6.1 同步电机的特点和分类（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

6.1 同步电机的特点和分类 同步精品课堂 电机与变压器 高教版 1 学习目标 掌握同步电机的结构特点 掌握同步电机的分类 掌握并学会调相机(同步补偿机)的内容 知识目标 能力目标 新知学习 一 、同步电机的结构特点 同步电机 同步电机是相对异步电机而言的，是转子的转速与定子旋转磁场转速相同的一类电机，所以称为同步电机。 同步电机是一种可逆电机，可作为发电机，也可作为电动机。 电动机 新知学习 一 、同步电机的结构特点 目前，世界各国发 电厂发出的三相正弦交流电，都是用三相同步发电机发出的，因此，三相交流同步发电机应用比 较广泛。 01 汽车发电机实际上是三相交流同步发电机。另外，凡是容量较大，转速要求恒速的设 备，通常采用同步电动机。 02 新知学习 一 、同步电机的结构特点 如自来水厂拖动水泵的电动机，工矿企业用的空气压缩机、大型鼓风 机等多采用同步电动机。 03 为了改善电网的功率因数，提高供电效率，在大变电站、大工厂、矿山企 业较多采用同步补偿机专门来抑制和吸收电网的无功功率。 04 新知学习 一 、同步电机的结构特点 图6- 1所示为同步电机的结构原理图。通常三相同步电机的定子是电枢，与三相异步电动机定子绕组相似，转子装有磁极和励磁绕组。 新知学习 一 、同步电机的结构特点 转子 当励磁 绕组通入直流电后，转子立即建立恒定磁场。 旋转 当转子 在外力拖动下旋转时，转子的恒定磁场就随转子的转 动，在气隙中形成旋转磁场。 定子导体 定子导体由于和转子旋 转磁场有相对运动而产生交流电动势，此电动势的频率为f 新知学习 一 、同步电机的结构特点 p—— 电机的磁极对数； n—— 转子转速，单位是r/min (转/分) 交流电动势的频率与电机的磁极对数、转子转数有确定关系。 新知学习 一 、同步电机的结构特点 当在定子绕组内通过三相交流电，定子绕组内便产生一个旋转磁场，这时转子绕组仍通以直 流电，则转子所建立的恒定磁场将在定子旋转磁场的带动下，沿定子旋转磁场的转向，以定子旋转磁场的转速旋转，转子的转速为 新知学习 一 、同步电机的结构特点 由上述两种情况可知 1 2 同步电机无论作为发电机使用，还是作为电动机使用，其转速与交流 电频率之间将保持严格不变的关系，这是同步电机的基本特点。 3 这是同步电机与异步电机的基本差别之一。 电机的转速与交变电流的频率 成正比，与电机的磁极对数成反比。 新知学习 一 、同步电机的结构特点 若有 两对磁极时，其额定转速为1500 r/min, 依此类推，24对磁极的水轮发电机的额定转速为125 r/min。 我国电力系统规定标准频率为50 Hz。如果电机有一对磁极，其额定转速为3000 r/min 新知学习 二 、同步电机的分类 分类 从安装结构上可分为立式和卧式两种。 在旋转磁极式电机中，同步电机又分为隐极式和凸极式两种基本形式。 同步电机按结构分类，可分为旋转磁极式和旋转电枢式，高压、大容量电机大多采用旋转磁极式。 新知学习 二 、同步电机的分类 按防护类型分类，有开启式、防护式和封闭式。 1 2 按同步电机的用途分类，有发电机、电动机和调相机。 3 4 按冷却方式分类，有空气冷却、氢冷与水冷、混合冷却等。 按拖动发电机的原动机类型分类，可分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、汽油发电 机、风力发电机等。 新知学习 二 、同步电机的分类 1. 发电机 (1)汽轮发电机以汽轮机或燃气轮机等高速动力机械作为原动机，拖动同步发电机而产 生交流电的设备，称为汽轮发电机。 其转速通常为3000 r/min 或1500 r/min, 功率在300~ 600000 kW以上，电压从400 V 至27000 V。 国产系列汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS。QF表示 汽轮发电机(Q 是汽字的拼音字头，即字母表示关键字拼音字头),第三个字母Q 表示氢外冷，N 表示氢内冷，S 表示双水内冷。 新知学习 二 、同步电机的分类 1. 发电机 (2)水轮发电机 它是以水轮机为原动机拖动同步电机而产生交流电的设备。 01 功率从几千 瓦至90万千瓦以上，电压从400 V至20000 V, 转速一般较低，从50 r/min 至1500 r/min 。 02 国产 大型水轮发电机是TS系列，T 表示同步，S 表示水轮。 03 新知学习 二 、同步电机的分类 (3)柴油发电机 (3)柴油发电机 它是用柴(汽)油机作为原动机拖动同步电机而发电的设备。 01 其发电成 本较高，一般只是作为备用发电机组或无电网的边远地区，或临时移动电源。 02 功率从几千瓦至数 千千瓦，电压一般为220 V至6300 V, 转速从250 r/min 至3000 r/min。 03 新知学习 二 、同步电机的分类 (4)中频发电机 (4)中频发电机 中频发电机的频率范围从400 Hz至20000 Hz,功率从2kW至1000 kW,电 压有115 V、230 V、375 V、750 V及1500 V 等，转速一般为3000 r/min 。 01 小功率的中频发电机用 作超高速电动机及雷达等设备的特种电源。 02 大功率的一般作为中频感应加热用电源。所用动力 源根据情况而定。中频发电机系列有BP、BPT、BLZ 和 BPS等。 03 新知学习 二 、同步电机的分类 2. 电动机 1 2 3 4 同步电动机的功率因数，可通过调节励磁电流进行调节。它不但可把功率因数调节到1,还可以调节到超前，对改善 电网的功率因数有重要意义。 功率范围一般 在250 kW~10 MW,电压有3 kV 、6 kV和10 kV 等几种，转速范围从100 r/min 至3000 r/min。 一般用于不调速(恒速)机械。TD 表示同步电动机，TDL表示立式同步电动机。 从电网吸收电能转变为其他机械动力的同步电机，称为同步电动机。 同步电动机转速为恒定值，不受负载变动的影响。 新知学习 二 、同步电机的分类 同步电动机可以通过调节励磁电流专门改善电网功率因数，这种电机又称同步补偿机。 通 常为了分担电网的感性无功功率，改善电网的功率因数，应使调相机处于过励状态，如同在电网 上并联一个大电容器。 同步调相机的功率范围为5000~60000 kV·A, 电压为6.6 kV、11 kV等。 一般用于电网中。TT 表示同步调相机。 3. 调相机(同步补偿机) 1.同步电机的转速与什么有关？ A. 仅与负载大小有关 B. 仅与电源频率有关 C. 与电源频率和极对数都有关 D. 与电源电压有关 课堂练习 答案：C 解析： 同步电机的转速与电源的频率和电机的极对数有关，通常用公式 n = 60f / p 来表示，其中 n 是转速，f 是频率，p 是极对数。 2.同步电机在稳态运行时，其转子的转速与定子旋转磁场的转速关系如何？ A. 转子转速略低于旋转磁场转速 B. 转子转速与旋转磁场转速相同 C. 转子转速是旋转磁场转速的两倍 D. 转子转速与旋转磁场转速无关 课堂练习 答案：B 解析： 在同步电机中，转子的转速与定子旋转磁场的转速是相同的，这是同步电机的基本特征。 3.下列哪项不是同步电机的优点？ A. 转速恒定 B. 运行稳定 C. 启动转矩大 D. 功率因数可调 课堂练习 答案：C 解析： 同步电机的优点包括转速恒定、运行稳定以及功率因数可调。但是启动转矩大并不是同步电机的优点，相反，同步电机启动时通常需要额外的启动措施。 4.同步电机按照励磁方式可以分为哪两类？ A. 电励磁同步电机和永磁同步电机 B. 直流励磁同步电机和交流励磁同步电机 C. 永磁同步电机和电磁同步电机 D. 同步电机和异步电机 课堂练习 答案：A 解析： 同步电机按照励磁方式主要分为电励磁同步电机和永磁同步电机。电励磁同步电机需要外部直流电源来提供励磁，而永磁同步电机则使用永久磁体来产生磁场。 5.同步电机在过励状态时，向电网输送的无功功率是什么类型的？ A. 感性无功功率 B. 容性无功功率 C. 不输送无功功率 D. 无法判断 课堂练习 答案：B 解析： 当同步电机在过励状态时，它会向电网输送容性无功功率，这是因为过励状态下电机的励磁电流增加，导致电机的功率因数超前于电网电压，从而产生容性无功功率。 6.同步电机的转子结构通常有哪两种类型？ A. 凸极式和隐极式 B. 鼠笼式和绕线式 C. 直流式和交流式 D. 永磁式和电磁式 课堂练习 答案：A 解析： 同步电机的转子结构通常有两种类型：凸极式和隐极式。凸极式转子通常用于大型同步电机，而隐极式转子则常用于小型同步电机。 7.同步电机在不对称负载下运行时，不会产生以下哪种磁场？ A. 正序电流产生的磁场 B. 负序电流产生的磁场 C. 零序电流产生的磁场 D. 所有上述磁场 课堂练习 答案：C 解析： 在不对称负载下，同步电机会产生正序和负序电流，从而形成正序和负序磁场。然而，零序电流不会产生旋转磁场，因此不会在气隙中产生零序磁场。 8.同步电机的电枢反应电抗与什么有关？ A. 仅与转子的励磁电流有关 B. 仅与定子的负载电流有关 C. 与转子的励磁电流和定子的负载电流都有关 D. 与电源的频率有关 课堂练习 答案：C 解析： 同步电机的电枢反应电抗与转子的励磁电流和定子的负载电流都有关。电枢反应是指定子电流通过转子磁场产生的影响，它会影响电机的电抗和最终的输出性能。 课堂小结 1.简述同步电机的分类。 2.简述汽轮发电机。 3.简述调相机(同步补偿机)。 作业布置 感谢观看 $$