节同步发电机的空载运行1. 空载电势又叫励磁电势。对 第五篇同步电机·第二十一章同步发电机的运行原理·第二节对称负载时的电枢反应 1.电枢反应改变的是主极磁场。对 2.内功因角是空载电势与电枢电流之间的夹角。对 3. 电枢反应与内功因角无关。错 第五篇同步电机·第二十一章同步发电机的运行原理·第三节隐极同步发电机的数学模型 1.计及饱和时,可以引入电枢反应电抗的概念。错 2. 不计饱和时,电枢反应电势可以写成负的电抗压降形式。对 第五篇同步电机·第二十一章同步发电机的运行原理·第四节凸极同步发电机的数学模型 1.计及饱和时,可以应用双反应理论。错 2.引入虚拟电势后,可以画出凸极同步发电机的等效电路。对 3.直轴同步电抗下雨交轴同步电抗。对

第五篇同步电机·第二十一章同步发电机的运行原理·第五节同步发电机的功率和转 矩 1.对同步发电机言,输入功率扣掉铁耗、机耗,剩下的就是电磁功率。对 2.对同步发电机言,电磁功率就是空载电势发出的电功率。对 3.对同步发电机言,空载转矩对应铁耗与机耗之和,电磁转矩对应电磁功率。对 4. 功率角既是空载电势与端电压之间的夹角,又近似地是主磁场与合成磁场之间的夹角。对 第五篇同步电机·第二十二章同步发电机的特性·第一节同步发电机的基本特性 1.空载特性反映了定子量与转子量之间的关系。错 2.短路特性不是直线。错 3. 零功率因数负载特性和空载特性之间相差一个特性三角形。对 第五篇同步电机·第二十二章同步发电机的特性·第二节同步发电机的参数测定 1.短路试验时磁路是饱和的。错 2.短路比反映了一定条件下短路电流的大小。对 3.短路比等于饱和直轴同步电抗的倒数。对 4.零功率因数特性的实测曲线要比理想曲线高。错 5. 坡梯漏抗比实际漏抗略大。对 第五篇同步电机·第二十二章同步发电机的特性·第三节同步发电机的运行特性 1.感性负载的调整特性是降低的。错 2.感性负载的外特性是升高的。错 3. 额定效率是同步发电机的性能指标之一。对、、 第五篇同步电机·第二十三章同步发电机的并联运行·第一节投入并联运行的条件和方法

第9章小功率同步电动机

第9章小功率同步电动机 9.1 概述 直流和交流伺服电动机的转速是随电机轴上所带的负载阻转矩或者加在控制绕组上的信号电压的改变而变化的。但是在有些控制设备和自动装置中,往往要求电动机具有恒定不变的转速,即要求电动机的转速不随负载和电压的变化而变化。同步电动机就是具有这种特性的电动机。 目前,功率从零点几瓦到数百瓦的各种同步电动机,在需要恒速运转的自动控制装置中得到了广泛的应用。例如它们用于自动和遥控装置,无线电通讯设备,同步联络系统,磁带录音和钟表工业等。 小功率同步电动机是交流电动机,在结构上主要也是由定子和转子两部分组成的。当定子三相或两相绕组通入三相或两相电流时,电机中就会产生旋转磁场。旋转磁场的转速即为同步转速,以下式表示: p f n s 60 罩极式定子旋转磁场的产生 A—工作绕组; B—短路环 图9 – 1 罩极式电动机的定子 (a) 两极; (b) 四极

图9 - 2 罩极式电动机的磁通及其相量图 图9-3 磁通的分解 9.2 永磁式同步电动机 图 9 - 4 永磁式同步电动机的工作原理

旋转磁场以同步速n s朝着图示的转向旋转时,根据N极与S极互相吸引的道理,定子旋转磁极就要与转子永久磁极紧紧吸住,并带着转子一起旋转。由于转子是由旋转磁场带着转的,因而转子的转速应该与旋转磁场转速(即同步速

n s )相等。当转子上的负载阻转矩增大时,定子磁极轴线与转子磁极轴线间 的夹角θ就会相应增大;当负载阻转矩减小时,夹角又会减小。 两对磁极间的磁力线如同弹性的橡皮筋一样。尽管负载变化时,定、转子磁极轴线之间的夹角会变大或变小,但只要负载不超过一定限度,转子就始终跟着定子旋转磁场以恒定的同步速n s 转动,即转子转速为 min 60r p f n n s == 永磁式同步电动机启动比较困难 图9 – 5 永磁式同步电动机的起动转矩 综上所述,影响永磁式同步电动机不能自行起动的因素主要有下面两个方面: (1) 转子本身存在惯性; (2) 定、转子磁场之间转速相差过大。 为了使永磁式同步电动机能自行起动,在转子上一般都装有起动绕组。但如果电动机转子本身惯性不大,或者是多极的低速电机,定子旋转磁场转速不很大, 那末永磁式同步电动机不另装起动绕组还是会自己起动的。

同步电机原理和结构

每相感应电势的有效值为

(15.2) ◆ 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,保证了感应电势的三相对称性。 同步转速 ◆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: (15.3) ◆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,这也是同步电机名称的由来。 运行方式 ◆同步电机的主要运行方式有三种,即作为发电机、电动机和补偿机运行。 作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式,作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节,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。 同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时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的。 ? 西安交通大学电机教研室 版权所有,侵权必究 2000.12?

水轮发电机 水轮发电机的特点是:极数多,直径大,轴向长度短,整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。水轮发电机的直径很大,定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需要,定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为1~2mm 的钢片叠成;磁极两端有磁极压板,用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽,槽内放上铜条,并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组,其作用是用来拟制短路电流和减弱电机振荡,在电动机中作为起动绕组用。磁极与磁极轭部采用 T 形或鸽尾形连接,如图15.4所示。 隐极式转子 隐极式转子上没有凸出的磁极,如图15.2b 所示。沿着转子本体圆周表面上,开有许多槽,这些槽中嵌放着励磁绕组。在转子表面约1/3部分没有开槽,构成所谓大齿,是磁极的中心区。励磁绕组通入励磁电流后,沿转子圆周也会出现 N 极和 S 极。在大容量高转速汽轮发电机中,转子圆周线速度极高,最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力,大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。考虑到转子冷却和强度方面的要求,隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。

第五章_同步电动机

习题五 5-1、什么叫同步电动机?转速1500r/min ,50HZ 的同步电动机是几极的?是隐极结构,还是凸极结构? 5-2 5 一、填空题 1.同步发电机的定子铁心槽中嵌放着________绕组,转子励磁绕组通入的是_________电流。 2. 两极同步发电机应以___________r/min 旋转,才能发出 50HZ 的交流电,当它以 __________r/min 旋转时,将发出 60HZ 的交流电。 3. 汽轮同步发电机的转子采用____________结构,水轮同步发电机的转子采用 _____________结构。 4.我国大型汽轮发电机的磁极数为____________,转子转数为__________r/min 。 5.同步发电机输出三相电压的相序由____________决定,如果改变原动机的旋转方向,则三相电压的相序将____________。 6.按结构型式分,同步电机可分为旋转磁极式和旋转电枢式两种,大型同步发电机采用 __________结构型式;小容量同步电机采用__________结构型式。 7.同步发电机采用静止半导体励磁系统时,其主励磁机是一台________式三相同步发电 机,而采用旋转半导体励磁系统时,其主励磁机是一台________式三相同步发电机。 8.当同步电机与异步电机的定子频率相同、极数相同时,二者定子磁场的转速________, 二者转子磁场的转速________。 二、选择题 1. 为了改善同步发电机电动势的波形,应当采取的措施有( )。 ① 设计极靴形状使主极磁场在空间按正弦分布; ② 采用短距和分布绕组使电枢磁场在空间按正弦分布; ③ 定子绕组采用 Y 接线,保证线电动势中没有三次谐波; ④ 以上都对。 2. 改变同步发电机的相序,需要( )。 ① 改变励磁绕组所接直流电压的极性; ② 增大励磁电流; ③ 互换定子绕组任意两相的出线端标志; ④ 改变发电机的转向。 3. 将同步发电机的电枢置于转子,定子为磁极固定不动,则通过转子上的三个滑环可获得( )。 ① 直流电压; ② 三相交流电压; ③ 直流磁动势; ④ 交流磁动势。 4.在旋转半导体励磁方式中,( )。 ① 主励磁机、副励磁机均为旋转磁极式; ② 主励磁机、副励磁机均为旋转电枢式; ③ 主励磁机为旋转磁极式,副励磁机为旋转电枢式; ④ 主励磁机为旋转电枢式,副励磁机为旋转磁极式。 5. 同步发电机的额定功率为( )。 ①N N N I U P =; ②N N N N I U P ?cos = ③N N N N I U P ?cos 3=; ④N N N N N I U P ?ηcos 3 =

第四篇同步电机习题解答

第四篇 同步电机习题解答 15-1 一台三相隐极同步发电机,25000kW N P =,10.5kV N U =,Y 接,cos 0.8 N ?=滞后,已知7.52, 0t a x R =Ω≈,每相励磁电动势07520V E =。求下列几种情况下的电枢电流,并说明其电枢反应的性质:(1)每相接7.52Ω的三相对称纯电阻负载;(2)每相接7.52Ω的三相对称纯电感负载;(3)每相接15.04Ω的三相对称纯电容负载;(4)每相接7.547.54j -Ω的三相对称电阻电容负载。 解:0a t L a t L t E U IR jIx IZ IR jIx IZ jIx =++=++≈+ 0L t E I Z jx =+ , 令0075200V E =∠ (1)7.52L Z =Ω 00075200701.145(A)7.527.52 L t E I Z jx j ∠===∠++ 为直轴和交轴电枢反应; (2)7.52L Z j =Ω 0007520050090(A)7.527.52 L t E I Z jx j j ∠===∠-++ 为直轴去磁电枢反应; (3)15.04L Z j =-Ω 000 75200100090(A)15.047.52 L t E I Z jx j j ∠===∠+-+ 为直轴增磁电枢反应; (4)7.527.52L Z j =-Ω 000 7520010000(A)7.527.527.52 L t E I Z jx j j ∠===∠+-+ 为交轴电枢反应。 15-2 一台凸极同步发电机,72500kW N P =,10.5kV N U =,Y 接, c o s 0.8N ?=滞后,1, 0.554, 0 d q a x x R * *==≈。试求额定负载下运行时发电机的0, , d q I I E ψ及。 解:Y 接,0cos 0.8, 36.87N N ??==

第五篇同步电机

第五篇 同步电机 5.1 同步电机和异步电机在结构上有哪些区别? 5.2 什么叫同步电机?怎样由其极数决定它的转速?试问75r/min 、50Hz 的电机是几极的? 5.3 为什么现代的大容量同步电机都做成旋转磁极式? 5.4汽轮发电机和水轮发电机的主要结构特点是什么?为什么有这样的特点? 5.5 伞式和悬式水轮发电机的特点和优缺点如何?试比较之。 5.6 为什么水轮发电机要用阻尼绕组,而汽轮发电机却可以不用? 5.7 一台转枢式三相同步发电机,电枢以转速n 逆时针方向旋转,对称负载运行时,电枢反应磁动势对电枢的转速和转向如何?对定子的转速又是多少? 5.8 试分析在下列情况下电枢反应的性质。 (1)三相对称电阻负载; (2)纯电容性负载8.0=*C X ,发电机同步电抗0.1=* t X ; (3)纯电感性负载7.0=* L X ; (4)纯电容性负载2.1=*C X ,同步电抗0.1=* t X 。 5.9 三相同步发电机对称稳定运行时,在电枢电流滞后和超前于励磁电动势0E 的相 位差大于?90的两种情况下(即?<>?-18090ψ), 电枢磁动势两个分量ad F 和aq F 各起什么作用? 5.10 在凸极同步电机中,如果ψ为一任意锐角,用双反应理论分析电枢反应磁通a Φ 和电枢反应磁动势a F 两个矢量是否还同相?a Φ 与它所感应的电动势a E 是否还差?90? 5.11 试述交轴和直轴同步电抗的意义。为什么同步电抗的数值一般较大,不可能做

得很小?请分析下面几种情况对同步电抗有何影响? (1)电枢绕组匝数增加; (2)铁心饱和程度提高; (3)气隙加大; (4)励磁绕组匝数增加。 5.12 试根据不饱和时的电动势相量图证明下列关系式。 (1)隐极同步发电机 ? ? ψcos sin tan U IR U IX a t ++= ψψθsin cos cos 0t a IX IR U E ++= (2)凸极同步发电机 ? ?ψcos sin tan U IR U IX a q ++= ψψθsin cos cos 0d a IX IR U E ++= 其中,?为I 滞后于U 的夹角,即功率因数角;ψ为I 滞后于0E 的夹角;θ为U 滞后于0 E 的夹角,且有?ψθ-=。 5.13 试证明不考虑饱和时ad X 和aq X 的公式为 d N ad k p k N k l mf X 2 1 204δπτμδ= q N aq k p k N k l mf X 2 1 204δπτμδ= 5.15 为什么d X 在正常运行时应采用饱和值,而在短路时却采用不饱和值?为什么q X 一般总只采用不饱和值? 5.16 测定同步发电机空载特性和短路特性时,如果转速降为N n 95.0,对实验结果

同步电动机原理

同步电动机原理 Synchronous Motor Principle 三相交流电动机是用三相交流电产生的旋转磁场来带动电机转子旋 转的,有关旋转磁场的产生原理在前面已作介绍,在这里只介绍电机转 子是如何在旋转磁场的作用下旋转的。 永磁交流同步电动机 最简单的方法是在产生旋转磁场的空间放一永久磁铁,该磁铁就会 跟着磁场旋转了。下图就是这样一个永久磁铁转子。 永久磁铁转子 把永久磁铁转子放在能产生旋转磁场的定子铁芯中,它将会跟随旋 转磁场同步旋转,其转速与旋转磁场一致,故称之为同步电动机,下图 便是一个永磁同步电动机模型的示意图。

永磁同步电动机模型 下面是该三相交流同步电动机模型的动画截图,为看清线圈与磁力线,定子与转子用半透明显示。动画中有输入三相电流的变化波形,有旋转磁场与跟着旋转的永磁转子。

永磁同步电动机动画截图 请观看永磁转子同步电动机原理模型3D动画 这个三相交流同步电动机的旋转磁场只有一对磁极,永磁转子也是一对磁极,转速与交流电源相同,用50周的交流电供电时转子转速是每秒50转。

电励磁交流同步电动机 实际上的三相交流同步电动机转子多数是电励磁的,转子上有励磁绕组,用直流励磁电源产生固定磁场,下图是一个电励磁三相交流同步电动机原理模型旋转动画的截图。 电励磁三相交流同步电动机模型 请观看三相交流同步电动机原理3D动画 该三相交流同步电动机的旋转磁场只有一对磁极,电励磁转子也是一对磁极,用50周的交流电供电时转子转速是每秒50转,也即每分钟3000转。两极同步电动机的转子一般采用隐极式转子。

多极交流同步电动机 许多场合需用低转速,大力矩输出的交流同步电动机,此时的电机多做成大直径的多极电机形式,定子绕组产生多对磁极旋转磁场,转子采用多对凸极结构。下图是一个3对磁极同步电动机模型示意图,定子有3个3相绕组,转子有3对(6个)凸极,转速为每分钟1000转。 多极三相交流同步电动机模型

同步电机原理和结构

60 1 8.1同步电机原理和结构 1 ?同步发电机原理简述 (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。 最常用的转场式同步电机的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。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)。除了转场式同步电机外, 还有转枢 式同步发电机,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。图 8-1-1给出了典型的转场 式同步发电机的结构模型。图中用 AX 、 BY , CZ 共3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。 (2 )工作原理 同步电机电枢绕组是三相对称交流绕组,当 原动拖动转子旋转 时,通入三相对称电流后,会 产生高速旋转磁场,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),会在其中感应出大小和方向按周期性变化的交变电势, 每相感应电势的有效值 为, E o = 4.44fN ① f k w ( 8-1-1 ) 式中f ――电源频率;①f ――每极平均磁通; N ——绕组总导体数;k w ---------------- 绕组系数; E 0是由励磁绕组产生的磁通 ①f 在电枢绕组中感应而得,称为 励磁电势(也称主电势、 空载电势、转子电 势)。由于三相电枢绕组在空间分布的对称性, 决定了三相绕组中的感应 电势将在的时间上呈现出对称性,即在时间相位上相互错开 1/3周期。通过绕组的出线端 将三相感应电势引出后可以作为交流电源。可见,同步发电机可以将原动机提供给转子的 旋转机械能转化为三相对称的交变电能。 感应电势的频率决定于同步电机的转速 n 和极对数p ,即 同步电机 图8-1-1 同步电机结构模型

第五章同步发电机灭磁

第五章同步发电机的灭磁 第一节概述 近年来,随着主机容量的增加,发电机的自动灭磁系统越来越受到重视。 特别是对于采用快速励磁系统的同步发电机而言,当电机内部出现故障时,要求尽快地灭磁以缩短在故障点的燃弧时间。当采用发电机-变压器组接线时,在发电机外部至变压器以及主断路器连接的导线上出现故障时,发电机也需要快速灭磁。 当发电机定子绕组发生接地时,将产生接地故障电流。如果发电机中性点经高电阻接地,一个定子线棒的绝缘被击穿,故障电流较小,铁芯损伤不会太严重。如果故障电流较大,除击穿线棒绝缘外,还将有严重的铜和铁芯的烧坏,这种故障至少需要更换损坏的绝缘,甚至部分地拆修发电机的定子铁芯。从这一观点出发,有的制造厂认为发电机可以不用灭磁开关,对于生产具有无刷励磁系统机组的厂家,更倾向于这一观点。因为在小电流故障时,并不需要快速灭磁,而当大故障电流时,快速灭磁能否限制铜以及铁芯的损坏仍有争议。 如果认为不采用快速灭磁装置,在某些场合本来很小的损坏会导致更大的烧损事故。采用简单而有效的快速灭磁装置还是有必要的。特别是现代大型水轮发电机多采用单元式接线,为降低发电机、变压器及高压电缆(若有的话)故障所造成的损害,希望发电机在此情况下能快速灭磁。由于汽轮发电机转子本身的巨大阻尼作用,使汽轮发电机的快速灭磁变得十分困难。但对水轮发电机,快速灭磁是可以实现的,并且具有十分重要的意义。 如上所述,对发电机灭磁系统的主要要求是可靠而迅速地消耗存储在发电机中的磁场能量。最简单的灭磁方式是切断发电机的励磁绕组与电源的连接。但是这样将使励磁绕组两端产生较高的过电压,危及到主绝缘的安全。为此,灭磁时必须使励磁绕组接至可使磁场能量耗损的闭合回路中。 目前灭磁系统就其原理而言,主要有以下几种方式: (1)具有短弧栅片的灭磁系统; (2)利用非线性电阻的灭磁系统; (3)利用恒值电阻的灭磁系统。 如按磁场能量的消耗方式而言,在灭弧栅片式灭磁系统中,磁场能量主要消耗在开关中,可称为耗能型。在线性恒值和非线性电阻灭磁系统中,灭磁开关不全部承受耗能任务,磁场能量主要消耗在线性和非线性电阻端,故此类系统可称为非耗能型或转移型灭磁系统。 就近年来的发展趋势而言,非耗能型的线性和非线性电阻灭磁系统获得了广泛的运用。 第二节线性电阻灭磁过程中的一对矛盾 ——灭磁速度及转子过电压 现代大型水轮发电机多采用单元式接线,为降低发电机、变压器及高压电缆(若有的话)故障所造成的损害,希望发电机在此情况下能快速灭磁。由于汽轮发电机转子本身的巨大阻尼作用,使汽轮发电机的快速灭磁变得十分困难。但对水轮发电机,快速灭磁是可以实现的,并且具有十分重要的意义。从国外某大型水电站,曾因主变压器至升压站的500KV电缆故障,致使整个电缆廊道烧毁,造成巨大的经济损失。国内的大型水轮发电机也有因不能快速灭磁而造成主变压器或发电机大规模烧损的情况发生。 早期采用的灭磁电路如图5-1所示,若灭磁开始,发电机定子开关已跳,并且不考虑阻尼的作用,则灭磁过程中发电机励磁电流:

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