《电机及拖动基础》 讲义 主讲 张友斌 参考教材:《电机及拖动基础》(第3版) 顾绳谷主编机械工业出版社
《电机及拖动基础》 讲 义 主讲 张友斌 参考教材：《电机及拖动基础》（第3版） 顾绳谷 主编 机械工业出版社
第六章同步电动机 §6-1三相同步电动机 相同步电动机的工作原理 若将一台绕线式三相异步电动机的转子出线端a b、c引岀后接到直流电源上(a端接十,b、c并 联接一) C0+ + ax yb b b 每相电流形成的磁动势的基波在空 间上是正弦分布(参见图教材6-3
第六章 同步电动机 ◼ §6－1 三相同步电动机 ◼ 一、三相同步电动机的工作原理 若将一台绕线式三相异步电动机的转子出线端a、 b、c引出后接到直流电源上（a端接＋，b、c并 联接－） a c b + − y z x ax I yb I zc I ax yb zc I = I + I a x yb z c b y cz I = I = I = −I = −I 2 1 每相电流形成的磁动势的基波在空 间上是正弦分布（参见图教材6－3）
如此可以将转子磁场可看成为一个直流磁场,也 就是说,转子为一个磁极: 若异步电动机的定子为一对磁极,则定子磁场可 以看成为一个以no旋转的磁极: 转子磁极在旋转的定子磁极作用下(异性相吸 同性相斥)旋转,且也以速度旋转 此时异步电动机就作同步 运行了。S=0,2=f1=0 即转子内无交流电流时而 是直流电流时异步电动机 即为同步运行
如此可以将转子磁场可看成为一个直流磁场，也 就是说，转子为一个磁极： 若异步电动机的定子为一对磁极，则定子磁场可 以看成为一个以 旋转的磁极： 转子磁极在旋转的定子磁极作用下（异性相吸、 同性相斥）旋转，且也以 速度旋转。 n0 n0 n0 n0 此时异步电动机就作同步 运行了。 即转子内无交流电流时而 是直流电流时异步电动机 即为同步运行0, 0, s = f 2 = sf1 =
■同步电动机的工作原理 将异步电动机的结构改变为转子通以直流 电,则此时的电动机即为同步电动机 故同步电动机的工作原理与异步电动机的 工作原理则完全不同了。 同步电动机的工作原理是:定子通以交流 电,转子通以直流电,构成双极磁极。 转子磁极在旋转的定子磁极的磁拉力的 拖动下转动且达到同步转速
◼ 同步电动机的工作原理 将异步电动机的结构改变为转子通以直流 电，则此时的电动机即为同步电动机。 故同步电动机的工作原理与异步电动机的 工作原理则完全不同了。 同步电动机的工作原理是：定子通以交流 电，转子通以直流电，构成双极磁极。 转子磁极在旋转的定子磁极的磁拉力的 拖动下转动且达到同步转速
同步电机的基本结构 1、定子 与异步电动机结构无多大的差别,作用也一样: 接受能量,产生旋转磁场 2、转子 转子有两种形式:1)凸极式、2)隐极式 转子也是由钢片叠加而成且套有励磁绕组。 励磁绕组通过集电环与电刷接到直流电源上。 也有定子作为直流磁极,转子作为电枢的。 注意:直流电机的转子称为电枢,但一般交流电 机的定子是称为电枢的。所谓电枢是指转换电 量的枢纽
◼ 二、同步电机的基本结构 1、定子 与异步电动机结构无多大的差别，作用也一样： 接受能量，产生旋转磁场。 2、转子 转子有两种形式：1)凸极式、2）隐极式 转子也是由钢片叠加而成且套有励磁绕组。 励磁绕组通过集电环与电刷接到直流电源上。 也有定子作为直流磁极，转子作为电枢的。 注意：直流电机的转子称为电枢，但一般交流电 机的定子是称为电枢的。所谓电枢是指转换电 能量的枢纽
电动势平衡方程式 同步电动机的励磁磁动势F(转子 磁动势)是由直流电源决定的,其不 电枢磁动势Fn(定子磁动势)的影响 (因为二者无相对运动),但当负载不 同时,定子电流的变化则会使电枢磁动 势变化,则由励磁磁动势与电枢磁动势 联合激励的气隙磁动势会显著变化。这 与异步电动机有显著的不同。(异步电 动机的气隙磁场在空载到额定负载都是 不变的) 2、F与F对转子都无相对运动。故电磁 感应在转子中不存在,但对定子而言, 却受二者的作用而存在电磁感应
◼ 三、电动势平衡方程式 1、 同步电动机的励磁磁动势Ff（转子 磁动势）是由直流电源决定的，其不受 电枢磁动势Fa （定子磁动势）的影响 （因为二者无相对运动），但当负载不 同时，定子电流的变化则会使电枢磁动 势变化，则由励磁磁动势与电枢磁动势 联合激励的气隙磁动势会显著变化。这 与异步电动机有显著的不同。（异步电 动机的气隙磁场在空载到额定负载都是 不变的） 2、 Ff与Fa对转子都无相对运动。故电磁 感应在转子中不存在，但对定子而言， 却受二者的作用而存在电磁感应
电动势平衡方程式 3、同步电动机的电磁关系: 转子一励磁U→>l→F→>%→E 定子一电枢 U→1→F→>→>E 0n→>En(漏磁通 r(电枢电阻压降) x-电枢反应电抗x-定子绕组漏电抗 4、电动势平衡方程式: U=-Eo-E-E+Ir=Eo+ jlx+lx +Ir 令 x,=xa tx x-同步电抗
◼ 三、电动势平衡方程式 3、同步电动机的电磁关系： 转子－励磁 定子－电枢 F 0 E0 U I f → f → f → → Fa a Ea U → I → → → → E a Ir （漏磁通） （电枢电阻压降） a a E jIx 令： = − E jIx = − xa −电枢反应电抗 x −定子绕组漏电抗 4、电动势平衡方程式： a a U E E E Ir = − − − + 0 a a E jIx Ix Ir = − + + + 0 x x x 令: t = a + xt −同步电抗
四、相矢图 1、不计凸极效应时同步电动机的相矢图 将时间量Ⅰ与矢量F联系起来(参见异步电动机 的相矢图) q-功率因数角 F 6-功率角 1xv-内功率因数角 Fa与F之间的夹角是 此处用x笼统 根据励磁磁动势的 表示电枢反应 强弱决定的。 不计凸极效应时同步电动机的相矢图
◼ 四、相矢图 1、不计凸极效应时同步电动机的相矢图 将时间量 与矢量 联系起来（参见异步电动机 的相矢图） I Fa Ff I U xa jI x jI a jr E0 − Fa 不计凸极效应时同步电动机的相矢图 −功率因数角 −功率角 −内功率因数角 Fa与Ff之间的夹角是 根据励磁磁动势的 强弱决定的。 此处用 笼统 表示电枢反应 a x
■2、凸极式同步电动机的相矢图 ld . I x一直轴同步电抗 j x,+x jaX,一交轴同步电抗 ag 0 x=x+X 考虑凸极效应时的电动势平衡方程式: U=-Eo+jldxadtjloxaa t jlxg+lr Eo+jldxadtjldxatjlaxoa tjilgxa+Ir +jldxdtjloxa lr
◼ 2、凸极式同步电动机的相矢图 Ff I U q xaq jI x jI a jr E0 − Fa d I q I Fad Faq d xad jI ad aq x x d ad q aq a U E jI x jI x jIx Ir = − + + + + 0 d a d d q a q q a E jI x jI x jI x jI x Ir = − + + + + + 0 d d q q a E jI x jI x Ir = − + + + 0 考虑凸极效应时的电动势平衡方程式： x x x d = ad + x x x q = aq + xd − 直轴同步电抗 xq − 交轴同步电抗
五、运行特性 与异步电动机一样,同步电动机的工作特性也有: Tn=f(12),I=f(P2),cosp=(P2),=(2),n=(P2) 但是改变输出功率以及改变励磁电流都可改变同 步电动机的工作特性,所以以输出功率与劢磁 电流作为参数来分析同步电动机的运行特性。 可分为两个方面来讨论: 1、功角特性一励磁电流不变时,输出有功功率与 功率角的关系 2、V形曲线一有功功率不变时,励磁电流与电枢 电流及功率因数的关系
◼ 五、运行特性 与异步电动机一样，同步电动机的工作特性也有： 但是改变输出功率以及改变励磁电流都可改变同 步电动机的工作特性，所以以输出功率与励磁 电流作为参数来分析同步电动机的运行特性。 可分为两个方面来讨论： 1、功角特性－励磁电流不变时，输出有功功率与 功率角的关系 2、V形曲线－有功功率不变时，励磁电流与电枢 电流及功率因数的关系 ( ), ( ),cos ( ), ( ), ( ) 2 P2 P2 P2 n P2 T f P I f em = = = = =