合肥工业大学：《电机及拖动》第六章 同步电机

画合,营大第六章同步电机 第一节三粗同步电动机 一、三相异步电动机同步运行和同步电动机的工作原理 异步电动机同步运行 时转子绕组的接线图 集电环 ax Z 异步运行同步运行

第六章 同步电机 第一节 三相同步电动机 一、 三相异步电动机同步运行和同步电动机的工作原理 异步电动机同步运行 时转子绕组的接线图

Fa+Fb+Fc F2 b 转子绕组作“两并一串”联接 并且通入直流后所建立的磁动 势和磁场的基波分布图 =I CZ 2

2 转子绕组作“两并一串”联接， 并且通入直流后所建立的磁动 势和磁场的基波分布图 ax m i I = by 1 2 m i I = − cz 1 2 m i I = −

绕线转子异步电动机的转子绕组通入直流电流 后,就成为一个电磁铁。 ns 不论旋转磁极与电磁铁在起始时的相对位置如 何;结果总是旋转磁极的N极和S极分别与电磁铁 的S极和N极相吸。旋转磁极以同步转速旋转,则 必然拉着电磁铁也以同步转速旋转。这时异步电 动机就作同步运行。 N 二、同步电动机的基本结构 1、定子 与异步电机定子无太大区别。 2、转子 e 人L 凸极式 隐极式

凸极式 隐极式 3 绕线转子异步电动机的转子绕组通入直流电流 后，就成为一个电磁铁。 不论旋转磁极与电磁铁在起始时的相对位置如 何，结果总是旋转磁极的N极和S极分别与电磁铁 的S极和N极相吸。旋转磁极以同步转速旋转，则 必然拉着电磁铁也以同步转速旋转。这时异步电 动机就作同步运行。 二、同步电动机的基本结构 1、定子 与异步电机定子无太大区别。 2、转子

三、电动势平衡方程式及相量图 U=-E-E-E+IR E0+Xa+。+ Eo 电枢反应电抗x与漏抗x合 并用同步电抗x表示 不计凸极效应时同 Xad F 步电动机矢量图 JIra Fa aq 凸极式同步电 动机的矢量图

4 不计凸极效应时同 步电动机矢量图 三、电动势平衡方程式及相量图 0 0 j j a a a a U E E E IR E IX IX IR   = − − − + = − + + + 电枢反应电抗xa 与漏抗 xσ合 并用同步电抗xt 表示。 凸极式同步电 动机的矢量图

q轴 凸极式同步电动机 d轴 d轴 的电枢磁动势分布 波及其磁密分布波 Fa(x) Ba(x) 考虑到凸极效应,为了便于分析,采用所谓双反应理论,即把 电枢磁动势矢量Fa分解成直轴分量和交轴分量 F=F+F q d end=-jlaxnd e==jl,x 5

5 考虑到凸极效应，为了便于分析，采用所谓双反应理论，即把 电枢磁动势矢量 Fa 分解成直轴分量和交轴分量。 凸极式同步电动机 的电枢磁动势分布 波及其磁密分布波 j E I X ad d ad = − Fa = Fad + Faq d q I I I  =  +  j E I X aq q aq = −

考虑凸极效应的同步电动机电动势平衡方程式 U=-Eo+ildxd+Ilona +IRa 直轴同步电抗Xa=Xa+ 交轴同步电抗Xg=Xa+X。 四运行特性 (一)功角特性和Ⅴ形曲线 1、功角特性 同步电动机的功率平衡关系 P=P+(pFe+pech +P=P+p Pua为定子铜耗

6 考虑凸极效应的同步电动机电动势平衡方程式 0 j j U E I X I X IR = − + + + d d q q a 交轴同步电抗 X X X q aq = +  直轴同步电抗 X X X d ad = +  四、运行特性 （一）功角特性和V 形曲线 1、功角特性 同步电动机的功率平衡关系 P P p 1 e Cua = + e 2 Fe mech Δ 2 0 P P p p p P p = + + + = + ( ) Cua p 为定子铜耗

同步电动机的转矩平衡关系i em 「xz=E0-Ucos0 x=Usin e 考虑凸极效应,不计定子电阻 6=v-q 的同步电动机电动势相量图 为功率角 V为内功率因数角 9为功率因数角

7 同步电动机的转矩平衡关系 Tem = T2 +T0    = = −   sin cos 0 I x U I x E U q q d d  = −  为功率角  为内功率因数角 为功率因数角  考虑凸极效应，不计定子电阻 的同步电动机电动势相量图

UE sinetm sin 20 2X X UE U 9r Sin 20 式中,m—相数 上式表明,当电源电压U=U,励磁电流 不变时,同步电动机的电磁功率(或电磁 转矩)与功率角的关系如右图所示。这种 关系称为同步电动机的功角特性(或矩角 P 特性)。 P(或。)称为基本分量; Pe P(或1。)称为附加分量; 9 80°

8 2 0 e 1 1 sin sin 2 2 d q d UE U P m m X X X   =  + −        2 0 e 1 1 sin sin 2 2 d s s q d UE U T m m X X X   =  + −          式中，m——相数 上式表明，当电源电压U=UN ，励磁电流 不变时，同步电动机的电磁功率（或电磁 转矩）与功率角的关系如右图所示。这种 关系称为同步电动机的功角特性（或矩角 特性）。 P e  （或 T e  ）称为基本分量； P e （或 T e  ）称为附加分量；

空载运行时:T=m0sin0≈0 tS sin6≈06≈0 电磁转矩最大值 UE eM -m-0 理想空载 电动机运行

9 理想空载 电动机运行 空载运行时： 0 sin 0 e t s UE T m X =    sin   0   0 0 eM t s UE T m X =  电磁转矩最大值

恒功率、变励磁、不 2、V形曲线 计凸极效应时同步电 动机的电动势相量图 同步电动机的V形曲线是指当电 源电压与频率均为额定值时,在 输出功率不变的条件下,调节励 B2 J12X J/3 磁电流/,定子电流/会相应地变 J/Xt 化,/=()曲线,形状像英文字 母V,称为V形曲线。 b E PMIl>PI MII 滞后 超前 欠励一正常励磁一过励—一F(E0)

10 恒功率、变励磁、不 计凸极效应时同步电 动机的电动势相量图 2、V形曲线 同步电动机的V形曲线是指当电 源电压与频率均为额定值时，在 输出功率不变的条件下，调节励 磁电流If ，定子电流I 会相应地变 化，I=f(If) 曲线，形状像英文字 母V，称为V 形曲线