当前位置：文档之家 › 第四章 同步电机

第四章 同步电机

  • 格式：ppt
  • 大小：13.28 MB
  • 文档页数：80

下载文档原格式

  / 80

合集下载

永磁同步电机的设计与控制

永磁同步电机的设计与控制

永磁同步电机的设计与控制第一章：绪论永磁同步电机是一种新型的高效率、高功率密度的电机，已经在电动汽车、风力发电机、工业自动化等领域得到了广泛的应用。

本文将详细介绍永磁同步电机的设计和控制方法。

第二章：永磁同步电机的结构及原理永磁同步电机分为表面永磁式和内置永磁式两种结构，本文主要介绍表面永磁式永磁同步电机。

表面永磁式永磁同步电机由定子、转子和永磁体三个部分组成。

其中，定子装有三个相位的绕组，电流流经绕组时产生旋转磁场。

转子则由带有永磁体的铁芯构成，永磁体的磁场与定子旋转磁场形成磁矩，从而产生转矩。

第三章：永磁同步电机的设计永磁同步电机的设计包括选型、计算和仿真三个方面。

选型时需要根据具体的应用场景，选择合适的功率、转速等参数。

计算方面需要根据电机的结构参数，如磁极数、绕组匝数等，计算电机的性能参数，如转子电感、定子电阻等。

仿真则是通过电机仿真软件进行的，可以进行电机性能模拟、相位电流控制仿真等。

第四章：永磁同步电机的控制永磁同步电机的控制包括电压源控制和电流源控制两种方式。

电压源控制是通过控制电机的电网侧电压，控制电机的转速和转矩，需要控制电机的反电动势。

电流源控制则是通过控制电机的电机侧电流，控制电机的转速和转矩。

电流源控制不需要控制反电动势，可以提高电机的控制精度。

第五章：永磁同步电机的应用永磁同步电机在电动汽车、风力发电机、工业自动化等领域得到了广泛应用。

在电动汽车中，永磁同步电机具有高效率、高功率密度、质量轻等优点。

在风力发电机中，永磁同步电机可以通过尽可能地提高风力机的利用率，提高风力发电机的发电效率。

在工业自动化中，永磁同步电机可以被应用于各种机械传动系统中，提高传动效率，降低能耗。

第六章：结论永磁同步电机是一种新型的高效率、高功率密度的电机，在电动汽车、风力发电机、工业自动化等领域有广泛的应用前景。

掌握永磁同步电机的设计和控制方法，对于电机的工程应用具有重要的意义。

同步发电机励磁控制系统及特性分析

同步发电机励磁控制系统及特性分析


第二节 同步发电机的励磁控制系统
三、静止励磁系统（发电机自并励系统）
300MW及以上机组励磁系统一般采用
发电机
无刷励磁和自并励方式。
TA
IEF
G ~
静止励磁系统(发电机自并励系统)中
一、直流励磁机系统
采用同轴的直流发电机作为励磁机，通过励磁调节器改变直流励磁机电 流，从而改变供给发电机转子的励磁电流，达到调节发电机电压和无功 的目的。
主要问题： （1）直流励磁机受换向器所限，其制造容量不大。 （2）整流子、电刷及滑环磨损，降低绝缘水平，运行维护麻烦。 （3）励磁调节速度慢，可靠性低。 按照励磁机励磁绕组的供电方式不同，可分为自励式和他励式两种。
负荷的无功电流是造成 E 与U 数值差的主要原因，
q
G
发电机的无功电流越大 ，差值越大。
第一节 概述
同步发电机的外特性必然是下降的，当励磁电流一定时，发电机端电压随无 功负荷增大而下降，必须通过不断的调节励磁电流来维持机端电压维持在给 定水平。
第一节 概述
(二)控制无功功率的分配
1.同步发电机与无穷大系统母线并联运行问题
第二节 同步发电机的励磁控制系统
同步发电机励磁控制系统的分类：
（1）直流励磁机系统：自励式直流励磁机系统、他励式直 流励磁机系统。 （2）交流励磁机系统：他励可控整流式交流励磁机系统、 自励式交流励磁机系统、具有副励磁机交流励磁机系统、 无刷励磁系统； （3）静止励磁系统
第二节 同步发电机的励磁控制系统
第四章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
第一节：概 述:励磁控制系统的作用（重点） 第二节：同步发电机的励磁控制系统 第三节：励磁调节器 第四节：同步发电转子磁场的强励与灭磁
电力系统分析第四章(3)

电力系统分析第四章(3)

4.4电机参数表示的同步电机方程 4.4电机参数表示的同步电机方程
4.4.1同步电机参数 本章以后各节如无特殊说明，所有量都为标幺值。对于时间t，有的文献采用标 幺值，也有采用有名值的，两种情况下，所有方程的形式基本相同，只是当时 间t 取有名值时，时间常数参数亦为有名值。本章介绍的时间常数为标幺值。 在同步电机基本方程式(4-44)和式(4-46)中，涉及的参数有Ra、Rf 、RD、 Rg、RQ、Xd、Xq、X0、Xf、XD、Xg、XQ、Xaf、XaD、Xag、XaQ、XfD、 XgQ，共18个，称作同步电机的原始参数，一般要获取同步电机这些原始参 数的准确值是比较困难的。
X ad Xσ f Xσ D
是同步电机的固有参数
(4-57)
4.4电机参数表示的同步电机方程 4.4电机参数表示的同步电机方程
4.4.2同步电机参数与其原始参数的关系 1. 电机参数的定义
iD
id
ψD
+
−
X σ D if
ψf
+
−
X σf
X ad
+ −
X σa
ψd
由于磁链与电流之间呈线性关系，X”d也可以看成是：当id增加一个单位， ΨD和Ψf皆保持不变情况下，d绕组所产生的磁链增量。 4) d轴开路暂态时间常数 轴开路暂态时间常数T’d0： 为当d、D绕组都开路时，f绕组电流if 的衰减 轴开路暂态时间常数 时间常数。在图中，令d、D绕组开路，可得 ′ Td0 = X f Rf (4-58) 注意图中并没有出现Rf 5) d轴开路次暂态时间常数 轴开路次暂态时间常数T”d0：为当d绕组开路，f绕组磁链保持为零且忽略 轴开路次暂态时间常数 f绕组电阻时，D 绕组电流iD的衰减时间常数。在图中，令d组开路，可得
船电单选题及简答有删减(有答案)

船电单选题及简答有删减(有答案)

第四章、同步电机（60题）4 - 1、同步电机额定转速 b 理想空载转速。

A、大于B、等于C、小于D、小于等于4 - 2、对称稳定运行时，同步电机气隙中的主磁场是一个 c 磁场。

A、直流B、脉振C、圆形旋转D、椭圆形旋转4 - 3、同步发电机磁极中的鼠笼绕组称为 c 绕组。

A、阻尼B、起动C、励磁D、电枢4 - 4、同步电动机磁极中的鼠笼绕组称为绕组。

A、阻尼B、起动C、励磁D、电枢4 - 5、凸极式同步电机气隙磁密为： c 分布；隐极式为：分布。

A、正弦；正弦B、正弦；矩形C、矩形；正弦D、矩形；矩形4 - 6、与电网并联的同步发电机；其 c 子绕组通常采用接法。

A、转；YB、转；ΔC、定；YD、定；Δ4 - 7、同步发电机的“电枢反应”是由 c 引起的。

A、电枢电压B、电枢频率C、电枢电流D、励磁电流4 - 8、同步发电机电枢电流与空载电势同相位时的电枢反应是 a 电枢反应。

A、交轴B、交、直轴C、直轴去磁D、直轴增磁4 - 9、同步发电机单机带载运行时，端电压由负载电流的 c 决定。

A、大小B、性质C、大小和性质D、大小、性质和频率4 - 10、同步发电机运行时，通常要求随着负载的变化，其电压变化率最好 d 。

A、有规律变化B、保持最大C、保持最小D、恒定不变4 - 11、同步发电机运行时，通常要求随着负载的变化，其端电压最好 d 。

A、有规律变化B、保持最大C、保持最小D、恒定不变4 - 12、同步发电机的 b 随负载变化而变化的特性称为调节特性。

A、端电压B、励磁电流C、电磁转矩D、电磁功率4 - 13、根据调节特性对同步发电机进行调节的目的是保持 a 不变。

A、端电压B、励磁电流C、电磁转矩D、电磁功率4 - 14、同步发电机以额定转速运行，当励磁电流为零时，空载电压为 b 。

A、额定电压B、剩磁电压C、理想空载电压D、零4 - 15、同步发电机的同步电抗是由磁通引起的。

A、电枢反应B、电枢反应及主C、电枢反应及漏D、电枢反应及主、漏4 - 16、同步发电机的功率角是相量 b 之间的夹角。

电机学第四篇同步电机

电机学第四篇同步电机

电机学第四篇同步电机第四章同步电机一、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Xq和Xd将。

答增加6. 凸极同步电机气隙增加使Xq和Xd将。

7. 答减小8. ★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mU(211?)sin?2 XqXd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 D2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性cos??0.8，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 C3. 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 B4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（）。

A X??Xad?Xd?Xaq?Xq；B Xad?Xd?Xaq?Xq?X?；C Xq?Xaq?Xd?Xad?X?；D Xd?Xad?Xq?Xaq?X?。

答 D5. 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。

电机第四章《电机设计(第2版)——高等学校教材》陈世坤 主编

电机第四章《电机设计(第2版)——高等学校教材》陈世坤 主编


2 2 IB RR I R RR IR 2 RR ( ) RR IB
4.1 绕组电阻的计算
二、感应电机 2、感应电机转子绕组每相电阻 （2）鼠笼绕组
IR 2p 如何求 的关系：每相邻导条电流之间相位差等于槽距电角 Z2 IB
相邻两段端环的电流相位差也等于
ⅰ）端环电阻 → 导条
4.4 漏电抗计算
一、槽漏抗的计算
1、单层整距绕组的槽漏抗 槽高部分（ h 1） （2）矩形开口槽单层整距绕组的槽漏抗
2 I 2 IN S
x F s2 h 1
F s2 dx b s dxl 0 ef x d d N x xh s 1 h h 2 1 2I 1 d l N x s2 0 0 ef s 3b s
交流电阻： 绕组通以交流时，由于集肤效应，电阻值较通直流时增大。
Rc K F R
K F 电阻增加系数( K F 1) R 电流电阻
4.1 绕组电阻的计算
一、直流电机
N a lc Ra w Ac (2a ) 2
N a 导体总数 lc 线圈或元件平均半匝长 Ac 导体截面积 2a 并联支路数
IB IR
∴导条电流等于相邻两端环电流之差（∵
很小）
Z IR 2 I B 2 p

IR
IR
IB 2sin

2
IB 2sin源自p 2IB
p

Z2 Z2 Z I RR ( R )2 RR ( 2 )2 RR IB 2 p
4.1 绕组电阻的计算
二、感应电机 2、感应电机转子绕组每相电阻 （1）鼠笼绕组
二、异步电机励磁电抗的计算方法
自动装置-第四章-同步发电机自动并列

自动装置-第四章-同步发电机自动并列

第四童同步发电机自动并列装置第一节概述—、同期（并列）的概念：1、概念：同步发电机（包括同步调相机或另一系统）投入系统并列运行的操作过程称为同期（或并列）检查同期ZCH属于一种同期操作；发电机同期实质指合发电机出口DL2、意义：同期操作具有频繁性——正常运行（负荷大小-机组台数）事故情况（备用机组的投入）（1）提高供电可靠性和供电质量（2）减少备用容量（3）合理分配负荷，达到经济运行3、同期（并列）条件：系统母线电压u = U n, sin（6wr +其中：―、u）（fX <p——状态量理想条件：Us二0fs 二06=0 （合闸瞬间）实际允许条件：U s<5~10%U efsS0.2~0.5%fe 二0.1~0.25HZ6<10°二、同期方式：准同期自同期1、准同期（先励磁，后并车）:概念：将待并发电机先行励磁,调节发电机电压、频率、相位，使匕、f“6符合并列条件,将发电机DL合上,并入系统运行优点：icH小，对系统影响不大缺点：同期时间长；手动误操作会引起非同期并列分类：按操作自动化程度一手动自动半自动（手动调频、调压，自动合闸）应用：大容量发电机一应尽量采用自动或半自动准同期以手动准同期作为备用2、自同期（先并车，后励磁）概念：将接近同步转速（n二95%% ）而未加励磁的发电机投入系统，然后再加励磁，发电机借助电磁力矩被拉入同步（对4、6无要求，对fs要求亦较宽）优点：并列快；操作简单，避免误操作;事故下可迅速投入机组缺点：Lh大-威胁发电机线圈绝缘；振动大T影响机组端部固定应用：事故情况下投入水轮机组三、自动并列意义P38第二节自动准同期—、自动准同期装置功能①均频②均压③合闸(保证DL在6二0并列)半自动准同期：①、②手动，③自动二、脉动电压性质分析脉动电压：两个频率不同的电压向量差可用来检测fs、Us、81、脉动电压旋转向量分析4=几-5假设：①S不动,几则以3s ( co s=u)M-u)N=2nf s)相对几转动② 1% 1 = 1 久I 二Um则U s=2U m sin-2W廿-6 H &J丄3 Ie zk H 2x >1>k H 2<Jw -OO H OUSHOOO U T CUSH2um6H2TTU S H O尸竟常耳為卑亠冊«-©C 3-M"um ・NHUm®u o母、e l u e 2H 0.. £HUMSinooMiSN HUNSincoNtnUm (sincoMt —sincoNt )rcos+0N(50HZ )HusmCos3+$f 2(湘SH彗)、ffi fif ()击冃鬪、台®書。

电机及其拖动基础选择题

电机及其拖动基础选择题

第二章变压器第三张异步电动机第四章同步电机第五章直流电机第六章控制电机第七章电力拖动基础1.电动机的输出功率的大小取决于____。

（d22）A．电动机的额定功率B．负载转矩C．电动机的转速D．电动机的转速及负载转矩2.直流发电机输出电压是从____两端输出的。

（b42）A．换向器B．电刷C．励礠线圈D．都不是3.直流发电机中感应电势与____成比例。

（d42）A．励磁电流B．主磁极磁通C．转子转速D．转速与主磁极磁通4.并励直流电动机可通过____使其反转。

（b42）A．该变电源电压极性B．改变电枢绕组两端电压极性C．同时改变励磁电流及电枢电流的方向D．改变负载转矩的方向5.直流电动机通常用____方法启动。

（b42）A．直接起动B．电枢回路串电阻C．励磁回路串电阻D．空载启动6.____式直流电动机当负载转矩增大时，转速降最大（c42）A．他励B．并励C.串励D. 复励7.直流电动机电枢绕组中的电流是____。

（b42）A．直流的B．交流的C．脉动的D．恒定的8.并励直流电动机轴上负载转矩增大时，转速____.（b22）A．恒定不变B．略有下降C．大大下降D．略有上升9.电动机的额定功率是指额定运行时____。

（b21）A．消耗的电功率B．转速与转矩的乘积C．电压与电流的乘积E．输入，输出功率的平均值10.直流发电机额定功率是指其额定运行时____。

（4b1）A．原动机输入给它的功率B．输出端电压与电流的乘积C．电磁转矩与转速的乘积D．感应电势与电枢电流的乘积11.并励直流电动机轻载运行时，若励磁绕组断开，会引起____。

（b42）A．电动机停车B．电动机“飞车”C．转速达到理想空载转速D．转速不稳定12.并励直流电动机转速降低时，其电磁转矩____。

（a42）A．增大B．减小C．不变D．由负载决定13.变压器的铁芯用硅钢片叠成，是为了____。

（b11）A．防止铁芯振动B．减小涡流损耗C．安装方便D．节省铁芯材料14.变压器具有____作用。

电力系统分析第四章(1)

电力系统分析第四章(1)


M ab Lbb M cb M fb M Db M gb M Qb
M ac M bc Lcc M fc M Dc M gc M Qc
M af M bf M cf Lff M Df M gf M Qf
M aD M bD M cD M fD LDD M gD M QD
M ag M bg M cg M fg M Dg Lgg M Qg
Rf
d
y D
g α
c
Q
a
ω
D
o
ffLeabharlann Dxcb
q
g Q
D
b
z
ia
2)定子三相绕组磁轴的正方向与其正向电流所产 生磁通的方向（按右手法则）相反；转子各绕组 磁轴的正方向，与其正向电流所产生磁通的方向 （按右手法则）相同。 3)定子和转子各绕组磁链的正方向与其磁轴的正 方向相同， 各绕组由磁链变化所产生的感应电动势服从楞次 定律。
M ba = ψ ba (−ia )
= −λmσ ws2 + λad ws2 cos α cos(α − 2π 3) + λaq ws2 sin α sin(α − 2π 3) = −[m0 + m2 cos 2(α + π 6)]
对于隐极同步机有λad= λaq ，所以其定子绕组的 互感系数为常数。
目前广泛使用的同步电机数学模型是在理想同步电机假设条件下建立起来的， 1) 线性磁路假设 线性磁路假设：忽略同步电机的磁路饱和效应，认为电机铁芯的导磁系 数为常数。 2) 转子对称假设 转子对称假设：同步电机转子对自身的纵向d轴和横向q轴结构对称。 3) 定子对称假设 定子对称假设：同步电机定子a、b、c三相绕组结构对称，它们的磁轴在 空间位置上依次相差2π/3(rad)电角度。 4) 气隙磁动势正弦分布假定 气隙磁动势正弦分布假定：同步电机定子电流产生的磁动势在其气隙中 按正弦分布。反之，同步电机空载，转子恒速旋转时，转子绕组的磁动势 在定子绕组感应产生的空载电动势是时间的正弦函数。 5) 定子及转子光滑表面假设 定子及转子光滑表面假设：该假设相当于认为定子及转子的槽和通风沟 不影响定子及转子绕组的电感。 符合上述条件的电机称作理想同步电机。
电力系统自动装置原理-第04章_同步发电机励磁自动控制系统的动态特性(1-2)

电力系统自动装置原理-第04章_同步发电机励磁自动控制系统的动态特性(1-2)

• 根轨迹进入汇合点时，根轨迹的切线倾 角称为汇合角；
• 分离角和汇合角恒等于90。
29
根轨迹的渐近线
• 若开环有限极点数n >开环有限零点数m，则将有 nm条根轨迹分支沿着渐近线伸向无穷远处。渐近
线与实轴的交点和交角分别为：
交点
n
m
pj zi
a j1
i1 (n m)
交角 = (2k+1) /(nm) ( k = 0, 1, 2, nm1 )
第四章 同步发电机励磁自动控制系统的动态特性
1
第1节 概述
一、同步发电机励磁自动控制系统动态特性应满足 的基本要求
二、同步发电机励磁自动控制系统的动态特性指标
2
动态特性应满足的基本要求
①控制系统应能稳定运行（自身空载和带载情况下稳 定运行、对电力系统的稳定运行具有积极作用或负 面影响较弱不致影响电力系统的稳定运行）；
②动态特性要良好。
3
动态特性指标
①励磁电压响应比：励磁电压在最初0.5秒内上升的平均速率。
②由励磁电压响应曲线定义的指标：发电机空载、额定转速条 件下，突然加入励磁使发电机端电压从零升至额定值时的时间
响应曲线的上升时间（tr）、超调量（p）和调整时间（ts）可
以作为动态特性指标 。
上升时间（tr）：由稳态值的10%上升到90%（或5%至95%或 0%至100%）的时间 。通常，对欠阻尼二阶系统，取0%至 100%；对过阻尼二阶系统， 取10%至90% 。
19
第3节 励磁自动控制系统的稳定性
一、概念回顾 二、励磁控制系统空载稳定性分析 三、励磁控制系统空载稳定性的改善
20
概念回顾
1．基本概念 ①控制理论分类 ②古典控制论的分析方法 ③根轨迹的定义 ④根轨迹的求取方法 2．根轨迹的直接作法（设以开环放大倍数K为参变量） 作图规则包括：
第四章 参数计算

第四章 参数计算

电机的电气参数
励磁绕组电阻Rf、励磁绕组电感Lf； （一）直流电机电气参数：
电枢绕组电阻Ra、电枢绕组电感La； 励磁绕组电阻Rf、励磁绕组电感Lf；
（二）交流同步电机电气参数： 电枢绕组电阻Ra、直轴电枢反应电抗xd 交轴电枢反应电抗xq、电枢漏抗x1δ
（三）交流异步（感应）电机 电气参数：
转子绕组电阻R2、转子漏抗x2δ 定子绕组电阻R1、定子励磁电抗xm 定子漏抗x1δ

0lef dx x d x ( N s 2I ) h1 bs
x 这些磁通与N s 根导体相交链的磁链为 : h1 lef x x 2 dx N s d x ( N s ) 2 I 0 dx h1 h1 bs 高度h1范围内由槽中电流产生 的漏磁链为: s 2 dx
h3 h0 h1 h2 , b 3bs bs
h1 h0 采用积分的办法可以推 导出: ab 2bs bs 1 总的比漏磁导: s (a b 2ab ) 4 h h h h h h 2h 1 h ( 1 0 3 0 1 2 1 0 ) , 一般有h1 h3 4 3bs bs 3bs bs bs bs
因此，选用较大的A和较小的Bδ将使电机的主电抗变大。
对于凸极式同步电机，显然，由于气隙不均匀，则对应于不 同气隙尺寸下的主电抗值是不同的。根据双反应理论，把主电抗 分为直轴的电枢反应电抗和交轴的电枢反应电抗。
直轴电枢反应电抗等于 X ad kd X m 交轴电枢反应电抗等于 X aq kq X m
式中，系数Kd与Kq由曲线图查得。 对于隐极式同步电机，由于电机气隙基本上均匀，因此电枢 反应电抗不分成直轴与交轴，即：
Xa Xm
§4-4 漏电抗的计算

同步电机的的工作原理

同步电机的的工作原理
同步电机的工作原理是基于电磁感应原理。

当通过电流流过定子绕组时，产生的磁场会与转子上的永磁体磁场相互作用，从而使得转子开始旋转。

根据电磁感应定律，当磁场改变时，会产生感应电动势，这个感应电动势会引起电流在定子绕组中的流动，进而产生磁场。

这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使得转子继续旋转。

因此，通过交流电源向定子绕组提供电流，同步电机能够保持转速与电源频率的同步。

同步电机的旋转速度由电源频率决定，因此也称为频率控制同步电机。

同步电机的转速与电网（交流电源）频率之间存在一定的比例关系，通常以极数来表示。

同步电机还可以通过调整励磁电流来实现转速调节。

当调整励磁电流时，可以改变转子上的磁场强度，从而改变同步电机的转速。

需要注意的是，同步电机在启动时无法自行启动，其转子必须与电源的频率和相序同步。

而在运行过程中，若失去同步，转子将会停止旋转。

因此，同步电机通常需要通过其他装置（例如变频器）来控制电源频率和相序，以确保正常启动和稳定运行。

总结来说，同步电机的工作原理是通过电流在定子绕组中产生磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使得转子旋转，并通过电源频率和相序来保持转速与电源同步。

第4章：同步发电机的励磁自动控制系统

电机失去励磁，造成系统电压大幅下降。若系统 中其它发电机组能提供足够的无功功率来维持系 统电压水平，则失磁的发电机还可以在一定时间 内以异步方式维持运行。
（3）提高继电保护装置工作的正确性 励磁自动控制系统通过调节发电机的励磁
电流以提高系统电压，增大短路电流，使继电 保护装置可靠动作。
5．防止水轮发电机过电压
与原曲线相比，有三点不同： ○1 极限输送功率增加； ○2 系统的静态储备增加； ○3 稳定运行区域扩大，其扩大的部分为人工稳定运行区。
（2）励磁系统对暂态稳定的影响
提高励磁系统的强励能力，即提高电压强励倍数 和电压上升速度，被认为是提高电力系统暂态稳定性 最经济、最有效的手段之一。
P0
功角特性曲线I：对应于故障前双回线运行； 功角特性曲线Ⅱ：对应于一回线故障时的运行状况； 功角特性曲线Ⅲ：对应于故障切除后一回线运行。
第4章 同步发电机的励磁 自动控制系统
4.1 同步发电机励磁系统的任务
一. 电力系统无功功率控制的必要性
1．维持系统电压正常水平
P/Q
Q
P
系统无功功率平衡关系式：
Q Q Q n
m
l
i1
Gi
j 1
Lj
k 1
k
U
无功电源主要由两部分组成，一部分是发 电机，一部分是补偿设备。发电机供给的无 功功率起主要作用，补偿设备供给的无功功 率起次要作用。
故障期间和故障切除后，励磁系统施加的作用是 力图促使发电机的内电动势 Eq 上升而增加电磁功率 输出，使 Pm增加（即曲线幅值增加），功角特性曲线 Ⅱ和Ⅲ幅值增加，既减小了加速面积，又同时增加了 减速面积。
要求励磁系统首先必须具备快速响应的能力。 为此，一方面要求缩小励磁系统的时间常数，另一 方面应尽可能提高强行励磁的倍数。

华中科技大学_电机学__第四章_交流电机绕组(完美解析)

将属于同一相的p个线圈组串、并联成一相绕组，并标记首尾端
◎ 并联支路数a：一相绕组中并联支路的个数，即因各个线圈组 的感应电动势相等，可以采用串、并联方式将q个线圈组连接，形 成a条并联支路。 ◎ 单层绕组每相最大并联支路数 amax = p
a=1
A1 A
X1
A2
X2 X
a=2
26
④ 画出三相绕组：
每极磁通 1
2

Bm1l
1 f 2
导体感应电动势
Ec1 2.22 f1
44
2. 线圈电动势与短距系数
线圈电动势有效值
y1 π E y1 N c Ec1 2 sin( ) 2
将一对极下属于同一 相的某两个导体连接 ，构成一个线圈 将一对极下属于同一 相的q个线圈连接，构 成一个线圈组

A1
X1
A2
X2
24
线圈组：每相绕组中， 相邻的线圈串联在一起，称为一个线 圈组。一个线圈组中的线圈个数为每极每相槽数q。 线圈组 线圈组
A1
X1
A2
X2
线圈
25
④ 构成一相绕组：
A相绕组整体右移120°得B相绕组，整体右移240 °得C相绕组
27
总结：单层叠绕组构造方法和步骤
画槽电动势星形图
分极分相:
将总槽数按极数均匀分开，N、S极相邻分布 将每个极的槽数按三相均匀分开，三相在空间错开120°电角度
构成线圈和线圈组：
将一对极下属于同一相的某两个圈边连接，构成一个线圈 将一对极下属于同一相的q个线圈连接，构成一个线圈组
构成一相绕组：
将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端 根据并联支路数将线圈组串联、并联或串并联，均符合电势相加原则

同步电机的工作原理

同步电机的工作原理引言概述：同步电机是一种常见的电动机类型，其工作原理基于电磁感应和磁场的相互作用。

本文将详细介绍同步电机的工作原理，包括磁场产生、转子与磁场的同步、转矩产生、调速控制以及应用领域。

一、磁场产生1.1 永磁同步电机：通过永磁体产生恒定磁场，磁场的极性和分布规律决定了电机的性能。

1.2 感应同步电机：通过电磁铁产生磁场，电磁铁的电流和磁场的强度成正比，可以实现磁场的调节。

1.3 混合型同步电机：同时利用永磁体和电磁铁产生磁场，结合了永磁同步电机和感应同步电机的优点。

二、转子与磁场的同步2.1 同步速度：同步电机的转子速度与磁场的旋转速度完全一致，这是同步电机的特点之一。

2.2 极对数：同步电机的极对数与磁场的极对数相等，极对数决定了同步电机的转速。

2.3 同步损耗：同步电机在运行过程中，由于转子与磁场的同步性，会产生一定的同步损耗。

三、转矩产生3.1 磁场转矩：同步电机的转子与磁场之间的相互作用会产生转矩，使电机能够输出功率。

3.2 电流转矩：通过控制电机的电流大小和相位，可以调节电机的转矩。

3.3 磁阻转矩：同步电机的转子具有一定的磁阻特性，磁阻转矩是由转子磁阻产生的。

四、调速控制4.1 感应同步电机的调速：通过调节电磁铁的电流大小和频率，可以实现感应同步电机的调速控制。

4.2 永磁同步电机的调速：通过调节永磁体的磁场强度，可以实现永磁同步电机的调速控制。

4.3 变频调速：利用变频器控制电机的供电频率，可以实现同步电机的精确调速。

五、应用领域5.1 工业领域：同步电机广泛应用于工业生产中的电动机械设备，如风力发电机组、水泵、压缩机等。

5.2 交通运输领域：同步电机被用于电动车辆、列车牵引等交通运输工具中，具有高效、低噪音等优点。

5.3 家用电器领域：同步电机在家用电器中的应用越来越广泛，如洗衣机、空调、冰箱等。

结论：同步电机是一种重要的电动机类型，其工作原理基于磁场产生、转子与磁场的同步、转矩产生、调速控制等方面。

电力系统分析第四章


(4-69)
Efq = X ad uf Rf
转子绕组磁链方程
′ Xd − Xd eq2 X d − Xσ a X − Xσ a 1 ′′ eq = − d id + eq1 + eq2 kd kd (4-68) ′ Xq − Xq ′ ′ ed = ( X q − X q )iq + ed1 + ed2 X q − Xσa X q − Xσ a 1 ′′ ed = iq + ed1 + ed2 kq kq ′ ′ eq = −( X d − X d )id + eq1 +
′ &′ Td0 eq = Efq − eq1 ′ ( X d − X σ a )2 ′′ &′′ Td0 eq = − eq2 ′ ′′ kd ( X d − X d )( X d − X σ a ) ( X q − X σ a )2 ′′ &′′ Tq0 ed = − ed2 ′′ kq ( X q − X q )( X q − X σ a )

转子绕组磁链方程
′ ′ eq = −( X d − X d )id + eq1 ′ ′ ed = ( X q − X q )iq + ed1
eq1
4.5同步电机的简化数学模型 4.5同步电机的简化数学模型
4.5.2转子电压磁链方程简化模型
ed1 eq2
e 2. 两绕组（f、g）转子模型（又称作双轴模型）e′ − ( X X )ψ d2 两绕组（ 、 ）转子模型（又称作双轴模型） d aq g g ′′ ′′ 由式(4-66) 定义的次暂态电动势不存在，即认为 ed2 = eq2 = ed = eq = 0 ，于是

电力系统分析第四章(5)


Lgg
LQQ
Rg
ig
RQ
iQ
ud Ra u ＝ 0 q u0 0
0 Ra 0
& 0 −id ψ d ωψ q & 0 −iq + ψ q − −ωψ d Ra −i0 ψ 0 0 &
iD
LDD
Rc
Lgg
Lcc ic uc
ub ua
LQQ
Rg
ig
RQ
iQ
abc坐标系的同步电机方程 4.1 abc坐标系的同步电机方程
4.1.2 abc坐标系的同步电机方程
a
绕组磁链与电流的关系方程
d
ψ a Laa ψ M b ba ψ c M ca ψ f = M fa ψ D M Da ψ g M ga ψ M Q Qa
X aD 0 0 X fD XD 0 0
0 X ag 0 0 0 Xg X gQ
0 −id X aQ −iq 0 −i0 0 if 0 iD X gQ ig X Q iQ
ud = −ψ q − Ra id uq = ψ d − Ra iq
maD = wD ws λad
mag = wg ws λaq
maQ = wQ ws λaq
ud Ra u 0 q u0 0 uf = 0 0 0 0 0 0 0
0 Ra 0 0 0 0 0
0 0 Ra 0 0 0 0
U q = Eq − Ra I q − X d I d U d = − Ra I d + X q I q
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四章 同步电机
同步电机可以按运行方式和结构形式进行分类。
1）按运行方式和功率转换方式
发电机
机械能转换成电能
同步电机 电动机
电能转换为机械能
调相机 2）按结构形式
专门用来调节电网的无功功率，改 善电网的功率因数，在调相机内基 本上不转换有功功率。
同步电机
旋转电枢式 旋转磁极式
小容量同步电机中得到某些应用
电动势的频率: f pn 60
式中 p——电机的极对数； n——转速，单位为r/min； f——频率，单位为Hz。
极同步电机的构造原理图
电机的极对数、转速一定，电机发出的交流电动动势的频率一定
2) 作为同步电动机运行
则需要在定子绕组上施以三相交流电压，电机内部便产生一
个旋转磁场。
旋转转速n1
60 f p
上，整个转子是
悬
以一种悬吊状态
转动转动
式
除立式结构外的绝大多数的凸 极同步电机
低速、大容量的水轮发电机和 大型水泵用的同步电动机
推力轴承装在转子下
伞
边的机架上，整个转
子是以一种被托架着
式
的状态转动
悬式
1－推力轴承 2－导轴承
伞式
悬式
运转时机械稳定性 好
机组的轴向高度 大
伞式
差
一）定子
定子结构一般和隐 极同步电机相同。
按照磁极的形状又可分为隐极式和凸极式
凸极式 隐极式
气隙特性
不均匀，极 弧底下气隙 较小，极间 部气隙较大
均匀
转子形 状 圆柱形
结构 特性 结构 制造 简单
采用条件 nm1i≤n1500r/ （2p≥4） 转速较高
实例
水轮发电机，同步 电动机及由内燃机 拖动的同步发电机 和调相机
汽轮机
凸极式
旋转磁极式同步电 机
这时转子绕组加上直流励磁，则转子将在定子旋转磁场的带动
下，沿定子磁场的旋转方向以相同的转速旋转
转子的转速：n
n1
60 f p
1－定子 2－凸极转子 3－隐极转子 4－集电环
隐极式
以常见的旋转磁极式同步电机为例，说明同步电机的基本结 构 隐极同步电机都采用卧式结构，有定子和转子两大部分
一）定子 定子：由定子铁心、定 子绕组、机座、端盖、 挡风装置等部件组成。
定子铁心：由厚0.5mm 的硅钢片叠成，整个铁 心则固定于机座上。
当同步发电机带负载后，定子绕组构成闭合回路，产生定
子电流，该电流是三相对称电流，因而要在气隙中产生与与转 子旋转方向相同，转速大小相等的旋转磁场。此时定、转子间 旋转磁场相对静止，气隙中的磁场是定、转子旋转磁场的合成。 由于气隙中磁场的改变，定子绕组中感应电动势的大小也发生 变化。
发电机的物理过 程可用图示表示
磁极的极靴上 一般还装有阻 尼绕组。阻尼
阻尼绕组
阻尼绕组 磁极铁心
磁极钢板
绕组：由插入
极靴阻尼槽内 的裸铜条和端
励磁绕组
部铜环焊接而
T尾
成
磁极固定在磁轭上，磁轭常用整块钢板或铸钢做成
同步电机的额定值
1）额定容量SN（单位为kV·A）或额定功率PN（单位为kW） 指南输出功率的保证值。对发电机通过额定容量可确定额定 电流，通过PN数可以确定配套原动机的容量。电动机的额定 容量一般都用kW表示。调相机则用kV·A表示。
应用比较广泛，并成为同步电 机的基本结构形式
同步电机的基本结构
转子
C A
定子绕组
机械端口
B 电端口定子铁心 Nhomakorabea1、汽轮发电机结构
定子铁心
2、水轮发电机结构 (1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
3）水轮发电机结构转子结构 10000kW水轮机转子
4）现场运行的水轮发电机
旋转磁极式结构
大容量的水轮发电 机，由于定子直径 太大，通常把它分 成几瓣，分别制造 后，再运到电站拼 装成一整体。
小，厂房的高度 和造价低
采用条件
转速较高的电机 （150r/min以上）
转速较低的电机 （125r/min以下）
二）转子
凸极同步电机的转子主要由磁极、励磁绕组和转轴组成。
磁极：由厚1-15mm的钢板冲成磁极冲片，用铆钉装成一体 磁极上套装有励磁绕组 励磁绕组：由扁铜线绕成，各励磁绕组串联后接到集电环上
定子铁心的内圆槽内安 放定子绕组。
二）转子
转子由转子铁心、励磁绕组、护环、中心环、滑环及风扇等部 件组成
转子铁心的材料：既要求有良好的导磁性能，又需要有很高 的机械强度一般都采用整块的高机械强度和良好导磁性能的合 金钢锻成，与转轴锻成一个整体
沿转子铁心表面铣有槽以安放励磁绕组（见右图）。由图可 见在一个极距内约有1/3部分没有开槽，叫大齿。大齿的中 心实际上就是磁极中心。
U1
•
W2 •
V1
N
n •
S
U2
• V2
W1
旋转示意图1 旋转示意图2
3. 同步电机的运行方式
通常三相同步电机的定子是电枢，在定子铁心上开有槽，槽内 安置三相绕组（图中只画出了一相），转子上装有磁极和励磁 绕组。当励磁绕组通以直流电流后，转子即建立恒定磁场。
1) 作为发电机，当用原动机拖 动施转时，定子导体由于与此磁 场有相对运动而感生交流电动势，
1. 同步电机的物理模型
转子 q 轴
B轴 A
转子d 轴
Z
Y
1
B
C
X
A轴
C轴
图8-2 同步电机的物理模型
2. 同步电机的工作原理
现以同步发电机为例来说明同步电机的工作原理。当同步 发电机的转子在原动机的拖动下达到同步转速n0时，由于转子 绕组是由直流电流If 励磁，所以转子绕组在气隙中所建立的磁 场相对于定子来说是一个与转子旋转方向相同，转速大小相等 的旋转磁场。该磁场切割定子上开路的三相对称绕组，在三相 对称绕组中产生三相对称空载感应电动势E0 。若改变励磁电流 的大小则可相应地改变感应电动势的大小，此时同步发电机处 于空载运行。
2）额定电压UN（单位为V） 电机在额定运行时定子三相的 线电压
3）额定电流IN（单位为A） 电机在额定运行时定子的线电 流。
4）额定频率fN 我国标准工频为50Hz。 5）额定功率因数。
6）额定转速nN（单位为r/min）。 7）额定励磁电压UfN和额定励磁电流IfN。 8）额定温升。
同步电机的基本工作原理
励磁绕组：是由扁铜线绕成的同心式线 圈。由于隐极电机转束速很高，因此励 磁绕组在槽内需用不导磁高强度的硬铝 槽楔压紧。端部套上用高强度非磁性钢 锻成的护环。
隐极机的转速较高，所以转子的直径较
小而长度较长。
隐极发电机转子铁心
凸极同步电机的基本结构
凸极同步电机
卧式结构 立式结构
推力轴承装在转
子上边的上机架