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《同步电机》PPT课件

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永磁同步电机工作原理 ppt课件

永磁同步电机工作原理 ppt课件


PMSM电机的FOC控制策略
4、坐标变换
（1）Clarke（3s/2s）变换
B

N 3iB
N 2 i
60
N3 ：三相绕组每相绕组匝数 N 2 ：两相绕组每相绕组匝数

A
60

O N 2 i
各相磁动势为有效匝数与电流 的乘积，其相关空间矢量均位 于有关相的坐标轴上。
C
N 3iC
PMSM电机的FOC控制策略
VFVFVF 1 2 3、VFVFVF 2 3 4、VFVFVF 3 4 5、VFVFVF 4 5 6、VFVFVF 5 6 1、VFVFVF 6 1 2、VFVFVF 1 2 3 ...
U1
H1 H2 H3
译 码 电 路
VF1
VF3
VF5
A B
C
VF4
VF6
VF2
Y联结三三通电方式的控制原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
vab
0
Vd

1 Vd 3
2

t
van
0
2 Vd 3
M
t
Y联结三三通电方式相电压和线电压波形
Tc 1 2导通时合成转矩 a) VF6VFVF 2
b) VFVF VF 导通是合成转矩
1 2 3
c)三三通电时合成转矩
Tb Ta 2 To 2 Ta Tb T Tc 2 T c b
Ta To Tc

转子
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作
为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。
PMSM和BLDC电机的结构

PMSM按转子永磁体的结构可分为两种
永磁同步电机工作原理 ppt课件

永磁同步电机工作原理 ppt课件

U1
H1 H2 H3
译 码 电 路
VF1
VF3
VF5
A B
C
VF4
VF6
VF2
全控桥两两通电电路原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
将三只霍尔集成电路 按相位差120度安装， 产生波形如图所示。
a)
H1
0
t
H20
H3 0

2
3
4
t t
VF1、VF2
导通时合成转矩
Tac
Ta Tc a) Tbc

转子
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作
为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。
PMSM和BLDC电机的结构

PMSM按转子永磁体的结构可分为两种
（1）表面贴装式（SM-PMSM）
直交轴电感Ld和Lq相同 气隙较大，弱磁能力小， 扩速能力受到限制
r
3 电磁转矩： Te n p s is 2
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在 以表达如下： 标系中的数学模型可

定子电流： s s j s
3 Te n p s is 电磁转矩： s is 2
is is jis
g g
B
⊕
b
r
⊕C
⊙
X
PMSM和BLDC电机的结构

实物结构图
转子磁铁
定子绕组
霍尔传感器
PMSM和BLDC电机的结构

定子
定子绕组一般制成多相（三、四、五相不
等），通常为三相绕组。三相绕组沿定子
铁心对称分布，在空间互差120度电角度， 通入三相交流电时，产生旋转磁场。
同步电动机与同步补偿机ppt课件

同步电动机与同步补偿机ppt课件

发电机惯例： 0
P emE X 0U d sinm U 22X 1qX 1dsi2n 0吸收电功率 T e P e s m E s 0 X U dsi n m 2 U 2 s X 1 qX 1 d si2n 0制动
电动机惯例：M
P emE X 0U dsin Mm U 22 X 1qX 1d si2n M0吸收电功
从电网吸收滞后 的无功功率(欠励) 向电网发出超前 的无功功率(欠励) 从电网吸收超前 的无功功率(过励) 向电网发出滞后 的无功功率(过励)
超前与滞后的无功功率
过励
Q>0(滞后) Q<0(超前)
无穷大 电网
欠励
Q<0(超前) Q>0(滞后)
同步电动机的起动问题
同步电动机没有自起动
转距。定子通入三相对称
•
I 'M
•
j I"M Xs
"M
I"M
过励磁：φM<0，cosφM超前，Q<0(容性)
•
欠励磁：φM>0，cosφM滞后，Q>0(感性)
E "0
同步电动机的V形曲线
结论：
IM
调节励磁电流，就 可以调节同步电动
机的无功电流和功 率因数；
当同步电动机工作 在过励状态时，向
电网吸收超前无功， 可改善电网的功率 O 因数。
，
定子合成磁场
0
δ
S
N •S
N•
S
N
电动机 ：E 0 滞后于 U ， 0
N0 ns T1
S0 Te
主磁极补偿机：
•
•
E
n0TsN1与0 主U磁• 同极相ST0e=位0 ，T2
第十三章-同步电机的基本原理PPT课件

第十三章-同步电机的基本原理PPT课件


E a滞后 a9于 0 0 E a滞后 I9于 0 0
E a 可写成负电抗压降的形式：
Ea jIxa
x a 是对应电枢反应磁通的电抗，
称为电枢反应电抗。
x a 是一相的电抗值，在物理
意义上它综合反应了三相对称电流
产生的电枢反应磁场 B对a 于一相的
影响。
x a 的计算推导如下： 247页
Fa
1.35N1Kdp1 p
是线性叠加的关系。
F
可见：在饱和时：F E0E0 不饱和时： F E0E0
不考虑饱和时磁动势叠加、磁通叠加
转子磁极磁场 I f Ff 1 0 E0
电枢系统电流 I Fa
F
a Ea
E
合成气隙磁动势： F E
1、负载时不考虑饱和磁动势叠加
合成气隙磁动势： F Ff Fa
磁通叠加：
0a
2、电动势叠加
注意：电路中还存在同步电抗
xC
R
E 0
I
00 900 RL
1）三相对称电阻负载
00 900 F Ff1
F
F f 1
电枢反应为去磁
E 0
Fa
I
2）三相对称纯电容性负载；
xC
R
E 0
I
x xc x
2）三相对称纯电容性负载；
E 0
x xc
F
F f 1 Fa I
900
Fa 为直轴助磁磁动势
能从电流、电动势、磁动势等时间矢量间 的相位关系，直接求得电枢磁动势和励磁磁 动势等空间矢量间的相位关系。
由此可见，时—空矢量图是分析交流电机 的一个重要工具，必须很好地掌握。
例题：在下列情况下电枢反应是助磁还是去磁？
电机学课件同步电机1ppt课件

电机学课件同步电机1ppt课件


额定运行时加在
在额定运行状
三相定子绕组上
态下三相定子
的线电压。
绕组的线电流.
对同步发电机额定值之间关系为：
额定功率因数 额额额额定定定定励转效频磁速率率电流nfNNN
额定励磁电压
P NS N coN s3U N IN coNs
cos N
I fN U fN
第三篇 同步电机
第十章 同步发电机的运行原理
代入
E ad jId X ad E aq jIq X aq E jIX
IId Iq
得到凸极发电机的电动势方程
E 0 U I r a jI d x d jI q x q
注意：方程式中的电压、电动势和电流均为相值。
第三篇 同步电机
凸极同步发电机的相量图作图步骤 (1)根据已知条U 件 和I绘 ; 出 (2)根 E O 据 NU I rajI x q作 E O 出 及 N E ON
1.有功电流产生电磁力,形成电磁转矩
当发电机带有功负载(阻性负载)时,可以近似认为
0
即，电枢绕组流过有功电流时,产生交轴电 枢反应磁场。励磁绕组载流体在该磁场作用 产生电磁力，并形成制动性质的电磁转矩。
输出的有功功率越大，有功分量电流就越 大，交轴电枢反应越强，电磁转矩越大，为 了保持电机的转速不变，要求原动机输入更 大的驱动转矩——调节有功功率。
Fa
N
S
X
ZB
C轴
第三篇 同步电机
此种情况下,
I I d I q
E 0
I d Isin ψ ---直轴分量 Id与 E 0成 900
Iq
I q Icos ψ ---交轴分量Iq与E0同相位
I
F a F ad F aq
同步电机5.ppt

同步电机5.ppt

从以上分析可看出，只要改变异步电动机的转子结
构，并在绕组中通入直流电流，这样交流电动机就成了同
步电动机。
同步电机的三种运行状态：
发电机
空载
电动机
二、同步电机的基本结构
与异步电动机一样，同步电机也是由定子及转子两
大部分所组成。定子结构与异步电动机相同，转子上则有 励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。
大型汽轮发电机转子加工（隐极）
大型水轮发电机转子安装（凸极）
三、电动势平衡方程及相量图
从同步电动机工作原理可看出，在气隙中有Fa和Ff两个旋转的 磁动势，这两个磁动势随转子一起旋转，在稳态时与转子绕组没有 耦合作用，所以电动势的平衡关系只存在于定子绕组中。
E a j Ia X a
E j Ia X
第六章 同步电机
在现代电力系统中，几乎所有的电能是由同步发电机 生产的；同步电动机应用于大型生产机械的拖动系统中， 随着电力电子技术和计算机控制技术的不断发展，变频调 速在同步电动机的调速系统中的实现，使同步电动机的应 用场合大为扩大；同步补偿机则是空载运行的同步电动机， 用以改善电网的功率因数。
同步电机的分类
考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴 电枢反应分别来处理的方法，称为双反应理论。
凸极同步电机的气隙是不均匀 的，极面下气隙较小，两极之间气 隙较大，故直轴下单位面积的气隙 磁导要比交轴下单位面积的气隙磁 导大很多，所以交、直轴两个方向 磁场大小不一样。
一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值相对较大。为了便
其中Xa称为电枢反应电抗。在同样大小电流情况下,如果Xa越大， 电枢反应电势也越大，因此Xa的大小可以说明电枢反应的强弱。Xσ 称为定子漏电抗。
Ea E ( jIa X a jIa X )
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精选ppt
10
5、饱和系数： 饱和电机中E0一定时，气隙线
上的横坐标为气隙磁动势空载特性上的横坐标
为为励磁磁动势
饱和系数k=励磁磁动势/气隙磁动势=ac/ab= E0/UN
三、空载运行时空矢量图（见图6-7）
1、凸极机中： d轴-----直轴，转子磁极轴线
q轴-----交轴，N、S之间的中心线，与d轴垂直。
空载运行：原动机带动发电机在同步转速下运行,励磁（转子）绕组通过适 当的励磁电流,电枢（定子）绕组不带任何负载（开路）时的运行情况，称 为空载运行。
空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势Ff（励 磁磁势）单独建立，称励磁磁场。又经气隙与定子交链的磁通。为一以同步转 速旋转的旋转磁场，磁密波形沿气隙圆周近似作正弦分布，其基波分量的 每极磁通用0表示， 0参与电机的机电能量转换。
E0
3、 E0 = f(Ff)：改变If，可改变0 及E0，由此得空载特性曲线如图66。 空载特性与电机磁路的磁化曲线 具有类似的变化规律。
☆励磁电流较小时，由于磁通 较小，电机磁路没有饱和，空载特 性呈直线（将其延长后的射线称气 隙线）。
精选ppt 图6-6 空载特性曲线 9
随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，磁化曲线开始进入饱和段。为合理 利用材料，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处，如图中的c点。
2、时空矢量图（取定子绕组的时间参考轴即时轴与相轴重合）
Ff中的基波分量Ff1 (空间矢量）与由它产生的Bf1 (空间矢量）
☆空载特性可以通过计算或试验得到。试验测定的方法与直流发电机 类似。同步电机的空载特性也常用标么值表示，空载电势以额定电压为基 值，此时的励磁电流 (称为额定励磁电流)为励磁电流的基值。用标么值表 示的空载特性具有典型性，不论电机容量的大小，电压的高低，其空载特 性彼此非常接近。
4、空载特性在同步发电机理论中有着重要作用：① 根据设计好的电机的 空载特性，可判断该电机的磁路是否过于饱和或者材料是否充分利用。② 空载特性结合短路特性(在后面介绍 )可以求取同步电机的参数。③发电厂 通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。
3、汽轮发电机 （如图6-2）
主要结构部件有：定子、转 子、端盖和轴承。
定子
定子大体上与异步电机相同， 定子铁心由0.35mm,0.5mm或 其它厚度的电工钢片叠成。
精选ppt
4
图6-2 汽轮发电机
三、凸极同步电机（卧式、立式支撑）
1支撑：卧式、立式支撑。立式水轮发电机据推力轴承的不同安放位置又分： 悬式（推力轴承在转子上部）、伞式。
第 6 章 同步电机
§6.1 同步电机的基本工作原理与结构 §6.2 同步发电机的空载运行 §6.3 同步发电机的电枢反应 §6.4 同步发电机的负载运行 §6.5 同步发电机的并联运行 §6.6 同步发电机和同步调相机
精选ppt
1
§6.1同步电机的基本工作原理与结构
交流电机分：同步电机----n=ns(ns为同步转速）
异步电机----nns
一、同步电机分类：
同步电机
旋转电枢式：电枢旋转，主极固定，因电枢功率 不易由滑动部分送出，只适于较小容量发电机， 实用少。
旋转磁极式：磁极旋转，电枢固定，电枢功率由 静止部分送出，可传送较大功率，实用广，是同 步发电机的基本结构型式。
精选ppt
2
隐极式转子：不计齿槽时气隙均匀；机械强度高，适用于高转 速；一般用于汽轮发电机；外形细长。
2、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。
3、定子：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。
4、转子：水轮发电机由于水轮机的转速较低，要发出工频电能，发电机 的极数就比较多，做成凸极式转子结构工艺上较为简单。凸极式转子上 有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，如图6-4所示。
图6-4 凸极式转子
精选ppt
6
同步电机的运行原理
一、同步发电机工作原理
参考同步电机结构模型图6-5
1、定子上：三相绕组，空间互 差1200电角度，匝数相等
转子上：If,由转子N极出 来气隙定子铁心气隙转 子S极
原动机n逆时针恒速旋转定子 上导体切割磁力线产生e
图6-5
精选ppt
7
6.2 同步发电机的空载运行
图6-1 隐极式转子
精选ppt
3
2、隐极式转子特点：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。 转子长度/直 径=2.5~6.5，且容量愈大比值愈大。
转子铁心：由厚度为1～3mm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 来抑制短路电流和减弱
精选ppt
5
电机振荡，在电动机中 作为起动绕组用。
励磁绕组：励磁线圈中 通过直流励磁电流后， 每个磁极就出现一定的 极性，相邻磁极交替为 N 极和 S 极。
2、漏磁通1 ：除0外的所有谐波成分，及励磁磁场中仅与转子励磁绕组 交链而不与定子交链的磁通。1不参与电机的机电能量转换。
精选ppt
8
二、空载特性E0 = f(If)或E0 = f(Ff) ： 1、空载运行时, 励磁电势随励磁电流变化的关系 称为同步发电机的空载特性。 2、转子同步速为n1，三相基波电势有效值为E0=4.44fNkN10
旋转磁极式 凸极式转子：气隙不均匀，极弧下较小，极间较大；机械强度
比隐极机低，适用于低转速；一般用于水轮发电机，外形扁盘 形。
二、隐极同步电机 （只有卧式支撑）
1、隐极式转子结构： 隐极式转子上 没有凸出的磁极，如图6-1所示。沿 着转子本体圆周表面上，开有许多 槽，槽中嵌放励磁绕组。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。