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1、电气工程概论辅导资料七主 题： 第一章第三节同步电机学习时间： 2012年11月12日11月18日内 容：我们这周主要学习交流电机的另一种同步电机，通过学习我们要掌握同步电机的工作原理、结构，掌握同步电机并网所需要的条件，了解电动势平衡方程式及电枢反应，了解同步电机的各种特性和功率平衡。第一章 电机与电器基础第三节 电机1.3.3 同步电机同步电机属于交流电机，其转子转速为一固定的同步转速。同步电机有三种运行方式：发电机、电动机和调相机。同步电机最重要的用途是作发电机用。现代电网的电能几乎全部由三相同步发电机提供。有时工作于同步补偿机状态，提供无功功率，改善电网的功率因数。1.同步电机的原理和
2、结构转子绕组直流电励磁产生固定的N、S磁极。原动机带动转子转动，定子绕组切割磁力线，产生三相交流电。定子产生旋转磁场与转子同步运行。此时同步电机处于发电机运行状态。定子三相绕组通入三相交流电，产生旋转磁场。转子绕组通入直流励磁产生固定N、S极。这样旋转磁场就吸引转子同步旋转。此时发电机处于电动机运行状态。同步电机的转子有两种构造型式，即凸极式和阴极式。凸极式转子上有明显凸出的成对磁极和励磁绕组。当励磁绕组中通过直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的极性。隐极式转子的转子铁芯为圆柱形，沿着转子圆周表面开有许多槽，用来嵌入励磁绕组。同步电机无论作为发电机或电动机，它的转子速度总等于由电机极对数和电枢
3、电流频率所决定的同步转速，同步由此得名。2.同步发电机的空载运行 当外加原动机带动发电机转子在同步转速下运行，并且转子的励磁绕组通以励磁电流时，电枢绕组开路即为同步发电机的空载运行。空载运行时，电枢电流等于零，其气隙磁场由转子磁动势单独建立。电枢绕组切割旋转磁场产生感应电动势，电枢绕组开路时的端电压等于空载电动势。3.同步发电机的负载运行（1）电枢反应及电动势方程当负载运行时，三相对称电流流过定子三相绕组，形成电枢旋转磁动势，它与转子旋转磁动势同步，且转向相同。此时的气隙磁场与空载运行的情况不同，是二者的合成磁场。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应对同步电机的性能有重大影响，负载
4、的性质决定了电枢反映的特性。可以应用时空矢量图来分析电枢反应特性。凸极同步电机的电动势方程其中Xd为直轴同步电抗，Xq为交轴同步电抗。隐极同步电机的电动势方程其中Xt为隐极电机同步电抗。（2）同步发电机的特性1）空载特性。当外加原动机带动发电机转子在同步转速下运行，并且转子的励磁绕组通以励磁电流时，电枢绕组开路即为同步发电机的空载运行。电枢绕组切割旋转磁场感应电动势，电枢绕组开路时的端电压等于空载电动势。当、时称为同步发电机的空载特性。下图中曲线1。2）短路特性。同步发电机在同步转速下三相的稳态短路电枢电流，即短路电流与励磁电流的关系称为短路特性，两者在数量上成线性关系。下图中直线3。 3）零
5、功率因数负载特性。4）同步发电机的外特性。同步发电机的外特性表示在、励磁电流等于常数、功率因数等于常数情况下，端电压和电枢电流的关系。外特性曲线与外加负载有关系，负载性质不同，外特性曲线也不同。 发电机的电压调整率： 4.同步发电机的并网运行同步发电机并列投入电网时，为了避免发生电流的冲击和转轴突然受力，应使发电机每相电动势瞬时值与电网电压瞬时值保持相等。此条件可分开写成以下四条： （1）发电机的频率和电网频率相同； （2）发电机和电网的电压波形要相同； （3）发电机和电网电压大小、相位要相同； （4）发电机和电网的相序要相同。5.同步发电机的功率平衡同步发电机的功率平衡方程为： 由于定子绕组
6、很小，因此其电阻损耗可以不计，就有上式。其中，为内功率因素角，把称为功角，它表示发电机励磁电动势与电枢端电压之间的夹角。凸极电机：隐极电机：本周要求掌握的内容如下：本周我们要了解掌握同步电机的工作原理、结构，掌握同步电机并网所需要的条件，了解电动势平衡方程式及电枢反应，了解同步电机的各种特性和功率平衡。习题（一）选择题1同步电机有三种主要的运行方式，其中最主要的用途是（ ）。 A发电机B电动机C调相机D以上都不正确答案：A2对于感性负载，在励磁电流不变的情况下，随着电枢电流的增大，同步电机的外特性是（ ）的曲线。A上升B下降C没有影响D不能确定答案：B（二）判断题1中小型同步电机多采用凸极式转子。 （正确）（三）简答题1同步发电机关列投入电网时需满足的条件。答：（1）发电机的频率和电网频率相同； （2）发电机和电网的电压波形要相同； （3）发电机和电网电压大小、相位要相同； （4）发电机和电网的相序要相同。 第1页 共5页
