【正文】 稱性。 ? 電樞繞組三相對稱交變電勢。 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng) School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 三、同步電機的基本工作原理 ? 勵磁繞組建立起主磁場 。交流主勵磁機的勵磁電流由同軸的交流副勵磁機經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。 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(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)。 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。 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 交流勵磁機靜止整流勵磁 副勵磁機的勵磁電流開始時由外部直流電源提供，待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵 (有時采用永磁發(fā)電機 )。 其他：反映迅速，運行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，損耗小，成本低，體積小等 對勵磁系統(tǒng)的要求 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 勵磁方式 它勵 由另外電源供電 —— 直流發(fā)電機，帶整流的交流發(fā)電機 運動方式 —— 同軸，獨立工作 自勵 自并勵，自復勵，諧波繞組勵 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 直流勵磁機勵磁 直流勵磁機通常與同步發(fā)電機同軸，采用并勵或者他勵接法，或采用負載電流反饋的復式勵磁。 當電機內(nèi)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。 61 同步電機結(jié)構(gòu)和工作原理 旋轉(zhuǎn)電樞式 —— 電樞裝設(shè)在轉(zhuǎn)子上，主磁極裝設(shè)在定子上 旋轉(zhuǎn)磁極式 —— 主磁極裝設(shè)在轉(zhuǎn)子上，電樞裝設(shè)在定子上 凸極式同步電機 隱極式同步電機 一、同步電機結(jié)構(gòu)： 按磁極的安裝位置分類： School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 定子鐵心內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組。 運行方式：發(fā)電機，電動機，調(diào)相機。School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 第六章 同步電機的穩(wěn)態(tài)分析 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University pfnn 1160??同步電機也是一種常用的交流電機。其特點： 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率 f之間具有固定不變的關(guān)系 ，即 若電網(wǎng)的頻率不變， 同步電機的轉(zhuǎn)速恒為常值而與負載的大小無關(guān)。 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 167。 轉(zhuǎn)子鐵心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 處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對電機內(nèi)部磁場的分布和同步電機的性能有重大影響 同步電機結(jié)構(gòu) School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 凸極式同步電機 隱極式同步電機 同步電機結(jié)構(gòu) School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 汽輪發(fā)電機組 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 水輪發(fā)電機組 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 同步電機結(jié)構(gòu) School of Electrical and Engineering , Jiangsu University School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 水輪發(fā)電機分瓣定子 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 二、勵磁形式 概念 勵磁方式 —— 同步電機獲取 直流 勵磁電流的方式 勵磁系統(tǒng) —— 供結(jié)勵磁電流的整個系統(tǒng)，包括裝置和線路 勵磁機 勵磁調(diào)節(jié)器（手動、自動） 滅磁裝置 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 正常運行時，供給勵磁電流 為維持端電壓或電網(wǎng)電壓值，隨負載情況變化， 勵磁 電流能相應(yīng) 調(diào)節(jié) 當系統(tǒng)電壓嚴重下降時（如發(fā)生短路故障等），能 強行勵磁提高電勢，保持電壓穩(wěn)定 突然丟負荷時，如水輪機組轉(zhuǎn)速明顯升高，能 強行減磁 ，限制端電壓過度增高。 對兩臺以上并列運行發(fā)電機，能 成組 調(diào)節(jié)無功功率 ，使無功合理分配。 采用他勵接法時，勵磁機的勵磁電流由另一臺被稱為副勵磁機的同軸的直流發(fā)電機供給。 副勵磁機的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵磁機 主勵磁機的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機的勵磁繞組。 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵磁繞組，對于大容量的同步發(fā)電機，其勵磁電流達到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴重過熱。 主勵磁機是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機， 旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組 。由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置 —— 無刷勵磁系統(tǒng) 。 ? 原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) , 勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組 。通過引出線，輸出交流電 。 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 四、同步電機銘牌 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 同步電機銘牌 我國生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機有 QFQ、 QFN、 QFS等系列。 水輪發(fā)電機系列： TS系列， T表示同步， S表示水輪。TSS1264/16048表示雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機，定子外徑為 1264厘米，鐵心長為 160厘米，極數(shù)為 48。如 TDG表示高速同步電動機； TDL表示立式同步電動機。 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 額定容量 SN（額定功率 PN） ：額定運行時電機輸出的功率； 額定電壓 UN：額定運行時定子三相線電壓； 額定電流 IN：額定運行時定子三相線電流； 額定功率因數(shù) ：額定運行時電機的額定功率； 額定頻率 ；額定運行時的頻率； 額定轉(zhuǎn)速 ：同步電機的同步轉(zhuǎn)速； 3 c o sN N N NP U I ??額定值間的相互關(guān)系： 額定值 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 167。 空載運行是同步發(fā)電機最簡單的運行方式，其氣隙磁場由轉(zhuǎn)子磁勢單獨建立。 一、空載運行 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University （ 1）隱極同步電機的空載磁勢 勵磁繞組埋于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)， 沿轉(zhuǎn)子圓周 氣隙近似均勻 。 用諧波分析法可求出其基波分量 合理地選擇大齒的寬度可以使氣隙磁密的分布接近正弦波。同一個極面下，氣隙徑向磁通密度的分布近似于平頂?shù)拿毙巍? 氣隙磁密用付立葉諧波分析分解出空間基波和 一系列諧波 。 在設(shè)計和制造電機時，應(yīng)采取適當?shù)拇胧垣@得盡可能 接近正弦分布 的氣隙磁密，從而得到較高品質(zhì)的感應(yīng)電勢。 0?0E?0? 1fB?2 同步電機中的時空量 ?將相繞組軸線作為空間矢量參考軸（相軸） ?令時間相量參考軸（時軸）與空間矢量參考軸重合 ?時間相量 —— 繞組的感應(yīng)電勢、電壓和電流，匝鏈的磁通 空間矢量 —— 磁勢和磁通密度（ 隨時間變化 ） ? 勵磁磁勢的基波 Ff1和由它產(chǎn)生的氣隙磁密波 Bf1為空間分布波， 兩者同相位，其正波幅處于轉(zhuǎn)子直軸正方向， 且與轉(zhuǎn)子一起以同步速旋轉(zhuǎn)； ? 當 Bf1波的波幅來到某相軸左側(cè) 900時， Bf1波與該相繞組交鏈的磁通量的瞬時值正好為零， 這時 ?0 在該軸線左側(cè) 900。 ★當電樞繞組接上三相對稱負載后，電樞繞組中流過三相對稱的交流電流 ，將形成一個以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢 —— 電樞磁勢 Fa—— 電樞旋轉(zhuǎn)磁勢 (稱為 電氣旋轉(zhuǎn)磁勢 ）。 ★ 氣隙磁場 —— 由合成磁勢 在電機的氣隙中建立起來的磁場。 —— 電樞反應(yīng) School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 同步電機的電樞反應(yīng) afffFIUFIU?????????? BF?? ?同步電機的磁場建立： 負載時， 電樞磁動勢的基波對主磁極基波磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。 假定：磁路不飽和，隱極式轉(zhuǎn)子。 影響電樞反應(yīng)的有關(guān)量 ： ? 主磁路的飽和程度； 、 之間的相位關(guān)系； ? 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式； fa FF?? 影響電樞反應(yīng)的量 School of Electrical and Engineering , Jiangsu University ψ=0時的電樞反應(yīng)分析 輸出電流 和空載電勢同相，有功功率從電機輸至電網(wǎng) —— 發(fā)電機狀態(tài) 。 轉(zhuǎn)子磁勢在直軸上，電樞磁勢作用在交軸上，電樞反應(yīng)的結(jié)果使得合成磁勢的軸線位置產(chǎn)生一定的偏移，幅值發(fā)生一定的變化。 ， cosψ＝ 0， sinψ＝ 1，有功功率等于零，僅 發(fā)出電感性無功功率 。 為保持電壓不變，應(yīng)增大勵磁，即為 過激狀態(tài)，將 輸出電感性無功功率 直軸電樞反應(yīng) d 軸q 軸1fF aFF?0? ??? I0EaEE?1n School of Electrical and Engineering , Jiangsu University ψ=π 時的電樞反應(yīng)分析 I與 E0反相。 sinψ＝ 0， 不發(fā)出無功功率 。 交軸電樞反應(yīng) Fa超前于 Ff1電動機 d 軸q 軸1fFaFF?0?a??? I0EaEE?1n School of Electrical and Engineering , Jiangsu University ψ=π/2 時的電樞反應(yīng)分析 輸出電流超前空載電勢 90176。 轉(zhuǎn)子磁勢和電樞磁勢均作用在直軸上，方向一致，合成磁勢的幅值加大，電樞反應(yīng)為純增磁作用 ——直軸 助磁 電樞反應(yīng) 。 d 軸q 軸1fF aF0?I0E1nadFaqFdqIsinc o sa d qdqI I IIIII??????111111NaNa d dNa q qNkFIpNkFIpNkFIp???s inc o sa a d a qa d aa q aF F FFFFF?????? School of Electrical and Engineering , Jiangsu University 電樞反應(yīng)的總結(jié) 交軸的電樞反應(yīng)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩， 實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換； 直軸電樞反應(yīng)對氣隙磁場起助磁或去磁的作用， 不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩； 電樞磁動勢和勵磁磁動勢間的夾角會隨著電機的運行情況改變。 交軸分量 Faq滯后于 Ff1為發(fā)電機運行，超前于 Ff1為電動機運行，分別對應(yīng)于輸出和輸入有功功率。當直軸電樞磁勢起磁化作用時，接在電網(wǎng)上的同步電機處于欠激狀態(tài)。 當同步發(fā)電機帶有負載時，就產(chǎn)生了 電樞反應(yīng) 。 實現(xiàn)能量的傳遞 （ a)：電樞反應(yīng)交軸作用，電磁力與旋轉(zhuǎn)方向相反，為了維持發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不變，必須隨著有功負載的變化調(diào)節(jié)原動機的輸入功率 （ b）（ c）：電樞反應(yīng)直軸作用， b為去磁， c為助磁，為保持發(fā)電機的端電壓不變，必須隨著無功負載的變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的激磁電流。 63 隱極同步發(fā)電機的負載運行 ? 不計磁路飽和， 磁路線性， 把主極磁勢