电机及拖动第四版第6章同步电机及同步电动机的电力拖动课件.ppt
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- 电机 拖动 第四 同步电机 同步电动机 电力 课件
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1、第章 同步电机及同步电动机的电力拖动高 等 教 育 出 版 社高等教育电子音像出版社电机及拖动(第电机及拖动(第4版)版)电子教案电子教案第章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.1 6.1 同步电机的基本工作原理与结构同步电机的基本工作原理与结构6.2 6.2 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行6.36.3同步发电机的电枢反应与机电能量转换同步发电机的电枢反应与机电能量转换6.4 6.4 同步发电机的负载运行同步发电机的负载运行6.56.5同步发电机的并联运行同步发电机的并联运行6.66.6同步电动机和同步调相机同步电动机和同步调相机思考题与习题思考题与习题 同步电机是交流旋转电机的一种
2、同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速因其转速恒等于同步速机时得名。同步电机主要用作发电机,也可用作电动机和调相机时得名。同步电机主要用作发电机,也可用作电动机和调相机。本章主要分析同步发电机的稳态运行原理和运行特性,简机。本章主要分析同步发电机的稳态运行原理和运行特性,简要分析同步电动机和调相机的运行状态。要分析同步电动机和调相机的运行状态。6.76.7同步电动机的同步电动机的电力拖动电力拖动第章 同步电机及同步电动机的电力拖动基本要求:基本要求:1.1.掌握同步电机的基本工作原理,了解凸极机和隐极机的基本掌握同步电机的基本工作原理,了解凸极机和隐极机的基本结构特点并熟悉同步电机
3、的额定值;结构特点并熟悉同步电机的额定值;2.2.掌握对称负载运行时的电枢反应和机掌握对称负载运行时的电枢反应和机电能量转换关系;电能量转换关系;3.3.了解同步电机中各种电抗的物理意义及大小关系;了解同步电机中各种电抗的物理意义及大小关系;4.4.了解同步电机的电动势方程式、相量图和等效电路;了解同步电机的电动势方程式、相量图和等效电路;5.5.掌握三相同步发电机的功率、转矩和运行特性;掌握三相同步发电机的功率、转矩和运行特性;6.6.掌握三相同步发电机的并联运行的条件与方法,有功功角特掌握三相同步发电机的并联运行的条件与方法,有功功角特性及有功功率的调节,无功功率的调节及性及有功功率的调节
4、,无功功率的调节及V V形曲线;形曲线;7.7.掌握三相同步电动机的功角特性、矩角特性与掌握三相同步电动机的功角特性、矩角特性与V V形曲线;形曲线;8.8.对同步调相机作一般了解;对同步调相机作一般了解;9.9.了解同步电动机的起动、调速。了解同步电动机的起动、调速。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.1.1同步电机的基本工作原理与结构同步电机的基本工作原理与结构 Basic operating principle and structure Basic operating principle and structure of synchronous generatorof synchro
5、nous generator教学内容:教学内容:6.1.1 6.1.1 同步电机的基本工作原理和分类同步电机的基本工作原理和分类6.1.2 6.1.2 同步电机的基本结构同步电机的基本结构6.1.3 6.1.3 同步电机的额定值及励磁方式同步电机的额定值及励磁方式教学目的与要求:教学目的与要求:1 1 掌握同步发电机的基本工作原理和分类掌握同步发电机的基本工作原理和分类2 2 了解同步电机的主要结构了解同步电机的主要结构3 3 掌握同步电机的额定值掌握同步电机的额定值,了解励磁方式了解励磁方式第章 同步电机及同步电动机的电力拖动电路:电路:励磁电路:产生磁场,组成励磁电路:产生磁场,组成这一电
6、路的线圈称为励磁绕组,通入这一电路的线圈称为励磁绕组,通入直流,一般安装在转子上。直流,一般安装在转子上。电枢电路:感应电动势,通电枢电路:感应电动势,通过电流,进行机电能量转换,组成电过电流,进行机电能量转换,组成电枢电路的线圈叫电枢绕组。一般为三枢电路的线圈叫电枢绕组。一般为三相,安装在定子上。相,安装在定子上。.1.1.1.1 同步电机的基本工作原理与分类同步电机的基本工作原理与分类 Operating principle and classify of Operating principle and classify of synchronous generatorsynchronou
7、s generator一一、同步发电机的基本工作原理、同步发电机的基本工作原理 基于电磁感应定律来工作的。基于电磁感应定律来工作的。电机中有四路:电路、磁路、水路和风路电机中有四路:电路、磁路、水路和风路第章 同步电机及同步电动机的电力拖动磁路:定子铁心、转子铁心、空气隙磁路:定子铁心、转子铁心、空气隙 。励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场,原动机拖动转子以转速场,原动机拖动转子以转速 旋转时,其旋转时,其磁场切割定子绕组而感应交流电动势磁场切割定子绕组而感应交流电动势 。n0E1、感应电动势的波形、感应电动势的波形 电动势的波形取决于转子磁场在电动势的波形取决
8、于转子磁场在气隙空间的分布波形,设计时尽可能将气隙空间的分布波形,设计时尽可能将极弧设计制造成适当的形状,使产生的极弧设计制造成适当的形状,使产生的磁场沿气隙空间按正弦规律分布。磁场沿气隙空间按正弦规律分布。Be(x)eBlv 第章 同步电机及同步电动机的电力拖动3 3、大小:、大小:01104 44wE.fN k 频率:频率:60pnf 4 4、相序:、相序:由转子的转向决定。由转子的转向决定。2 2、感应电动势的频率、感应电动势的频率 同步电机转子转速与磁极对数同步电机转子转速与磁极对数P P有固定关系有固定关系 P=1P=1,n=3000 r/minn=3000 r/min P=2 P=
9、2,n=1500 r/minn=1500 r/min P=30 P=30,n=100 r/minn=100 r/min同步电机同步电机同步的由来同步的由来第章 同步电机及同步电动机的电力拖动U2U1W2V1W1V2NSn发电机的物理过发电机的物理过程可用图示表示程可用图示表示旋转示意图1旋转示意图2第章 同步电机及同步电动机的电力拖动二二、同步电机的分类、同步电机的分类1.1.按按运行运行方式,同步电机分发电机、电动机和调相机。方式,同步电机分发电机、电动机和调相机。2.2.按按结构结构型式,同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。型式,同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。旋转磁极式同步电机按磁极形状
10、,又分隐极式和凸极式两种。旋转磁极式同步电机按磁极形状,又分隐极式和凸极式两种。按原动机类别按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。油发电机等。汽轮发电机一般作成隐极式,现代汽轮发电机均为汽轮发电机一般作成隐极式,现代汽轮发电机均为2 2极,转速极,转速为为30003000转转/分钟,水轮发电机采用凸极式,极数多,转速低。分钟,水轮发电机采用凸极式,极数多,转速低。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动3.3.按冷却介质和冷却方式分类按冷却介质
11、和冷却方式分类(1 1)空气冷却(空冷):)空气冷却(空冷):采用内扇式轴向和径向混合通风系统采用内扇式轴向和径向混合通风系统(2 2)氢气冷却(氢冷):)氢气冷却(氢冷):由外冷式发展到内冷式,采用空心导线由外冷式发展到内冷式,采用空心导线 (3 3)水冷却(水冷):)水冷却(水冷):水内冷,定子绕组水内冷应用较多水内冷,定子绕组水内冷应用较多冷却组合方式:冷却组合方式:全氢冷;全氢冷;水水-氢氢-氢:定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷,定转子铁心氢外冷;氢:定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷,定转子铁心氢外冷;水水-水水-氢:定、转子氢:定、转子绕组水内冷、定子铁心氢冷;绕组水内冷、定子铁心氢冷;
12、水水-水水-空:定、转子空:定、转子绕组水内冷、定子铁心空冷。绕组水内冷、定子铁心空冷。第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.1.2.1.2 同步电机的基本结构同步电机的基本结构 Basic structure of synchronous generatorBasic structure of synchronous generator一、汽轮发电机一、汽轮发电机铁心铁心绕组绕组定子定子(电枢电枢)作用:作为磁路,嵌放电枢绕组作用:作为磁路,嵌放电枢绕组构成:由构成:由0.350.350.5mm0.5mm厚的硅钢片叠成,直厚的硅钢片叠成,直径大于径大于1m1m的用扇形片叠成。的用扇形片叠成。
13、机座:要求有足够的强度和钢度。机座:要求有足够的强度和钢度。机座和端盖:构成电机的壳体机座和端盖:构成电机的壳体作用:感应电动势,传递功率作用:感应电动势,传递功率构成:由扁铜线绕制构成:由扁铜线绕制机座机座作用:支撑铁心和线圈作用:支撑铁心和线圈构成:由钢板焊接而成构成:由钢板焊接而成第章 同步电机及同步电动机的电力拖动转子铁心转子铁心励磁绕组励磁绕组转子转子作用:作为磁路,嵌放励磁绕组作用:作为磁路,嵌放励磁绕组构成:整体式或组合式转子铁心构成:整体式或组合式转子铁心作用:通入直流,产生磁场作用:通入直流,产生磁场构成:铜线绕制构成:铜线绕制护环护环作用:保护励磁绕组受离心力时不甩出作用:
14、保护励磁绕组受离心力时不甩出构成:钢质圆筒构成:钢质圆筒转子形式:隐极式转子转子形式:隐极式转子特点:特点:.气隙均匀气隙均匀 .P=1.P=1(P=2P=2).用整块钢锻成用整块钢锻成 .轴向长,径向短轴向长,径向短中心环:中心环:支持护环,阻止励磁绕组轴向移动支持护环,阻止励磁绕组轴向移动滑环:滑环:引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组风扇:风扇:阻尼绕组:阻尼绕组:削弱负序磁场,抑制振荡削弱负序磁场,抑制振荡第章 同步电机及同步电动机的电力拖动机械端口机械端口转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心电端口电端口A AB BC C返回返回第章 同步电机及同步
15、电动机的电力拖动返回第章 同步电机及同步电动机的电力拖动汽轮发电机结构汽轮发电机结构 定子铁心定子铁心返回返回第章 同步电机及同步电动机的电力拖动返回第章 同步电机及同步电动机的电力拖动汽轮发汽轮发电机转电机转子结构子结构返回返回第章 同步电机及同步电动机的电力拖动定子定子(电枢电枢)铁心:铁心:与汽轮发电机相同与汽轮发电机相同绕组:绕组:常采用分数槽绕组,改善电动势波形常采用分数槽绕组,改善电动势波形二、水轮发电机二、水轮发电机型式:型式:悬吊式悬吊式推力轴承在转子上部;推力轴承在转子上部;伞式伞式推力轴承在转子下部推力轴承在转子下部转子:转子:水流速慢,要产生水流速慢,要产生50Hz50H
16、z频率的电动势,磁极对数较多(频率的电动势,磁极对数较多(P=20P=20或或P=24P=24等)等)转子形式:凸极式转子转子形式:凸极式转子特点:特点:.气隙不均匀;气隙不均匀;.极数多极数多P3P3;.直径大,短而粗,直径大,短而粗,D Da a/L=5/L=57 7 第章 同步电机及同步电动机的电力拖动水轮发电机结构水轮发电机结构(1)(1)立式水轮发电机立式水轮发电机(2)(2)卧式水轮发电机卧式水轮发电机第章 同步电机及同步电动机的电力拖动水轮发电机水轮发电机转子结构转子结构10000kW10000kW水轮机转子水轮机转子第章 同步电机及同步电动机的电力拖动发电环节发电环节各种发电机
17、各种发电机 引进引进600MW600MW汽轮发电机汽轮发电机第章 同步电机及同步电动机的电力拖动绥中发电厂绥中发电厂1000MW1000MW汽轮同步发电机汽轮同步发电机第章 同步电机及同步电动机的电力拖动国产国产300MW300MW汽轮发电机汽轮发电机第章 同步电机及同步电动机的电力拖动国产国产200MW200MW汽轮发电机定子汽轮发电机定子第章 同步电机及同步电动机的电力拖动国产国产200MW200MW汽轮发电机定子铁心汽轮发电机定子铁心第章 同步电机及同步电动机的电力拖动现场运行的水轮发电机现场运行的水轮发电机第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.1.3.1.3 同步电机的额定值及励磁方式
18、同步电机的额定值及励磁方式同步发电机额定值之间关系为:同步发电机额定值之间关系为:3NNNNNNPScosU Icos )(kVUN额定电压额定运行时加在额定运行时加在三相定子绕组上三相定子绕组上的线电压。的线电压。NNPS、额定功率额定容量 指电机额定运行时,输出功率的保证值。同步发电机是指指电机额定运行时,输出功率的保证值。同步发电机是指输出的额定视在功率或有功功率,单位是输出的额定视在功率或有功功率,单位是kVAkVA或或kWkW。电动机额定。电动机额定容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率,单位是容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率,单位是kWkW。调相。调相机用机用kVAkVA或或
19、kvarkvar表示。表示。)(AIN额定电流在额定运行状在额定运行状态下三相定子态下三相定子绕组的线电流绕组的线电流.fNfNNNNUInf额定励磁电压额定励磁电流额定转速额定效率额定频率额定功率因数Ncos一、一、同步电机的额定值同步电机的额定值第章 同步电机及同步电动机的电力拖动二、二、同步电机的励磁方式同步电机的励磁方式1.1.直流励磁机励磁直流励磁机励磁第章 同步电机及同步电动机的电力拖动2.2.静止半导体励磁静止半导体励磁自励式静止半导体励磁系统自励式静止半导体励磁系统第章 同步电机及同步电动机的电力拖动3.3.旋转半导体励磁旋转半导体励磁旋转半导体励磁系统旋转半导体励磁系统第章
20、同步电机及同步电动机的电力拖动4.4.三次谐波励磁三次谐波励磁三次谐波励磁原理三次谐波励磁原理第章 同步电机及同步电动机的电力拖动教学重点:教学重点:1 1 同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理2 2 同步电机的额定值的含义及其关系同步电机的额定值的含义及其关系教学难点:教学难点:同步电机的结构同步电机的结构作作 业:业:P215P215:6.36.3小结小结第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.2.2 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行教学内容:教学内容:6.2.2 6.2.2 空载特性空载特性教学目的与要求:教学目的与要求:1.1.掌握空载运行时的物理情况掌握空载运行时的物理
21、情况No-load operation of synchronous generatorNo-load operation of synchronous generator6.2.1 6.2.1 空载运行时的物理情况空载运行时的物理情况2.2.掌握空载特性的定义及求取方法掌握空载特性的定义及求取方法第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.2.2 同步发电机的空载运行同步发电机的空载运行fIfF0 f 0E 电磁关系:电磁关系:01104 44wE.fN k 同步发电机被原动机拖动到同步转同步发电机被原动机拖动到同步转速,励磁绕组中通入直流电流,定子绕速,励磁绕组中通入直流电流,定子绕组开路的运行
22、称为组开路的运行称为空载运行空载运行。fI空载电动势空载电动势 大小:大小:0E.2.1.2.1 空载运行时的物理情况空载运行时的物理情况第章 同步电机及同步电动机的电力拖动01104 44wE.fN k 空载特性:空载特性:空载电动势空载电动势 大小:大小:0E00Nfnn,I,Ef(I).2.2.2.2 空载特性空载特性第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.2.3.2.3 时空矢量图时空矢量图第章 同步电机及同步电动机的电力拖动教学重点:教学重点:1.1.同步发电机的空载运行时的物理情况同步发电机的空载运行时的物理情况教学难点:教学难点:同步发电机的空载特性求取方法同步发电机的空载特性求取
23、方法作业:作业:P215P215:6.46.4小结小结2.2.同步发电机的空载特性同步发电机的空载特性第章 同步电机及同步电动机的电力拖动6.3 6.3 同步发电机的电枢反应与机电能量转换同步发电机的电枢反应与机电能量转换2.2.掌握电枢反应与机电能量转换的关系掌握电枢反应与机电能量转换的关系教学内容:教学内容:教学目的与要求:教学目的与要求:二、二、滞后滞后 时的电枢反应时的电枢反应90E0I 三、三、超前超前 时的电枢反应时的电枢反应I90E0一、一、和和 同相时的电枢反应同相时的电枢反应I0E 四、一般情况下的电枢反应四、一般情况下的电枢反应 1.1.掌握掌握 不同情况下的电枢反应不同情
24、况下的电枢反应6.3.2 6.3.2 电枢反应与机电枢反应与机-电能量转换电能量转换6.3.1 6.3.1 电枢反应电枢反应第章 同步电机及同步电动机的电力拖动.3.3 同步电机的电枢反应与机电能量转换同步电机的电枢反应与机电能量转换引言:引言:1.1.问题的提出问题的提出 RLCRLC负载实验,看发电机电压变化。负载实验,看发电机电压变化。2.2.负载时电机内的电磁物理情况负载时电机内的电磁物理情况 负载负载Ff1励磁绕组通直流电流产生,转速为励磁绕组通直流电流产生,转速为n1,由原,由原动机带动,位置取决于转子的位置,磁场的大小动机带动,位置取决于转子的位置,磁场的大小恒定不变。恒定不变。
25、Fa 由定子三相电流产生,基波电枢磁动势转速由定子三相电流产生,基波电枢磁动势转速为为n1,转向与转子转向一致,极数与转子极数相,转向与转子转向一致,极数与转子极数相同,幅值大小不变,位置:哪相电流达最大值,同,幅值大小不变,位置:哪相电流达最大值,电枢磁动势就恰好转到哪相绕组轴线上。电枢磁动势就恰好转到哪相绕组轴线上。F Fa a与与F Ff1f1两磁动势在空间均以两磁动势在空间均以n n1 1速度同向旋转,故相对静止。速度同向旋转,故相对静止。Armature reaction of synchronous generatorArmature reaction of synchronous
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