《電機技術》4.1.1 同步電機的原理和分類任務手冊

同步電機的原理和分類【任務要求】知識點技能點同步電機的原理同步電機的分類同步電機的運行狀態(tài)同步電機原理的分析與應用會對同步電機進行分類同步電機運行狀態(tài)的分析與應用重點難點同步電機的原理同步電機的運行狀態(tài)分析【任務清單】任務1：什么是同步電機與異步電機一樣，同步電機也是一種常用的交流旋轉電機。同步的含義是：穩(wěn)態(tài)運行時，轉子轉速等于同步轉速，與負載大小無關，轉速n與電網(wǎng)頻率f之間的關系為：n=60f/p。同步電機主要用作發(fā)電機，現(xiàn)代水電站、熱電廠和核電站的交流發(fā)電機組幾乎全部都是同步發(fā)電機。任務2：同步電機原理同步電機與異步電機的根本區(qū)別是旋轉的轉子通入直流電流勵磁。勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機拖動轉子以轉速n旋轉時，其磁場切割定子繞組而感應三相交流電動勢E0。如果帶三相對稱負載運行時，則在定子三相繞組中產(chǎn)生三相對稱電樞電流ia、ib、ic。一、發(fā)電機基本原理1、勵磁繞組通以直流電流后，轉子即建立恒定磁場；2、當原動機拖動轉子旋轉時，其定子繞組切割磁場而產(chǎn)生交流感應電動勢，該電動勢的頻率為f=pn/60；3、如果同步發(fā)電機接上負載，在電勢作用下，將有三相電流流過。這說明同步發(fā)電機把機械能轉換成了電能。二、電動機基本原理1、在定子繞組上施以三相交流電壓時，電機內部產(chǎn)生一個定子旋轉磁場，其旋轉速度為同步轉速n1。2、轉子將在定子旋轉磁場的帶動下，帶動負載沿定子磁場的方向以相同的轉速旋轉，轉子的轉速為：n=n1=60f/p，同步電動機將電能轉換為機械能。任務3：同步電機分類按運行方式分為：發(fā)電機、電動機、調相機；按結構型式分為：旋轉電樞式、旋轉磁極式（旋轉磁極式又分為隱極式和凸極式）；按原動機類別：汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機、柴油發(fā)電機；水輪發(fā)電機、同步電動機、柴油發(fā)電機和調相機一般作成凸極式，極數(shù)多，轉速低。汽輪發(fā)電機一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機均為2極，轉速為3000轉/分鐘。任務4：同步電機的運行狀態(tài)同步電機有三種工作狀態(tài)。同步發(fā)電機：把機械能轉化為電能，向電網(wǎng)發(fā)出交流電，是同步電機最主要的運行方式，比如汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機；同步電動機：把電能轉化為機械能；同步調相機（補償機）：實際上是一臺接在電網(wǎng)上空載的同步電動機，用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。同步電機運行于哪種狀態(tài)，取決于轉子磁場軸線領先合成磁場軸線的夾角δ（功率角）。δ>0，發(fā)電機狀態(tài)；δ<0，電動機狀態(tài)；δ=0，補償機狀態(tài)。δ>0時，Te為制動轉矩，原動機的驅動轉矩與電磁轉矩Te平衡。轉子吸收機械功率，定子發(fā)出電功率。δ=0時，不進行能量轉換，僅發(fā)出或吸收無功功率，作為補償機運行。δ<0時，Te為驅動轉矩，帶動負載運行。轉子輸出機械功率，定子吸收電功率。任務5：同步電機的型號汽輪發(fā)電機有QFQ、QFN、QFS等系列。QF表示汽輪發(fā)電機；第三個字母表示冷卻方式，Q——氫外冷，N——氫內冷，S——雙水內冷。如：QFS-300-2表示容量為300MW雙水內冷2極汽輪發(fā)電機。水輪發(fā)電機系列有TS系列。T表示同步，S表示水輪。如：TSS1264/160-48表示雙水內冷水輪發(fā)電機，定子外徑為1264厘米，鐵心長為160厘米，極數(shù)為48。同步電動機系列有TD、TDL等。TD表示同步電動機，后面的字母指出其主要用途，如：TDG表示高速同步電動機；TDL表示立式同步電動機。同步補償機為TT系列。【任務拓展】請認真思考并回答下列問題1、為什么大容量同步電機采用磁極旋轉式而不用電樞旋轉式？2、為什么同步電機的氣隙要比容量相同的感應電機的大？3、同步電機轉子表面氣隙磁通密度分布的波形是怎樣的?轉子表面某一點的氣隙磁通密度大小隨時間變化嗎?定子表面某一點的氣隙磁通密度隨時間變化嗎?4、請說明QFS-300-2為什么類型的同步電機5、在直流電機中，E>U還是E<U是判斷電機作為發(fā)電機運行還是電動機運行的依據(jù)之一，在同步電機中，這個結論還正確嗎？6、什么是同步調相機？7、某工廠變壓器的容量為2000kV·A，該廠電力設備的平均負載