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1、2019/5/24,电气传动的发展,1,电机及电力拖动,范国伟 安徽工业大学,2019/5/24,电气传动的发展,2,第七章 同步电机,同步电机也是交流电机。同步电机可以作发电机用。世界上各发电厂和发电站所发出的三相交流电电能，都是三相同步发电机发出的；也可以作电动机使用，三相同步电动机的特点是：电压高（6kV以上），容量大（250kW以上），转速恒定，无启动转矩；在启动过程中转子绕组能产生极高的感应电动势；调节励磁电流可改变电动机的功率因数，从而改善整个电网的功率因数等。,同步电动机的特点,同步电动机转子的转速n与定子电源频率f1、极对数p之间应满足： 上式表明，当定子电源频率f1不变时，同
2、步电动机的转速为常数，与负载大小无关（在不超过其最大拖动能力时），这是同步电动机最大的优点。,同步电动机的分类,同步电动机就是转子的转速始终与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机。按照其结构形式分类有：同步发电机、同步电动机、同步调相机。,同步电动机的结构,同步电动机有旋转电枢式和旋转磁极式两种。旋转电枢式应用在小容量电动机中，而旋转磁极式用于大容量电动机中。,三相同步电动机的基本工作原理,如果三相正弦电流通入三相同步电动机的定子绕组时，就会产生旋转速度为n1的旋转磁场。转子励磁绕组通电时建立固定磁场。假如转子以某种方法起动，并使转速接近n1，这时转子的磁场极性与定子旋转磁场之间异极性对齐（定子
3、S极与转子N极对齐）。根据磁极异性相吸原理，定转子磁场之间就产生电磁转矩，促使转子跟旋转磁场一起同步转动，即nn1，故称为同步电动机。,同步电机的额定值, 额定容量SN或额定功率PN。指电机在额定状态下运行时，输出功率的保证值。对同步发电机是指输出的额定视在功率或有功功率，常用kVA或kW表示。同步电动机的额定容量一般都用kW表示。同步调相机则用kVA或kvar表示。 额定电压UN。指电机在额定运行时的三相定子绕组的线电压，常以kV为单位。 额定电流IN。指电机在额定运行时三相定子绕组的线电流，单位为A或kA。 额定频率fN。我国标准工频为50Hz。 额定功率因数cosN。指电机在额定运行时的
4、功率因数。,同步电机的励磁方式,同步电机运行时必须在转子绕组中通以直流励磁电流，以建立主磁场。所谓励磁方式是指同步电机获得直流励磁电流的方式。而整个供给励磁电流的线路和装置称为励磁系统。励磁系统和同步电机有密切的关系，它直接影响同步电机运行的可靠性、经济性以及一些主要特性。常用的励磁方式有直流励磁机励磁、静止半导体励磁、旋转半导体励磁、三次谐波励磁等。, 直流励磁机励磁,用直流发电机作为励磁电源向同步发电机提供励磁电流，称为直流发电机励磁系统。在大功率整流器件获得迅速发展以前，这是同步发电机最基本的励磁方式，属于他励式中的一种。通常直流励磁机与主发电机装在同一转轴上，称为同轴励磁机。, 静止半
5、导体励磁,如果励磁电源直接取自同步发电机本身，取消交流励磁机，便称为自励式静止半导体励磁。这是主发电机的励磁电流由整流变压器取自自身输出端，经过三相晶闸管整流装置转变为直流，, 旋转半导体励磁,主励磁机系一台旋转电枢式交流发电机，电枢与主发电机同轴运转，半导体整流装置也装在主发电机转子上。这样主励磁机的电枢绕组与半导体整流装置和主发电机励磁绕组三者之间就可以采用固定连接，不需要电刷和滑环装置，故此种励磁也称为无刷励磁。, 三次谐波励磁,三次谐波励磁，就是利用发电机气隙磁场中得三次及其倍数次谐波进行自励磁。,同步电动机的功率因数调节,同步电动机有一个突出的优点就是其功率因数是可调的，即它可以通过
6、调节转子励磁电流来改变电动机的功率因数，从而改善电网的功率因数。同步电动机在输出有功功率不变的条件下，调节励磁电流将引起电枢电流和功率因数的变化，这种变化关系可以用V形曲线来描述。,同步电动机的V形励磁曲线,同步电动机的V形励磁曲线是指在电网恒定和电动机输出功率恒定的情况下，电枢电流和励磁电流之间的关系曲线，即,同步电动机不能自行起动,同步电动机的电磁转矩是由定子旋转磁场和转子励磁磁场相互作用而产生的。只有两者相对静止时，才能得到恒定的电磁转矩。如给同步电动机加励磁并直接投入电网，由于转子在起动时是静止的，故转子磁场静止不动，定子旋转磁场以同步转速n1对转子磁场作相对运动，则一瞬间定子旋转磁场
7、将吸引转子磁场向前，由于转子所具有的转动惯量还来不及转动，另一瞬间定子磁场又推斥转子磁场向后，转子上受到的便是一个方向在交变的电磁转矩，没有办法牵引转子转动。三相同步电动机本身没有起动转矩，通电后转子不能起动。,三相同步电动机的起动,三相同步电动机的起动方法有3种：辅助起动法（由其它电动机带动起动）、变频起动法和异步起动法。,（1）辅助电动机起动,辅助电动机一般采用与同步电动机极数相同且功率较小（其容量约为主机的10%15%）的异步电动机。在起动时，辅助电动机首先开始运转，将同步电动机的转速拖动到接近同步转速，再给同步电动机加入励磁并投入电网同步运行。由于辅助电动机的功率一般较小，所以这种起动
8、方法只适用于空载起动。,（2）异步起动法,异步起动法是通过在凸极式同步电动机的转子上安装阻尼绕组来获得的起动转矩的。阻尼绕组和异步电动机的笼形绕组相似，只是它装在转子磁极的极靴上，有时就称同步电动机的阻尼绕组为起动绕组。,（3）变频起动法,变频起动法是使用变频器来起动同步电动机。变频器能将频率恒定、电压恒定的三相交流电变为频率连续可调、电压连续可调的三相交流电，而且电压与频率成比例地变化。起动时，将变频器的输入端接交流电网电压，输出端接同步电动机定子三相绕组，同时将励磁绕组通入直流励磁，调节变频器，使输出频率由很低的频率开始不断地上升，从而使得定子旋转磁场转速从极低开始上升。,三相同步电动机的
9、调速,一般由三相同步电动机、变频器及磁极位置检测器，再配上控制装置，就构成了自控式三相同步电动机调速系统。改变自控式同步电动机电枢电压的频率即可调节其转速，并具有类似直流电动机的调速特性，但不需要直流电动机那样的机械换向器，所以也称无换向器电动机。,（1）他控变压变频调速系统,使用独立的变压变频装置给同步电动机供电的调速系统称为他控变频调速系统。变压变频的装置同感应电动机的变压变频装置相同，分为交直交和交交变频两大类。,（2）自控变压变频调速系统,自控变压变频调速是一种闭环调速系统。它利用检测装置，检测出转子磁极位置的信号，并用来控制变压变频装置换相，类似于直流电动机中电刷和换向器的作用，因此也称为无换向器电机调速，或无刷直流电机调速。,
