电机学同步电机

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

现代远程教育

《电机学》

课 程 学 习 指 导 书

作者：辛小南

第一章 导论

(一)

本章学习目标

1． 了解电机的定义，电机在国民经济中的作用，以及电机的分类； 2． 理解铁磁材料的基本特性；

3． 熟练掌握电机分析中常用的基本电磁定律，磁路的基本定律。

（二）本章重点、要点

全电流定律；电磁感应定律；电磁力定律；磁路的欧姆定律；铁磁材料的磁导率以及铁磁材料的磁滞和涡流现象，磁滞损耗和涡流损耗。

（三）本章练习题或思考题

1．电机和变压器的磁路常用什么材料制成？

2．涡流损耗是什么原因引起的？如何减小涡流损耗？

3．自感系数的大小与哪些因素？一个空心线圈与一个绕在闭合铁心上的线圈，哪一个自感系数大？

第二章 直流电机

(一)

本章学习目标

1．了解直流电机的基本结构、额定值；电刷以及换向器在直流电机中的作用；直流电枢绕

组(单叠和单波)的联接规律；他(并)励直流电动机的工作，他(并)励直流电动机起动和调速方法；

2．理解直流电机的基本工作原理以及直流电枢绕组的联结规律；直流电机的磁场以及励磁

方式；换向的定义，换向过程中存在的电动势以及改善换向的方法。

3．掌握电枢反应的定义，交轴电枢反应对气隙磁场的影响；电动势以及电磁转矩的计算公

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

1-1 变压器的铁心起什么作用？为什么要用表面涂绝缘的硅钢片叠制？ 1-2 一台降压变压器，其原、副绕组那个匝数多？那个导线粗？ 1-3 储油柜的作用是什么？ 1-4 变压器的绝缘套管起什么作用？

1-6 什么是主磁通？什么是漏磁通？它们在性质和作用上有哪些区别？

1-7 电势E1和E2在数量上和相位上关系如何？它们的性质和作用有什么区别？ 1-8 试分析原绕组（高压侧）匝数比原设计值减小时，铁心饱和程度、空载电流、铁

损和变比各将如何变化？

1-9 一台单相变压器，额定电压为220V/110V，如果不慎将低压侧误接到220V的电

源上，将产生什么后果？

1-10 在多数变压器上设有能改变高压绕组匝数的调压开关，如一台降压变压器，当其

副边电压偏低时应如何改变原绕组的匝数？

1-11 说变压器的原绕组相当于负载，副绕组相当于电源，这各是相对什么而言？ 1-12 为什么变压器在外加电压U一定时，主磁通最大值?m基本不变？

1-13 磁势平衡指的是什么？变压器负载时原绕组电流I1如何分成两个分量？它们各

有何特点？各起什么作用？

1-14 电压平衡和磁势平衡是如何相互制约的？

1-15 变压器原、副方的电压U1、U2，在数量上和相位上关系