【正文】 速。 ? 勵磁繞組通入勵磁電流后，沿轉子圓周也會出現 N 極和 S 極。 ? 過激時，有超前的無功功率，如電容器 凸極式轉子 ? 凸極式轉子上有明顯凸出的成對磁極和勵磁線圈 ? 當勵磁線圈中通過直流勵磁電流后，每個磁極就出現一定的極性，相鄰磁極交替為 N 極和 S 極 ? 對水輪發(fā)電機來說，由于水輪機的轉速較低，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機的極數就比較多，做成凸極式結構工藝上較為簡單。 ppfn 300060 ??電動機原理 ? 將同步電機定子 — 繞組接至三相交流電源，頻率為 f的三相交流電流將在電機氣隙中產生轉速為同步轉速 n1的旋轉磁場。 60pnf ? 同步轉速 ? 同步轉速 從供電品質考慮，由眾多同步發(fā)電機并聯構成的交流電網的頻率應該是一個不變的值， 要求發(fā)電機的頻率應該和電網的頻率一致 。 ? 切割運動 ：原動機拖動轉子旋轉（給電機輸入機械能），極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉并順次切割定子各相繞組（相當于繞組的導體反向切割勵磁磁場）。這種同步電機的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組 ? 轉子 —— 轉子鐵心上裝有制成一定形狀的成對磁極，磁極上繞有勵磁繞組，通以直流電流 時，將會在電機的氣隙中形成極性相間的分布磁場，稱為勵磁磁場 (也稱主磁場、轉子磁場 )。 原動機拖動，則為同步發(fā)電機 當對稱的三相電流流過對稱的三相繞組時，合成磁勢為一旋轉磁勢 定子繞組磁勢產生的 氣隙圓形旋轉磁場 與轉子勵磁產生的磁場有相同的極對數，磁極相互吸引，驅動轉子旋轉 —— 同步電動機 一、同步電機的結構 同步電機的型式與構造 1. 基本構造型式 2. 汽輪機 3. 水輪機 基本構造型式 ? 組成：固定的定子和可旋轉的轉子 ? 分：磁極旋轉式和電樞旋轉式。 定子上嵌放有 對稱 三相繞組 ax、 by、 cz 設磁場在氣隙中按正弦分布 ? 設 轉子以恒定速度旋轉 ? 定子繞組中所匝鏈的磁通按正弦規(guī)律變化，其感應電勢按正弦規(guī)律變化。 ? 由于各相匝數相等，從而各相電勢的大小相等，由于各相繞組空間分布彼此相距 120176。 ? 磁極旋轉式 —— 以電樞為定子，磁極為轉子 。 ? 氣隙 —— 氣隙處于電樞內圓和轉子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對電機內部磁場的分布和同步電機的性能有重大影響。 ? 交變電勢的產生 ：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動，電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。我國電網的頻率為50Hz ，故有： ? 發(fā)電機的轉速必須為某些固定值 —— 同步轉速。 ? 在一定條件下旋轉磁場將吸住轉子磁極一起旋轉，它們 有相同的轉速和轉向 —— 無相對運動 ? 轉子轉速為同步轉速 n＝ 60f／ p ? 同步電動機的功率因數可以調節(jié)，在不要求調速的場合，應用大型同步電動機可以提高運行效率。中小型同步電機多半也做成凸極式。 ? 在大容量高轉速汽輪發(fā)電機中，轉子圓周線速度極高，最大可達 170米 /秒?；痣娬局衅啺l(fā)電機一般為兩極隱極式。 ? 轉子 —— 隱極式轉子，其 外形常做成一個細長的圓柱體 為了減少高速旋轉引起的離心力。 ? 集電環(huán) ：激磁繞組的兩個出線端，通過裝在勵磁機側的集電環(huán)經電刷與直流激磁電源接通。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風溝。有些發(fā)電機磁極的極靴上開有一些槽，槽內放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連在一起構成阻尼繞組，其作用是用來擬制短路電流和減弱電機振蕩，在電動機中作為起動繞組用。 ? 水輪發(fā)電機和低速同步電動機的每極每相槽數 q常不用整數，而用分數，例如采用 q=b+c/d。 位于各個極對下的每相導體的感應電勢便必須用幾何方法相加 。 同步電機銘牌 ? 電機型號 ? 額定容量 SN (VA,kVA,MVA等 ) 或額定功率 PN (W,kW,MW等 ) ：指電機 輸出功率 的保證值。 ? 額定頻率 ：額定運行時電機電樞輸出端電能的頻率，我國標準工業(yè)頻率規(guī)定為 50Hz。 前兩個字母表示汽輪發(fā)電機；第三個字母表示冷卻方式， Q表示氫外冷， N表示氫內冷， S表示雙水內冷。 外同步電動機系列有 TD、 TDL等， TD表示同步電動機，后面的字母指出其主要用途。 對勵磁系統的要求 ? 當電機內部發(fā)生短路故障時， 能快速 滅磁 和減磁，以減小故障的損壞程度。 交流勵磁機靜止整流勵磁 同一軸上有三臺交流發(fā)電機，即主發(fā)電機、交流主勵磁機和交流副勵磁機。 在大容量的同步發(fā)電機中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉整流器勵磁系統。 旋轉電樞式 三、同步電機的空載運行 1. 空載磁勢 2. 時空矢量 3. 空載電勢 4. 電壓波形畸變 空載與空載磁勢 ? 空載運行：原動機帶動發(fā)電機在同步轉速下運行，勵磁繞組通過適當的勵磁電流，電樞繞組不帶任何負載時。如無特殊說明，以后 僅考慮磁通密度的基波分量 fff FFk 1?波形系數 凸極同步電機的空載磁勢 ?勵磁繞組為集中繞組，磁勢波為 矩形波 ? 對于凸極發(fā)電機來說，由于定轉子間的 氣隙沿整個電樞圓周分布不均勻 ，極面下氣隙較小，磁阻較小；極間氣隙較大，極間磁阻很大。 2sin4 ????fk? 感應電勢的波形和大小與氣隙磁密的分布形狀及幅值大小緊密相關。 影響 ：危害用電設備（瞬時電壓值可大大超過額定電壓），導致線路附加損耗，高頻輻射影響通訊。 ★ 兩個旋轉磁勢的轉速均為同步速，且轉向一致，二者在空間處于相對靜止狀態(tài)，矢量合成為一個合成磁勢 。 ? ψ＝ 0， cosψ＝ 1， sinψ＝ 0， 不發(fā)出無功功率 。 直軸電樞反應 ?轉子磁勢和電樞磁勢均作用在直軸上，方向相反，電樞反應為純去磁作用，合成磁勢的幅值減小 —— 直軸去磁電樞反應 。 交軸電樞反應 Fa超前于 Ff1電動機 ?轉子磁勢作用在直軸上，電樞磁勢作用在交軸上，電樞反應使合成磁勢的軸線位置產生一定的偏移，幅值發(fā)生一定的變化。 ?為保持電壓不變，應減少勵磁，即為 欠激狀態(tài)，將 輸出電容性無功功率 ?為任意角度時的電樞反應 ? 將電樞磁勢分解為直軸和交軸兩個分量。 電樞反應分析 ?同步發(fā)電機運行情況：（ 90o， 90o） ?同步電動機運行情況：（ 90o， 270o） 電樞反應是實現能量轉換的關鍵 ? 同步電機空載運行時，定子繞組開路，沒有負載電流： 不存在電樞反應，不存在由轉子到定子的能量傳遞 。 五、不計飽和分析隱極同步發(fā)電機 ? 當不考慮磁路飽和現象時，可以應用疊加原理：假設轉子磁場與電樞磁場分別在定子繞組中感應電勢。 隱極電機電樞反應電抗 xa ? 當三相對稱電樞電流流過電樞繞組時，將產生旋轉的電樞磁勢 ，在電機內部產生跨過氣隙的電樞反應磁通 和不通過氣隙的漏磁通 ，分別在電樞各相繞組中感應出電樞反應電勢 和漏磁電勢 。根據方程式求得勵磁電勢 ?步驟 1：在水平方向作出相量 U ?步驟 2：根據 ?角作 I 的方向并作出相量 ?步驟 3：在 U 的尾端加上 Ira 和 相量 jIx0 ，它超前于 I 90176。 ? 電樞磁勢折算為等效的轉子磁勢，并與原轉子磁勢合成為等效的氣隙合成磁勢。隱極機氣隙磁場簡單計算 ）對應的（即利用空載特性求得有效轉子磁勢，得：同乘以氣隙基波磁勢039。39。 六、不計飽和凸極電機的分析 ? 凸極同步機的氣隙不均勻 ． 在極面下的磁導大 ， 兩極之間的磁導小 。 ? 求出在每相定子繞組中直軸電樞反應電勢 Ead和交軸電樞反應電勢 Eaq。必須先合成磁勢，利用磁化曲線，確定產生合成的磁場及其合成感應電勢。 ? 假設：不考慮交、直軸磁場間的相互影響（主要是對磁路飽和程度的影響） ? 交、直軸電樞反應磁場波形不同，分別進行折算。aqqaq FkkFkk ??????039。1比較多個折算的異同 ? 變壓器 ：用假想的繞組代替變壓器一側繞組，使成為k=1的變壓器，折算原則 —— 保持內部電磁平衡關系 ? 異步電機 ：繞組折算同變壓器，將轉子繞組的電壓、電流和阻抗進行折算；頻率折算是將旋轉的轉子等效為靜止的轉子，與定子繞組有相同的頻率。 可以由上兩題體會汽輪發(fā)電機與水輪發(fā)電機的參數差異 。 aback ??空載特性的實驗測定 ? 調節(jié)可變電阻，使激磁電流逐步上升，每次記下 If和 E0的讀數。 ? ③發(fā)電廠通過測取空載特性來判斷三相繞組的對稱性以及勵磁系統的故障。 短路特性曲線 ? 去磁作用減少了電機中的磁通，磁路處于不飽和狀態(tài) ? 電樞磁勢 Fa正比于電樞電流 I=Ik ? 短路特性是一直線 kIEF ????? ka IF ?kaff IFFFI ????????1Ik If 0 U=0 穩(wěn)態(tài)短路時，電樞反應為純去磁作用，電機的磁通和感應電勢較小， 短路電流不大，三相 穩(wěn)態(tài)短路 運行沒有危險 短路特性的測定 —— 短路試驗 ? 先將三相電樞繞組在出線端處短接，再起動原動機將發(fā)電機帶到同步轉速，通入不同數值的激磁電流 If，讀取每次相應的短路電流 Ik，即得同步發(fā)電機的短路特性。0*039。 2. 轉差率試驗，測定 xd、 xq ? 同步電機由原動機帶動，轉速接近于同步轉速，轉子激磁繞組開路（不加激磁），在定子端子上外施 — 對稱三相電壓。