同步电机接线方法

同步电机实验

5-1三相同步发电机的运行特性

一、 实验目的

1、 用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。 2、 由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。 二、 预习要点

1、 同步发电机在对称负载在下有哪些基本特性？ 2、 这些基本特性各在什么情况下测得？

3、 怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？ 三、 实验项目

1、 测定电枢绕组实际冷态直流电阻。

2、 空载实验。在n=nN、I=0的条件下，测取空载特性曲线UO=f（If）。

3、 三相短路实验。在n=nN、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线IK=f（If）。 4、 纯电感负载特性。在n=nN、I=IN、cos??0的条件下，测取纯电感负载特性 曲线。

5、 外特性。在n=nN、If=常数、cos?=1和cos?=0.8（滞后）的条件下，测取外 特性曲线U=f（I）。

6、 调节特性。在n=nN、U=UN、cos?=1的条件下，测取调节特性曲线If=f（I）。 四、 实验方法

1、 测定电枢绕组实际冷态直流电阻

被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。 测量与计算方法参见实验4-1。

2、 空载实验

1） 按图5-1接

同步电机

一、填空题：

1. 同步电机_____________对_____________的影响称为电枢反应。同步发电机电枢反应的性质取决于

__________________________。

电枢磁动势；励磁磁动势；内功率因数角?

2. 同步发电机当?=0°时，除产生____________________电枢反应外，还产生__________________________

电枢反应。

交轴电枢反应；直轴去磁电枢反应

3. 利用同步发电机的_____________和_____________曲线可以测量同步发电机的同步电抗，利用______

______和_____________曲线可以测量同步发电机的定子漏电抗。 空载特性；短路特性；空载特性；零功率因数负载特性

4. 利用_________可以同时测量凸极同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。

转差法

5. 同步发电机与电网并联运行的条件是：（1） ；

（2） ；（3）

同步电机

一、填空题：

1. 同步电机_____________对_____________的影响称为电枢反应。同步发电机电枢反应的性质取决于

__________________________。

电枢磁动势；励磁磁动势；内功率因数角?

2. 同步发电机当?=0°时，除产生____________________电枢反应外，还产生__________________________

电枢反应。

交轴电枢反应；直轴去磁电枢反应

3. 利用同步发电机的_____________和_____________曲线可以测量同步发电机的同步电抗，利用______

______和_____________曲线可以测量同步发电机的定子漏电抗。 空载特性；短路特性；空载特性；零功率因数负载特性

4. 利用_________可以同时测量凸极同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。

转差法

5. 同步发电机与电网并联运行的条件是：（1） ；

（2） ；（3）

同步电机的习题

说明：打“*”的题目有一定的难度。

1． 一台三相星形联结的隐极同步发电机，空载时使端电压为220V所需的励磁电流为3A，

当发电机接上每相5?的星形联结纯电阻负载时，要使端电压仍为220V，所需的励磁电流为3.8A。不计电枢电阻，试求该发电机的同步电抗（不饱和值）是多大？

解：空载时，励磁电流为3A，每相励磁电动势为 E0?2203?127(V)

则负载时，每相励磁电动势为 E0?'3.8?127?160.87(V) 3接上每相5?的对称电阻后，每相电流为 I?127?25.4（A） 5根据相量图中的几何关系，有

'2 E0?U2?(IXs)2

所以，有 Xs?'2E0?U2I160.872?1272??3.88?7

25.4

2．一台三相星形联结、1500kW的水轮发电机，额定电压6300V，额定功率因数cos?N?0.8（滞后），已知它的参数Xd?21.3,Xq?13.7，忽略电枢电

电气082 徐冬 学号：0803731153

浅谈永磁同步电机

永磁式同步电动机，是一种利用永磁体建立励磁磁场的小功率同步电动机。 永磁式同步电动机的定子产生旋转磁场，转子由永磁材料制成。永磁同步电动机能够在石油、煤矿、大型工程机械等比较恶劣的工作环境下运行，这不仅加速了永磁同步电机取代异步电机的速度，同时也为永磁同步电机专用变频器的发展提供了广阔的空间。

一、永磁同步电机原理

当永磁同步电动机的定子通入三相交流电时，三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场，一方面切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势；另一方面以电磁力拖动转子以同步转速旋转。电枢电流还会产生仅与定子绕组相交链的定子绕组漏磁通，并在定子绕组中产生感应漏电动势。此外，转子永磁体产生的磁场也以同步转速切割定子绕组，从而产生空载电动势。

二、永磁同步电机的特点

永磁同步电动机结构简单、体积小、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高、功率因数高、力矩惯量比大、定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可调、控制性能好；但它与异步

同步电机的基本方程式及数学模型

派克方程

1.1理想电机假设

（1）电机磁铁部分的磁导率为常数，因此可以忽略掉磁滞、磁饱和的影响，也不计涡流及集肤效应作用等的影响；

（2）定子的三个绕组的位置在空间互相相差120°电角度，3个绕组在结构上完全相同。同时，他们均在气隙中产生正弦分布的磁动势；

（3）定子及转子的槽及通风沟等不影响电机定子及转子的电感，因此认为电机的定子及转子具有光滑的表面；

为了分析计算，还需要设定绕组电流、磁链正方向。

1.2abc坐标下的有名值方程

同步电机共有6个绕组分别为：定子绕组a,b,c，转子励磁绕组f，转子d轴阻尼绕组D以及转子q轴阻尼绕组Q。需要求出每个绕组的电压、电流和磁链未知数，因此一共需要18个方程才能求解。 电压方程：

?ua?p?a?raia??ub?p?b?rbib?u?p??riccc?c?uf?p?f?rfif??uD?p?D?rDiD?0?u?p??ri?0QQQ?Q

D绕组与Q绕组均为无外接电源闭合绕组，因此电压均为0，从而上式中一共有8个方

程。

磁链方程：

??a??LaaLabLacLaf?????b??LbaLbbLbcLbf??c??LcaLcbLccLcf??????f??LfaL

第一章 基本知识

1.1同步电动机起动方式

同步电动机起动方式主要有异步起动和变频起动。变频起动需一套专用调频电源，技术复杂且设备成本高，主要用于负载及转动惯量都很大的大容量高速同步电动机，国内钢厂有几套进口变频起动装置，其它行业一般不使用。异步起动是同步电动机常用的起动方式，视供用电系统容量采用全压起动或降压起动，降压起动分为电抗器降压和自耦变压器降压。

图1-1 电抗器降压起动 图1-2自耦变压器降压起动

1.1.1电抗器降压起动

图1-1为采用电抗器降压起动主接线及投全压开关合闸控制回路示意图。电抗器降压时施加于电机端电压电流降低的同时起动力矩相应降低较大，适用于系统容量小不允许直接全压起动且对起动力矩要求不高的机组，如供电系统容量小但又要求起动力矩大的场合，需采用自耦变压器降压起动。电抗器降压起动时，合1DL，机组转速加速至投全压滑差时（约0.9Ne），励磁装置投全压继电器JQY动作，控制2DL合闸，将母线电压直接施加于电机定子。 1.1.2自耦变压器降压起动

图1-2示自耦变压器降压起动主接线及控制回路，两者都较电抗器降压起动复杂。励磁装置投全压继电器JQY需控制2

ICS

中华人民共和国国家标准 GB/T 7409.3—×××× 代替GB/T 7409.3-1997 同步电机励磁系统

大、中型同步发电机励磁系统技术要求

Excitation system for synchronous electrical machines Technical requirements of excitation system for large and medium

synchronous generators

（送审稿）

××××-××-××发布 ××××-××-××实施 中 华 人 民 共 和 国 发布 国家质量监督检验检疫总局

前 言

本标准是推荐性标准，是在GB/T 7409.3-1997的基础上进行修订。

本标准与上一版次比较，在以下几方面有更新： 1． 根据国内励磁的实践，采用了统一的励磁术语 2． 根据励磁设备及元件的技术发展，更新了技术参数 3． 根据励磁设备在电网稳定性的重要性，增加了新的技术要求 4． 删除了过时的技术条款

本标准用于指导发电机励磁设备的设计、生产和试验。 本标准与相关旋转电机等标准协调一致 本标准由中国电器协会提出。

本标准由全

同步电机习题与答案

6.1 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？ [答案见后]

6.2 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？ [答案见后]

6.3 在凸极同步电机中，为什么要采用双反应理论来分析电枢反应？ [答案见后]

6.4 凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗Xad大于交轴电枢反应电抗Xaq？ [答案见后]

6.5 测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降为原来0.95nN，对试验结果有什么影响？ [答案见后]

6.6 一般同步发电机三相稳定短路，当Ik=IN时的励磁电流Ifk和额定负载时的励磁电流IfN都已达到空载特性的饱和段，为什么前者Xd取不饱和值而后者取饱和值？为什么Xq一般总是采用不饱和值？ [答案见后]

6.7 为什么同步发电机突然短路，电流比稳态短路电流大得多？为什么突然短路电流大小与合闸瞬间有关？ [答案见后]

6.8 在直流电机中，E>U还是U>E是判断电机作为发电机还是作为电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？为什么？

[答案见后]

6.9 当同步发电机与大容量电网并联运行以及单独

第１４卷第３期２０１０年３月

电

机

与控制

ＡＮＤ

学报

ＣＯＮＴＲＯＬ

Ｖ０１．１４Ｎｏ．３

ＥＬＥＣＴＲＩＣＭＡＣＨＩＮＥＳＭａｒ．２０１０

改进的永磁同步电机转子初始位置检测方法

周元钧，

蔡名飞

（北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京１００１９１）

摘要：为了解决新型无位置传感器永磁同步电机的起动问题，提出了一种在电机静止状态下检测转子位置的新方法。该方法在算法上改进了传统的旋转高频电压注入法，使得可以更为快速、准确的检测出转子初始ｄ轴位置。并且针对传统旋转高频电压注入法无法检测出转子永磁体极性问题，在ｄ－ｑ旋转坐标系下，通过分析永磁同步电机ｄ轴磁链和定子电流之间的关系，利用ｄ轴电流的泰勒级数展开，提出了根据定子铁芯非线性磁化特性获得判别Ｎ／Ｓ极极性信息的新方案。并建立了系统仿真模型。仿真结果验证了这种方法的有效性和可行性。此方法同样适用于永磁同步电机在中、低速时的转子位置检测。

关键词：永磁同步电机；转子初始位置；旋转高频注入；非线性磁化特性；Ｎ／Ｓ极极性

中图分类号：ＴＭ

３５１

文献标志码：Ａ文章编号：１００７—４４９Ｘ（２０ｌｏ）０３—００６８—０５

Ｉｎｉｔｉａｌｒｏｔｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆ

ＰＭＳＭｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｒｏｔａｔｉｎ