大工20秋《电机学》辅导资料十二

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电机学辅导资料十二主    题：同步电机的辅导文章——同步电机的基本结构和额定值、三相同步电机的工作原理
学习时间：2020年12月14日--12月20日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
每周文摘：担使命，就是要牢记我们党肩负的实现中华民族伟大复兴的历史使命，勇于担当负责，积极主动作为，用科学的理念、长远的眼光、务实的作风谋划事业；保持斗争精神，敢于直面风险挑战，知重负重、攻坚克难，以坚忍不拔的意志和无私无畏的勇气战胜前进道路上的一切艰难险阻；在实践历练中增长经验智慧，在经风雨、见世面中壮筋骨、长才干。
摘选自《在“不忘初心、牢记使命”主题教育工作会议上的讲话》内    容：
我们这周主要学习课件第5章同步电机的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对同步电机相关知识的理解。
一、同步电机的基本结构和额定值（重点了解）
1.同步电机是由定子和转子组成的。其中定子又由定子铁心、定子绕组、机座、端盖等部件组成，转子由转子铁心、励磁绕组、阻尼绕组和转轴等组成。


图1
同步电机的定子称为电枢（而直流电机的转子称为电枢），定子铁心和定子绕组称为电枢铁心和电枢绕组。同步电机一般采用旋转磁极式结构。按转子主磁极形状的不同，同步电机又分为隐极式和凸极式两种基本形式，同步电机的转子绕组为励磁绕组，工作时需要励磁系统为其励磁，以产生同步电机的主极磁场。
同步电机的几种主要励磁方式：直流励磁机励磁、静止整流器励磁、旋转整流器励磁。
2.同步电机的额定值
1）额定容量或额定功率：均是指同步电机额定运行时的输出功率。
对于同步发电机，额定容量是指额定运行时电枢输出的额定视在功率，额定功率是指同步发电机额定运行时电枢输出的额定有功功率。对于同步电动机，额定功率是指额定运行时轴上输出的额定机械功率，补偿机则用无功功率表示。
2）额定电压：是指同步电机在额定状态下运行时电枢的线电压。
3）额定电流：是指同步电机在额定状态下运行时电枢的线电流。
4）额定功率因数：是指同步电机在额定状态下运行的电机的功率因数。
5）额定频率：是指同步电机在额定状态下运行时电枢的频率。我国同步电机的额定频率规定为
。
6）额定转速：是指同步电机在额定状态下运行时电机的转速，额定转速即为同步转速。
二、三相同步电机的工作原理（重点了解）
三相同步电机为双边励磁电机，工作时，一方面，转子励磁电流产生励磁磁动势
,形成同步电机的主极磁场；另一方面，电枢（定子）三相绕组上的对称三相电流产生同步转速为
的旋转磁动势
而形成电枢旋转磁场；转子主极磁场与电枢旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，转子以同步转速
恒速旋转，从而实现机电能量的转换。
同步电机空载时，电枢电流为零，气隙磁场仅由转子励磁电流激励。此时电枢绕组感应产生的空载相电动势（励磁电动势）与励磁电流的关系称为同步电机的空载特性，该特性与电机的磁化曲线只差一个比例系数。空载特性曲线是同步电机最基本的特性曲线。


图2 同步电机的空载特性
同步电机负载时，气隙磁场由转子励磁电流和电枢电流共同激励，即由主极磁场和电枢磁场合成。因此，负载时的气隙磁场与空载时的气隙磁场完全不同，这种电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。
电枢反应不仅使气隙磁场发生畸变，还有去磁或增磁效应。电枢反应的性质取决于电枢电流
与励磁电动势
的相位关系，将
与
的相位差称为内功率因数角
。在同步发电机中，有如下关系：

与
的同相位



与
正交，
即
为交轴电枢磁动势，此种反应称为交轴电枢反应


超前于





与
反方向
即
为直轴去磁性电枢磁动势，此种反应称为直轴电枢反应


滞后于





与
同方向
即
为直轴增磁性电枢磁动势，此种反应也称为直轴电枢反应


    一般情况下，
，
，即直轴和交轴电枢反应同时存在。其中，
为电枢磁动势的直轴分量，
；
为电枢磁动势的交轴分量，
。
    交轴电枢反应使气隙磁场发生畸变，气隙合成磁动势
滞后或超前于励磁磁动势
，这是产生电磁转矩、实现机电能量转换的关键，而去磁性和增磁性的直轴电枢反应会对同步电机的运行性能产生重要的影响。
    气隙合成磁动势
与励磁磁动势
的空间角度差称为同步电机的功率角
。功率角
的正负，代表了同步电机的运行状态。
当
超前于
时
，同步电机为发电机运行状态；
当
与
同方向时
，同步电机为理想空载运行状态（或补偿机状态）；
当
滞后于
时
，同步电机为电动机运行状态。


图3 同步电机的运行状态
因此，同步电机有发电机、电动机和补偿机等三种运行状态。同步电机究竟运行于何种状态，主要取决于转子主极磁场与气隙合成磁场的相对位置，所转换的功率的大小则取决于功率角
的大小，故功率角
是一个能表征同步电机的运行状态的物理量。
三、典型例题解析
1.对于隐极同步发电机，当功率角达到(    )时，电磁功率达到最大值。
A.60°
B.90°
C.120°
D.180°
答案：B
2.同步电机的(    )与笼型绕组结构相似，它由插入主磁极极靴槽中的铜条和两端的端环焊成一个闭合绕组。A.励磁绕组
B.阻尼绕组
C.电枢绕组
D.定子绕组
答案：B
3.什么是同步电机的电枢反应？电枢反应的影响是什么？
答:同步电机负载以后，电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。
电枢反应分为交轴电枢反应和直轴电枢反应。交轴电枢反应使气隙磁场发生畸变，使气隙合成磁动势滞后或超前于励磁磁动势；直轴电枢反应产生去磁或增磁效应，使气隙合成磁动势小于或大于励磁磁动势。
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