第6章 同步电机

E E 0 E a d E a q E E E U I R a
Ead jIdXad Eaq jIqXaq E jIX
E 0 U IR a E a d E a q E
E 0 U I R a jI d X a d + jI q X a q + jI X
I=Id +Iq E 0U IR ajIdX d+ jIqX q
6.2 同步电机的运行原理
6.2.1 同步发电机的空载运行
空载运行时，电机内的 磁场仅由励磁电流建立， 分为主磁通和漏 磁通。
主磁通：与定、转子同时铰链的基波磁通 漏磁通：仅与励磁绕组铰链以及主磁通的谐波分量
E04.44fN kN 1 0
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同步发电机空载运行的时——空矢量图
时间矢量和空间矢量
6.2.4 凸极同步发电机的负载运行
1、凸极同步发电机电枢反应的特点
双反应理论：当电枢磁动势作用在交、直轴间的任 意位置时，可以将其分解为交轴分量和直轴分量， 分别求出交、直轴电枢反应，最后再把它们的效果 叠加起来。
Fad Fa sin Faq Fa cos
2、不考虑饱和凸极同步发电机负载运行
把时间矢量图和空间矢量图画在一起，如果各相时间矢量的时间 轴都取在各自的相轴线上，这样相电流矢量和三相合成磁动势基 波矢量就重合了。
6.2.2 同步发电机的电枢反应
当发电机带上负载运行，定子绕组中出现电流，该电流产生 旋转磁动势，影响励磁磁场，称之为电枢反应。
气隙磁场有励磁磁场和电枢磁场共同建立，并且两个 磁场均以同步速旋转，在空间上相对静止，在同步电 机中，无论是励磁磁场或电枢磁场都是指基波磁场
同步电机有旋转电枢式和旋转磁极式两种，主要以旋转 磁极式为主

6.3 三相同步电动机的调速
一、 他控式变频调速
独立的变频装置为电机 提供变频变压电源
1. f1＜ fN 时，要保持 U1 = 常数 f1 以隐极同步电动机为例，有下面的关系 U1 E0 TM = 3 Xs Ω E0 = 4.44 kw1 N1 f1Φ0∞ f1 Xs = Xa＋Xσ = 2π f1 (La＋Lσ) = 2π f1Ls ∞ f1 2π 60f1 2π f1 ∞ f 2π Ω= n= = p 1 60 p 60
功率角 θ 的物理意义 同步电动机的矩角特性类似于异步电动机的机械特性， 其中的功率角θ相当于异步电动机的转差率s。 同转差率一样，随着负载转矩的增加，功率角将有所增 加，由矩角特性可知，电磁转矩将相应的增加，最终电 磁转矩与负载转矩相平衡。但同步电动机仍保持同步速 运行。
同步电动机的过载能力 当 I1L = IN 时，满载。 当 I1L＞IN 时，过载。 不允许长期过载，允许短时过载。短时过载 时要求 TL＋T0＜TM 。 过载能力（当U1L = UN，If = IfN时）： TM αMT = T = 2 ~ 2.5 N TM 1 ※ 三相隐极同步电动机： = TN sinθN
6.3 三相同步电动机的调速
pkw1N1 U1 3 TM = Φ0 Ls f1 2√ 2 π 2. f1＞fN 时，要保持 U1 = UNP 不变 U1 则 U1＞UNP，这是不允许 若保持 = 常数， f1 的。因此，只有使 U1 = UNP ， f1 ↑ → TM ↓ 。 若要保持一定的过载能力，可以调节 If ，即 If ↑ TM 基本不变。 f1 ↑
直流无换向器 电动机示意图
位置检测器
优点： 不存在失步和振荡问题（与他控式相比，因自控式同步电动 机定子绕组的通电频率以及由此产生的定子旋转磁场受控于转 子转速）； 转子的惯量较小，快速性和可靠性高，调速范围较宽；（因 无机械式电刷与换向器，且具有直流电动机的性能）；

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一样，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 δsin2)X 1X 1(mU dq 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 D2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =ϕ，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 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 >>>>。

电动机的电流： 主要点：影响同步电动机电枢电流的因素。
同步电动机的内容不是重点，主要要求了解基本点。
一、转动原理与起动
转动原理：
由并联运行同步发电机的功角特性可知：当同步 发电机处于空载状态并联在电网时，若将原动机通过 离合器脱开，此时转子在机械阻转矩的作用下将减速， 电机的功角θ＜0 ，输出的有功功率为负值，即表示从 电网吸收有功功率。也就是说：同步发电机就变成了 同步电动机。
磁极式结构。根据转子形状的
不同，旋转磁极式又可分为凸
极式和隐极式两种，如图6.1所
示。凸极式多用于要求低转速
的场合，其转子粗而短，气隙
不均匀。隐极式多用于要求高 （a）凸极式 （b）隐极式
转速的场合，其转子细而长，
气隙均匀。
图6.1 同步电动机的结构示意图
2. 同步电动机的基本原理
1.恒速性当定子绕组中通入三相电流后，便产生了旋转磁场 ，其转速为n1。旋转磁场的磁极对转子的异性磁极产生较强的 吸力，吸住转子，使其按旋转磁场的转向并以同步转速而旋转 。在规定的负载范围内，同步电动机的转速为恒定值 。
1、同步电机结构
定子结构：
结构：由铁心和绕组组成，与异步电机定子基本 相同。—— 相同机座号时，若与异步机互换定子，则 仍然可以运行。
区别：主要是尺寸方面，同步电机通常容量较大， 而异步机的容量相对较小。因此，从表面上看同步机 机壳无散热片，异步机则有
接线：发电机定子绕组通常采用Y 形连接，减小 三次谐波影响。
第六章同步电机
精品
第一节 同步电动机
同步电动机是一种交流电动机， 它的主要特点是转子转速等
于同步转速， 即
n1
60 f1 p
同步发电机在电力工业中有着很广泛的应用：火力发电、 水力发电、 原子能发电等，几乎全部应用三相同步发电机 同步电动机虽然不像异步电动机那样应用广泛，但由于它 的功率因数可以调节，并且大多调节在容性状态下运行， 这样可以补偿采用异步电动机所需的感性电流，从而提高 电力网的功率因数。 同步电动机常用在中等功率(50kW)以 上，不需调速且转速要求恒定的生产机械中，如大型的空 压机、水压机等。