[工学]同步电机课件-ABB模版

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1、 ABB ATDM 2005-04-05 Page 1ABBSynchronous MotorLarge Electrical Machines Training Tom-Wenmin.Zhai ABB ATDM 2005-05-05 Page 2ABB6.1 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 同步电动机和同步调相机思考题与习题同步电机是交流旋转电机的一种,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 。本章主要分析同步发电机的稳态运行原理和运行特

2、性，简要 分析同步电动机和调相机的运行状态。 ABB ATDM 2005-05-05 Page 3ABB.1同步电机的基本工作原理与结构.1.1 同步电机的基本结构以汽轮发电机为例:定子铁心：硅钢片叠成。机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。电枢绕组：三相对称绕组铜线制成定子(电枢 )转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出励磁绕组：铜线制成滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动转子 ABB ATDM 2005-05-05 Page 4ABB机械端口转子定子绕组定子铁心电端口ABC返回 ABB ATDM 2005-

3、05-05 Page 5ABB返回 ABB ATDM 2005-05-05 Page 6ABB1、汽轮发电机结构（1）定子铁心返回 ABB ATDM 2005-05-05 Page 7ABB返回 ABB ATDM 2005-05-05 Page 8ABB1、汽 轮发电 机结构返回 ABB ATDM 2005-05-05 Page 9ABB2、水轮发电机结构(1)立式水轮发电机(2)卧式水轮发电机 ABB ATDM 2005-05-05 Page 10ABB2、水轮发电机结构转子结构10000kW水轮机转子 ABB ATDM 2005-05-05 Page 11ABB1.发电环节 各种电机引进6

4、00MW汽轮发电机 ABB ATDM 2005-05-05 Page 12ABB国产300MW汽轮发电机 ABB ATDM 2005-05-05 Page 13ABB国产200MW汽轮发电机定子 ABB ATDM 2005-05-05 Page 14ABB国产200MW汽轮发电机定子铁心 ABB ATDM 2005-05-05 Page 15ABB现场运行的水轮发电机 ABB ATDM 2005-05-05 Page 16ABB.1同步电机的基本工作原理与结构.1.2 同步电机的基本工作原理与分类一、同步发电机的基本工作原理大小：频率：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

5、 旋转时，其 磁场切割定子绕组而感应交流电动势 . 相序：由转子的转向决定。波形：由 可知，波形 取决于 的空间分布。 ABB ATDM 2005-05-05 Page 17ABBU2U1W2V1W1V2发电机的物理过 程可用图示表示旋转示意图1旋转示意图2 ABB ATDM 2005-05-05 Page 18ABB二、同步电机的分类按运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。按结构型式，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，又分隐极式和凸极式两种。按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油 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2极，

6、转速 为3000转/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。 ABB ATDM 2005-05-05 Page 19ABB.1.3 同步电机的额定值对同步发电机额定值之间关系为：额定运行时加在 三相定子绕组上 的线电压。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KVA或KW。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KW。调相机用 KVA或Kvar表示。在额定运行状 态下三相定子 绕组的线电流. ABB ATDM 2005-05-05 Page 20ABB.2 同步发电机的空载运行电

7、磁关系：空载特性：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 ，定子绕组开路的运行称为空载运行。空载电动势 大小： ABB ATDM 2005-05-05 Page 21ABB.3 同步电机的电枢反应电枢反应:电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙 磁通的大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应.电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波 和励磁磁动势基波 之间的相对位置，即与空载电动势 和电枢电流 之间的夹角 有关.励磁磁势和电枢磁势的区别基波波 形大小位置转速转向励磁磁动势正弦波恒定，由励磁 电流决定由转子位置决 定由原动机的转速决 定由原动机决 定电枢反应磁 动势正

8、弦波恒定，由电枢 电流决定由电流瞬时值 决定由磁极对数和电流 频率决定由电流相序 决定 ABB ATDM 2005-05-05 Page 22ABB.3.1 时的电枢反应d轴q轴 U轴U1U2W2V1W1V2NSW轴V轴电枢反应性质：交轴电枢反应空载电动势 和 电枢电流 同 相位. ABB ATDM 2005-05-05 Page 23ABBd轴q轴 U轴U1U2W2V1W1V2NSW轴V轴.3.2 时的电枢反应空载电动势 超 前电枢电流 电枢反应性质： 直轴去磁电枢反应 ABB ATDM 2005-05-05 Page 24ABBd轴q轴 U轴U1U2W2V1W1V2NSW轴V轴6.3.3

9、时的电枢反应空载电动势 滞后 电枢电流 电枢反应性质： 直轴助磁电枢反应 ABB ATDM 2005-05-05 Page 25ABBd轴q轴 U轴U1U2W2V1W1V2NSW轴V轴6.3.4 一般情况下的电枢反应空载电动势 超前 电枢电流 角, 电枢反应性质： 既有交轴,还有直轴 去磁电枢反应 ABB ATDM 2005-05-05 Page 26ABB此种情况下-直轴分量-交轴分量-直轴分量电流产生的合成磁动势-交轴分量电流产生的合成磁动势 ABB ATDM 2005-05-05 Page 27ABB6.3.4 一般情况下的电枢反应（总结）上升下降 上升下降下降下降不变不变下降R、C增强

10、交轴直 轴助磁d、q 轴R、L削弱交轴直 轴去磁d、q 轴C增强直轴 助磁d轴L削弱直轴 去磁d轴R波形 畸变交轴q轴负载性 质对电机的影响 电枢反 应性质记作夹角位置 ABB ATDM 2005-05-05 Page 28ABB6.3.5 电枢反应与机-电能量转换电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象，它不 仅是引起端电压变化的主要原因，而且也是电机实现机-电能 量转换的枢纽。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， 越大，这就 要求原动机输入更大的驱动转矩，维持电 机的转速不变。 ABB ATDM 2005-05-05 Page 29ABB说明发电机带感性(或容性

11、)无 功负载时,不需要原动机增加能量.但是直轴去磁（或助磁）电枢反应对气隙 磁场有去磁（或助磁）作用，致使电压下降（ 或上升）。为维持电压恒定所需的励磁电流也 需要相应增加（或减小）。直轴电枢反应磁场与励磁 电流共同作用,在励磁绕组上产 生电磁力,但不能形成电磁转矩 . ABB ATDM 2005-05-05 Page 30ABB一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负 载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流 的变化影响发电机的电压。综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机电能量转 换的关键。为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变 化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。

12、ABB ATDM 2005-05-05 Page 31ABB6.4.1 凸极同步发电机的电动势方程和相量图.4 同步电机的负载运行一、凸极同步发电机的电动势方程电磁关系：不计磁路饱和时有下列关系由于且令则电动势平衡方程-直轴同步电抗 -交轴同步电抗 分别表征在对称负载下，单位直轴或 交轴三相电流产生的总电枢磁场在电 枢每一相绕组中感应的电动势。 ABB ATDM 2005-05-05 Page 32ABB二、凸极同步发电机的相量图作图步骤 ABB ATDM 2005-05-05 Page 33ABB6.4.2隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路一、电动势方程电磁关系：不计磁路饱和时有下

13、列关系令电动势平衡方程-同步电抗表征在对称负载下，单位三相电流 产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中 感应的电动势。 ABB ATDM 2005-05-05 Page 34ABB二、等效电路和相量图等效电路相量图根据相量图可求出 ABB ATDM 2005-05-05 Page 35ABB当忽略电枢回路电阻时得到的等效电路称为简化等 效电路,对应的相量图称为简化相量图思 考 题汽轮同步发电机带阻性、纯感性、纯 容性、电感性、电容性负载时的简化 相量图？并说明各种情况下电枢反应 的性质？ ABB ATDM 2005-05-05 Page 36ABB6.4.3 同步发电机特性一、空载特性定义：空载特

14、性是发电机的基本特性 之一。它一方面表征了磁路的饱和 情况，另一方面把它和短路特性、 零功率因数负载特性配合，可确定 电机的基本参数、额定励磁电流和 电压变化率等。实际生产中，它还可以检查三 相电枢绕组的对称性、匝间短路、 判断励磁绕组和定子铁心有无故障 等。 ABB ATDM 2005-05-05 Page 37ABB二、短路特性定义：短路时的等效电路短路特性曲线短路特性与 空载特性配合可 以求出电机的同 步电抗。 ABB ATDM 2005-05-05 Page 38ABB三、外特性定义：外特性曲线当发电机带阻性和感性负载时， 外特性是下降的，原因是电枢反应的 去磁作用和电枢漏阻抗产生了电

15、压降.带容性负载时且（发电机负载的 容抗大于同步电抗）时，外特性是上 升的，原因是电枢反应的助磁作用和 容性电流在漏抗上的压降。 ABB ATDM 2005-05-05 Page 39ABB四、调节特性定义：调整特性曲线在感性和阻性负载时，随着负载电流 的增加，必须增加励磁电流，补偿电枢反 应的去磁作用和漏阻抗压降，保持端电压 恒定；对容性负载，随着负载电流的增加 ，必须减小励磁电流。 在功率因数一定情况下,根据调整特 性曲线,可确定在负载变化范围内,维持 电压不变所需的励磁电流的变化范围。 运行人员可利用调整特性曲线,使系统中 无功功率的分配更合理一些。 ABB ATDM 2005-05-05 Page 40ABB并联运行的含义.5 同步电机的并联运行1、提高供电的可靠性； 2、提高供电的经济性； 3、提高电能的质量。无穷大电网的含义将两台或更多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或 通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷 供电。并联运行的优点并列方法1.准同期法 2.自同期法 ABB ATDM 2005-05-05 Page 41ABB6.5.1 并联运行的条件一、准同期并列的条件1.待并发电机的电压与电网电压大小相等； 2.待并发电机电压相位相同与电网电压相位相同； 3.待