第4章同步电机.ppt
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1、第 4 章 同步电机,4.1 同步电机概述,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机概述,一、各种型式的同步电机 二、三峡大坝风光 三、同步电机结构 四、励磁、冷却与铭牌,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机概述,一、各种型式的同步电机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,汽轮发电机组运行,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,汽轮发电机组运行,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,小型汽轮发电机组,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,水电厂及水轮发电机组,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,小型柴油发电机组,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,无刷同步发电机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,大型同
2、步电动机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,稀土永磁同步电动机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,永磁同步(伺服)电动机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,微型同步电动机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机概述,二、三峡大坝风光,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡大坝全景,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡大坝上游,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡大坝下游,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡大坝下游观光道,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡大坝下游近景,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡大坝坝顶,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡坝顶升降机,湖北工业大学稀
3、土电机及控制研究所,三峡大坝船闸,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡坝区坛子岭,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,坛子岭三峡工程纪念簿,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机概述,三、同步电机结构,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,旋转磁极式同步电机,隐极式 凸极式,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,隐极同步电机,A,励磁绕组,小齿,大齿,Y,B,X,C,Z,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,隐极同步电机,隐极式同步电机主要作为火电厂的汽轮发电机,通常主磁极数为一对极。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步电机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步电机,凸极式同步电机主要作
4、为水电厂的水轮发电机,主磁极数比较多。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,水轮发电机,长江三峡水轮发电机有40对主磁极,额定转速为75 转/分。,清江水布垭水轮发电机有20对主磁极,额定转速为150 转/分。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,汽轮发电机的主要部件,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,汽轮发电机定子,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,汽轮发电机定子端部,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,加工中的汽轮发电机转子,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,加工中的汽轮发电机转子,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,汽轮发电机转子励磁绕组,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,汽轮发电机定子铁心安装
5、,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,汽轮发电设备的运输,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,汽轮机转子在吊装,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡左岸电厂发电机,三峡左岸电厂的14台水轮发电机组分别由 AISTOM 和 VGS(VOITH-GE-SIEMENS)两大集团供货。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡左岸发电机参数,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡左岸发电机主要尺寸,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡左岸发电机定子铁心,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡左岸发电机定子绕组端部,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡左岸发电机定子绕组端部,湖北工业大学稀土电机及控制研
6、究所,水轮发电机定子,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡发电机转子吊装,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,水轮发电机转子安装,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,水轮发电机转子轴,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡发电机的转子磁极,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,水轮发电机转子磁极,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,水轮发电机转轮,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,三峡水轮发电机转轮,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,水轮发电机的安装,悬式 伞式 1-上导轴承 2-上机架 3-推力轴承 4-下导轴承 5-下机架,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,小型水轮发电机推力轴承,湖北工业大学稀土
7、电机及控制研究所,三峡水轮发电机推力轴承,三峡 6000t 级弹性金属塑料瓦推力轴承,实测推力瓦面温度3273,推力瓦体温度3246。最高瓦面温度与推力瓦体温度相差27 K。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,大型同步电动机转子,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机概述,二、励磁与冷却方式,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步发电机的励磁系统,1. 直流发电机励磁 2. 整流励磁,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步发电机的励磁系统,副励磁机,主励磁机,同步发电机,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的冷却方式,1. 空气冷却 2. 氢气冷却 3. 水冷却,湖北工业大学稀土电机
8、及控制研究所,同步电机的冷却方式,空气冷却 采用内扇式轴向和径向式混合通风系统,一般用于小容量汽轮发电机。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的冷却方式,氢气冷却 定、转子导线内部通氢气带走热量,汽轮发电机中广泛应用。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的冷却方式,水冷却 定子绕组导线内通水(冷凝水)带走热量,转子绕组通水比较困难。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的冷却方式,水冷却: 英国发明 双水内冷: 中国上海电机厂,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,第 4 章 同步电机,4.2 同步电机的运行原理,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的运行原理,一、同步
9、电机的空载运行 二、同步电机的电枢反应 三、凸极同步发电机的负载运行 四、隐极同步发电机的负载运行,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的运行原理,一、同步电机的 空载运行,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空载运行,凸极同步电机的空载磁场,B (x),B1(x),励磁绕组,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空载运行,隐极同步电机的空载磁场,B (x),B1(x),励磁绕组,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空载运行,当电机空载运行时,励磁电动势随励磁电流变化的关系称为同步发电机的空载特性。,空载特性:,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空载运行,
10、0,同步发电机的空载特性(磁化曲线),C,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空载运行,励磁电动势的大小与转子每极磁通成正比,而励磁电流的大小又和励磁磁势正比例变化,所以空载特性与电机磁路的磁化曲线具有类似的变化规律。,空载特性与磁化曲线,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空载运行,空载特性的作用之一是将设计好的电机空载特性与所谓的标准数据相比较,如果两者接近,说明电机设计合理,反之,则说明该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。,空载特性的作用,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空载运行,同步发电机的饱和系数,饱和系数,0,a,b,h,c,d,气隙线,湖北工业大
11、学稀土电机及控制研究所,同步电机的空载运行,饱和系数 过低:铁心未被充分利用,电压 稳定性不好 过高:调压时励磁电流过大,励 磁损耗增加,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空载运行,0,C,D,工作点在空载特性线性区,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空载运行,0,C,D,工作点在空载特性饱和区,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的运行原理,二、同步电机的 电枢反应,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,1. 时-空矢量图 2. 不同情况下的电枢反应 3. 双反应理论,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,1. 时-空矢量图,湖北工业
12、大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空间矢量图,1) 空间矢量图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空间矢量图,同步电机的直轴与交轴,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空间矢量图,f1,0,90,空间矢量,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空间矢量图,If,+d,N,+d,空间矢量图,N,S,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空间矢量图,A,(交轴),+d,X,N,S,n1,+q,(相轴),+A,+d,+A(相轴),空间矢量图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空间矢量图,+q +A,空间矢量图,A,(相轴),+d,X,N,S,n1,+q,(直
13、轴),n1,+A,+d,1,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的空间矢量图,Bf1,0,A,X,基波气隙磁密,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的时-空矢量图,2)时间相量图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的时间相量图,A,X,N,S,n1,(相轴),+A,+j (时轴),时间相量图,A 相两线圈边 处的磁密为零,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的时间相量图,+j(时轴),A,(相轴),X,N,S,n1,+A,时间相量图,A 相两线圈边 处的磁密最大,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的时-空矢量图,3)时-空矢量图,湖北工业大学稀土电机及控制研究
14、所,同步电机的时-空矢量图,A,X,N,S,n1,(相轴),+A,+j,时-空矢量图的由来,+d,+A,+j,+d,+A,空间矢量图,时间相量图,时-空矢量图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的时-空矢量图,+j,A,(相轴),X,N,S,n1,+A,+A,+A,+j,+d,+d,空间矢量图,时间相量图,时-空矢量图,时-空矢量图的由来,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的时-空矢量图,+j,+d,+A,转子在垂直位置时的 时-空矢量图,+A,+d,+j,转子在水平位置时的 时-空矢量图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的时-空矢量图,当时轴 (+j) 与相轴(+A
15、) 重合后,磁通 与磁密 (或磁动势)同方向(相位)。,结论:,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,2. 不同情况下的电枢反应,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,当某相电流最大时,基波合成磁动势的正幅值便与该相的轴线重合。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,A,+d,X,B,Y,C,Z,N,S,n1,+j,+A(相轴),电枢磁动势向量图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,内功率因数角的定义,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,时的电枢反应,1),湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,
16、A,+A,+d,X,B,Y,C,Z,N,S,n1,+j,+j,+A,+d,+j,时的电枢反应,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,时的电枢反应(磁场扭斜、增磁),+A,+d,+j,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,时的电枢反应,2),湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,A,+A,+d,X,B,Y,C,Z,S,n1,+j,+j,+A,+j,+d,时的电枢反应,N,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,时的电枢反应(去磁),+A,+j,+d,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,时的电枢反应,3),湖北工业大学
17、稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,A,+A(相轴),+d,X,B,Y,C,Z,N,S,n1,+d,n1,+ j,+A,+ j,时的电枢反应,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,+d,n1,+A,时的电枢反应(增磁),+j,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,时的电枢反应,4),湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,+A,+d,n1,+j,时的电枢反应(磁场扭斜、去磁),湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的电枢反应,3. 双反应理论,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步
18、电机双反应理论,A,+A,X,B,Y,C,Z,N,S,n1,+q,+d,电枢反应磁动势和磁通,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步电机双反应理论,+A,+d,n1,+j,+q,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步电机双反应理论,直轴电枢反应磁动势和磁通,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步电机双反应理论,交轴电枢反应磁动势和磁通,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步电机双反应理论,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步电机双反应理论,A,+A,X,B,Y,C,Z,N,S,n1,+q,A,+A,X,B,Y,C,Z,N,S,n1,+q,+d,+d,电枢电流的直轴和交轴分
19、量,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,永磁同步电机直轴电枢反应,直轴,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,永磁同步电机直轴电枢反应,直轴,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,永磁同步电机交轴电枢反应,交轴,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,永磁同步电机交轴电枢反应,交轴,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,隐极同步电机电枢反应特点,A,X,B,Y,C,Z,n1,+d,+q,A,X,B,Y,C,Z,n1,+d,+q,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,隐极同步电机电枢反应特点,A,X,B,Y,C,Z,n1,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的运行原理,三、凸极同步发电机的 负载运行,湖北工业大学
20、稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,1. 电磁关系 2. 电动势方程式 3. 相量图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,1. 凸极同步发电机 电磁关系,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,凸极同步发电机电磁关系,不考虑电机磁路饱和时,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,2. 凸极同步发电机的 电动势方程式,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,A,B,C,凸极同步发电机的电动势方程式,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,与变压器类似,有,又,湖北工业大学稀土电机及
21、控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,分别为直、交轴电枢反应电抗,分别为直、交轴同步电抗,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,凸极同步发电机电动势方程式为,忽略定子绕组电阻,有,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,电枢反应电抗的物理意义,直、交轴电枢反应电抗分别等于在三相绕组通入单位(1A)直、交轴电流在其绕组中感应电动势的大小。,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,A,+A,X,B,Y,C,Z,N,S,n1,+q,A,+A,X,B,Y,C,Z,N,S,n1,+q,+d,+d,电枢电流的直轴和交轴分量,d Xq,湖北工业大
22、学稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,3. 相量图,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,凸极同步发电机的负载运行,功率因数角,内功率因数角,功角,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,同步电机的运行原理,四、隐极同步发电机的 负载运行,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,隐极同步发电机的负载运行,对于隐极同步电机,有,代入凸极同步发电机电动势方程式,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,隐极同步发电机的负载运行,隐极同步发电机的电动势方程式为,忽略定子绕组电阻,有,湖北工业大学稀土电机及控制研究所,隐极同步发电机的负载运行,式中,Xa 为隐极同步发电机的电枢反应电抗。,隐极同步发电机的同步电抗
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