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1、项目一 同步电机的特点和分类 项目二 同步电机的结构和工作原理 项目三 同步发电机的励磁系统 项目四 同步电动机的启动 项目五 同步发电机的并联运行,活动一 同步电机的特点 活动二 同步电机的分类 活动三 同步电机的铭牌值及铭牌数据,项目一 同步电机的特点和分类,同步电机是交流旋转电机的一种, 其转速恒等于同步转速n1=60f/p,两者之间的相对转速为“0”，故称同步电机。作发电机运行是同步电机最主要的运行方式，几乎所有电网都是由三相同步发电机供电的。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高电网的功率因数，从而提高电网的运行效率，这是同步电机的另一个重要用途
2、。,活动一 同步电机的特点,活动二 同步电机的分类,同步电机按用途分为同步发电机、同步电动机和调相补偿机。 1、同步发电机 将其他形式的能转换为电能的同步电机称为同步发电机。同步发电机是现代发电厂的主体设备。目前世界上大部分发电站都采用同步发电机发电。,按拖动发电机的原动机的形式，同步发电机可分为汽轮发电机、水轮发电机和燃油发电机等几种。 （1）汽轮发电机 以汽轮机为原动机拖动同步发电机产生电能的设备，为汽轮发电机，其转速为1500r/min或3000r/min，功率在300 600000KW，电压在400 27000V之间。目前我国生产的汽轮机有氢外冷的QFQ系列、氢内冷系列和双水内冷的QF
3、S系列等。,（2）水轮发电机 以水轮机为原动机拖动同步发电机产生电能的设备，为水轮发电机，其转速为50r/min或1500r/min，功率在300 600000KW，电压在400 20000V之间。目前我国生产的水轮机是TS系列。 （3）燃油发电机 以柴油或汽油为原动机拖动同步发电机产生电能的设备，为燃油发电机，其转速为250r/min或3500r/min，功率在几瓦到几千千瓦，电压在220 6300V之间。燃油发电机的成本。,2、同步电动机 将电能转换为机械能的同步电机，为同步电动机。通过调节同步电动机的励磁电流，可以调节同步电动机的功率因数，具有改善电网功率因数的作用。同步电动机的转速不随
4、负载的变化而改变，因此多应用在不需要调速而功率又较大的场合。 3、调相补偿机 调相补偿机实际上是一台空载运行的同步电动机，主要用于变电站或大型工、矿企业的供电系统中，专门用来调节电网的无功功率，补偿电网的功率因数。,活动三 同步电机的铭牌值及铭牌数据,同步电机的铭牌数据主要包括以下几种： 1) 指发电机额定运行时，定子输出端的绕组线电压，单位为V或KV。 2) 指发电机额定运行时，定子绕组的线电流，单位为A或KA。 3) 指电动机输出功率的保证值，发电机用额定容量单位为VA或KVA或MVA;电动机用额定功率,单位为W或KW或MW。,4）额定功率因数：额定运行时，同步电动机的功率因数。 5）额定
5、频率：指额定运行时，电枢输出端电压的频率，我国的工业频率规定为50Hz。 6）额定转速：指额定运行时，同步电机的转速，即同步转速。 铭牌数据是同步电机安全、可靠运行的基本参考数据。,活动一 同步发电机的结构和工作原理 活动二 同步电动机工作原理,项目二 同步电机的结构和工作原理,活动一 同步发电机的结构和工作原理,与感应电机一样，同步电机也是由定子及转子两大部分所组成，定子上有三相交流绕组；转子上则有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。 一、定子： 同步电机的定子由定子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成。 二、转子：,同步电机的转子有两种结构型式，即凸极式和隐极式。这是根据定转子之间
6、的气隙的分布情况来定义的。 1、隐极式发电机的结构 转子作成圆柱形，气隙均匀分布。 2、凸极式发电机的结构 转子有明显的突出的磁极，气隙分布不均匀,区别：对于高速旋转的同步电机，在转子结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。汽轮发电机：转速高，采用隐极式。水轮发电机：转速低，采用凸极式。,两极汽轮发电机转子结构图,水轮发电机结构图,3同步发电机的工作原理 原理图：,3同步发电机的工作原理 同步发电机的励磁绕组通以直流励磁电流，建立起主磁场。主磁极在原动机的拖动下以同步速度转动，并顺次切割定子各相绕组，在三相
7、对称的电枢绕组产生随时间按正弦规律变化的交变感应电动势。 由于i相对称绕组在位置上彼此互差120电角度，三相绕组的感应电动势的相位也彼此互差120 。设U相绕组的感应电动势的初相角为“0”，则三相绕组的感应电动势分别为：,三相感应电动势的波形如图所示，若三相绕组接上负载，发电机向负载输出三相交流电能，完成机械能向电能的转换。 感应电动势的频率与原动机拖动发电机时，发电机转子的转速n和磁极对数p的关系是,活动二 同步电动机工作原理,定子的对称三相绕组接到三相交流电源上，便有三相对称电流流过而在空间形成旋转磁场。该磁场以同步转速在气隙空间旋转。 转子励磁绕组接人直流电源后，就有直流电流流过并产生大
8、小和极性不变的恒定磁场。 根据同名磁极相斥、异名磁极相吸的原理，当转子磁极的S极与定子旋转磁场的N极对齐时，转子磁极将被定子旋转磁极吸引而产生电磁转矩，拖动转子跟着旋转磁场以同方向、同转速旋转。,理想空载时，转子磁极与定子旋转磁极处处对正，转子磁极的轴线与定子磁极的轴线重合，如图(a)所示。,实际空载时，转子的转动总要受到一些阻力，转子磁极总要比旋转磁极落后一个小小的角度0。，但转子的转速不变，如图 (b)所示。 转子磁极比旋转磁极落后的角度0 称作功率角。当同步电动机带上负载后，转子磁极仍随旋转磁极以相同的转速、相同的转动方向转动，但功率角0 增大，如图 (c)所示。 随着同步电动机负载的增
9、加，功率角0 增大；达到满载时，转子还能以同步速度随旋转磁场一起转动。当同步电动机的负载过大，旋转磁极对转子磁极的吸引力小于负载对转子的拉力时，转子磁极不能随旋转磁极一起转动，电动机停止转动，这种现象称作失步，如图(d)所示。,项目三 同步发电机的励磁系统,活动一 直流励磁机励磁系统 活动二 整流器励磁系统,活动一 直流励磁机励磁系统,直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励式或他励式直流发电机。励磁机产生的直流电流，直接供给同步发电机的励磁绕组。改变励磁机的励磁电流，励磁机的端电压会改变，从而使同步发电机的励磁电流、输出电压和功率因数等发生变化。 这种励磁系统只在中、小容量的同步发电机中使用
10、。,活动二 整流器励磁系统,1、 自励式 如图8-7所示，自励式励磁系统的交流电流从同步发电机所产生的三相交流电中获 取，经晶闸管整流后，供给同步发电机的励磁绕组。同步发电机的励磁电流通过改变晶闸管的控制角来调节。,2他励式 在同步发电机的同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机，如图88所示。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励。副励磁机的输出电流，一是经过晶闸管整流器整流后供给主励磁机的励磁绕组；二是经硅整流器整流后供给自身的励磁绕组。交流主励磁机的交流输出电流经过三相桥式硅整流器整流后，供给主发电机的励磁绕组。,3、谐波励磁 谐波
11、励磁系统是在发电机 的定子槽中附加独立谐波 绕组，将贮存于气隙磁场 中的谐波功率引出来供给 主机励磁，如图8-9所示。 根据励磁功率需要，谐波 绕组可分为单相或三相。,项目四 同步电动机的启动,活动一 同步电动机不能自行启动的原因 活动二 同步电动机的启动方法,活动一 同步电动机不能自行启动的原因,当同步电动机定子接到交流电源时，定子绕组就有三相电流流过而建立起旋转磁场。假设在通电时，定子旋转磁极与转子磁极相互作用而产生一顺时针方向的电磁转矩，欲拖动电动机转子按顺时针方向旋转，但由于旋转磁极的转速很高，转子因惯性还未旋转时，另一旋转磁极到达该位置并与转子磁极相互作用，此时又将产生一逆时针方向的
12、转矩，欲推动转子按逆时针方向旋转，如图8-10(b)所示。,在电流的一个周期内，同步电动机的平均启动转矩为“O”，因此同步电动机不能自行启动。,活动二 同步电动机的启动方法,l、异步启动法 第一步：在同步电动机的转子上加装一套笼式交流异步的转子绕组，这样在接通电源时，定子绕组上产生旋转磁场，在异步电动机的启动转矩作用下，转子启动并逐步升高转速。 第二步：当转子的转速达到空载转速时，给同步电动机的励磁绕组通入直流电流励磁，旋转磁场对转子磁场作用的变化很小，逐步将转子转速升高到同步速度；,除高速、大功率同步电动机外，一般情况下，同步电动机的启动大多数采用异步启动法进行启动。 异步启动法的特点是启动
13、转矩大、附属设备少、操作简单、维护方便，但要求电网容量大。 2、调频启动法 将能够从“0”调节到额定频率的变频电源与定子绕组连接，这样在调节电源频率时，使磁场旋转速度从“0”逐步升高到额定同步转速，转子转速始终保持与磁场转速同步。,调频启动法要求启动技术较为复杂，需要变频发电机组或晶闸管变频器。调频启动法适用于大容量、高速同步电动机的启动。 3、辅助启动法 用一台异步电动机或其他动力机械，把同步电动机的转子加速到接近同步转速时脱开，再向同步电动机通入定子电流和励磁电流，使同步电动机在转速较高的情况下启动。这种启动方法称作辅助启动法。辅助启动法需要一台辅助电动机，设备多、操作复杂，已基本不采用。
14、,项目五 同步发电机的并联运行,活动一 投入并联运行的条件 活动二 投入并联的方法,活动一 投入并联运行的条件,同步发电机的并联运行必须符合下列条件。 1)发电机的电压应与电网的电压有相同的大小、相位、波形和频率。 2)发电机的相序应与电网的相序相同。 3)在并联合闸瞬间，发电机与电网之间的电位差为“0”。,在实际中，要满足电压相等、相位相同和频率相同是十分困难的。所以，只要求电压有效值相差不超过510频率相差不超过0205，相位相差不超过10，即可并联合闸。上述条件中，相序一致是要绝对保证的条件。,活动二 投入并联的方法,1.准整步法 同步发电机投入并联时，符合规定的全部并联条件，称为准同步
15、并联。同步发电机投入并联时，如果允许其中的电压、相位与频率存在一定的偏差，称为准整步并联。 为判断是否满足并联条件，应采用同步指示器，最简单的同步指示器是同步灯，如图8一11所示,(1)灯光熄灭法 三组指示灯分别接在开关两侧，如图8一ll(a)所示。当部熄灭时，说明开关两侧的电压相等且相位相同，符合并联条件 (2)灯光旋转法 指示灯的接法如图8一ll(b)所示。在相序相同时，灯光依次亮、半亮、熄灭，好像灯光按次序旋转一样。当灯光旋转时，应投入并联。,2.自整步法 如图8一12所示，在相序一致的情况下将同步发电机的励磁绕组通过适当的电阻短接，用原动机把发电机拖动到接近同步转速(相差25)。在没有接通励磁电流的情况下将同步发电机投并联，并立即接通同步发电机的励磁绕组和调节励磁电流，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，完成同步发电机并联操作，这种将同步发电机投人并联的方法称作自整步法。,需要注意的是，在原动机拖动同步发电机到接近同步转速的过程中，发电机的励磁绕组必须通过一限流电阻短接。因为直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在定、转子绕组问产生很大的冲击电流。,自整步法的优点是：操作简单，方便快捷；缺点是：合闸时有冲击电流。这种方法用于事故状态下的并联投入。,
