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第六章 同步电机稳态分析.ppt

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第六章 同步电机Synchronous machines,※同步电机的工作原理及结构特点 ※同步电机的运行原理 ※同步电机的基本运行特性 ※同步发电机的并联运行 ※同步电动机和同步补偿机 同步发电机的不对称运行 同步发电机的突然短路,主要内容,6.1 同步电机的基本结构和运行状态,同步电机结构模型 同步电机工作原理 同步电机运行方式 同步电机结构(主要部件、励磁方式、分类) 同步电机额定值,同步电机,旋转电枢式,旋转磁极式,隐极式 (Non-salient pole),凸极式 ( Salient-pole ),,,最基本形式,很少使用,一、同步电机的结构模型,,N S,定子 (电枢),转子,励磁 绕组,旋转磁极式电机,,主磁场,气隙,◆载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组,成为感应电势或者感应电流的载体。,◆切割运动:原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能),极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组。 ◆ 交变电势的产生:由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动,电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线,即可提供交流电源。 动画,◆主磁场的建立:转子上励磁绕组通以直流励磁电流,建立极性相间的励磁磁场,即建立起主磁场。,二、 同步电机的工作原理,(三相同步发电机为例 ),,二极机械旋转磁势,,四极机械旋转磁势,励磁机,→F0,旋转的 F0 和Φ0,E0,,,发电机运行,交变感应电势的产生,感应电势有效值,感应电势频率,交变性和对称性,同步转速,E相 = 4.44 f1 kw1 N1Φ,三、 三相同步电机的可逆运行,,,,,三相同步电机的工作原理,发电机,电动机,无有功功率转换发出无功功率,同步补偿机,同步电机运行状态,主要取决于定子合成磁场与转子主磁场之间的夹角δ,δ称为功率角,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,N,No,No,No,N,N,So,So,S,S,S,So,,,,,,主极,主极,,,,同步电机的三种运行状态,发电机,补偿机,电动机,四、三相同步电机的基本结构,1. 主要部件 (1) 定子(电枢)(2) 转子,由硅钢片叠成。 对称三相绕组。,①定子铁心: ②定子绕组: ③机座和端盖等。,,,①转子铁心:由整块铸(锻)钢制成。 ②励磁绕组:工作时施加直流励磁。 ③阻尼绕组和转轴等。,阻尼绕组,第9章 同步电动机,按转子结构的不同:隐极式、凸极式。,凸极式,隐极式,优点:机械强度好 缺点:制造工艺较复杂; 应用:因此多用在离心力较大、转速较高的电机中。例如汽轮发电机多采用隐极结构。,优点:制造方便; 缺点:机械强度较差。 应用:在离心力较小、转速较低的中小型电机中或用在水轮发电机中。,,励磁机,发电机,水轮机,,水轮发电机原理,水轮发电机结构,(2)卧式水轮发电机,(3)转子结构,10000kw水轮机转子,三相同步电机的基本结构,小浪底电站水轮机组安装,三相同步电机的基本结构,三峡电站首台机组安装,三相同步电机的基本结构,水力发电,三相同步电机的基本结构,三相同步电机的基本结构,汽轮发电机原理,汽轮发电机结构 (均为卧式) (1)定子铁心,(2)定子绕组,燃烧室,燃料,锅炉的炉膛,循环水,汽轮机,发电机,3 600 r/min,升压变压器,超热高压蒸汽,电能输出,电能的产生,热电厂 1 煤传送带 2 加煤机 3 粉碎机 4 锅炉 5 煤渣 6 空气预热器 7 静电除尘 8 烟囱 9 汽轮机 10 冷凝器 11变压器 12 冷却塔 13 发电机 14 输电线,,励磁方式——同步电机获取直流励磁电流的方式 励磁系统——供结励磁电流的整个系统,包括装置和线路励磁机励磁调节器(手动、自动)灭磁装置,2. 励磁方式,对励磁系统的要求,正常运行时,供结励磁电流 为维持端电压或电网电压值,随负载情况变化,励磁电流能相应调节 当系统电压严重下降时(如发生短路故障等),能强行励磁提高电势,保持电压稳定 突然丢负荷时,如水轮机组转速明显升高,能强行减磁,限制端电压过度增高。,对励磁系统的要求,当电机内部发生短路故障时, 能快速灭磁和减磁,以减小故障的损坏程度。 对两台以上并列运行发电机, 能成组调节无功功率,使无功合理分配。 其他:反映迅速,运行可靠,结构简单,损耗小,成本低,体积小等,直流励磁机励磁,直流励磁机通常与同步发电机同轴,采用并励或者他励接法,或采用负载电流反馈的复式励磁。 采用他励接法时,励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。,,交流励磁机静止整流励磁,同一轴上有三台交流发电机,即主发电机
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