专题三十 同步电机的特点和分类（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题三十 同步电机的特点和分类（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.准确理解同步电机 “同步” 特性的核心含义，能熟练默写转速与电网频率、极对数的关系公式。

2.全面掌握同步电机的定子、转子结构组成，能分别说明定子铁心（硅钢片叠压结构）、定子绕组、转子励磁绕组（或永磁体）、阻尼绕组的功能及工作原理。

3.清晰区分同步电机与异步电机在转子结构、励磁方式上的核心差异。

二、知识点梳理

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。当励磁绕组通人直流电后,转子立即建立恒定磁场。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即

f=pn/60

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

n=60f/p

由上述两种情况可知,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。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。这是同步电机与异步电机的基本差别之一。

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3000r/min,若有两对磁极时,其额定转速为1 500 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。

二、同步电机的分类

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。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。从安装结构上可分为立式和卧式两种。

按防护类型分类,有开启式、防护式和封闭式。

按冷却方式分类,有空气冷却、氢冷与水冷、混合冷却等。

按同步电机的用途分类,有发电机、电动机和调相机。

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

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3000r/min或1500r/min,功率在 300~600 000kW以上,电压从400 V至27 000 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。

(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。功率从几千瓦至 90 万千瓦以上,电压从400V至20000V,转速一般较低,从50r/min至1500r/min。国产大型水轮发电机是TS系列,T表示同步,S表示水轮，

(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。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。功率从几千瓦至数千千瓦,电压一般为 220V至6 300 V,转速从 250r/min 至3 000 r/min。

(4)中频发电机   中频发电机的频率范围从400Hz至20000Hz,功率从2kW至1000kW,电乐有115 V、230V、375V、750V及1500V等,转速一般为3000r/min。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。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。

2.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。同步电动机转速为恒定值,不受负载变动的影响。功率范围一般在250kW~10MW,电压有3kV6kV和10kV等几种,转速范围从100r/min至3000r/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。

3.调相机(同步补偿机)

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5000~60000kV·A,电压为6.6kV、11kV等。一般用于电网中。TT表示同步调相机。

三、真题练讲

1.（2021年河北省统一考试）下列场合中，最适合使用同步电动机的是（ ）​

A. 家用电器（如风扇）​

B. 小型水泵​

C. 大型空气压缩机​

D. 便携式电动工具​

答案：C​

解析：大型空气压缩机通常功率较大，且对电机的转速稳定性和功率因数有较高要求，同步电动机不仅能提供较大的功率，还可以通过调节功率因数改善电网运行状况，因此适合用于驱动大型空气压缩机；A 选项家用电器（如风扇）对电机的成本、启动性能要求较高，异步电动机更符合需求；B 选项小型水泵功率较小，异步电动机结构简单、成本低，足以满足其运行要求；D 选项便携式电动工具需要电机体积小、重量轻，异步电动机更适用，所以选 C。

2.（2023年山东省统一考试）同步调相机的主要作用是（ ）​

A. 发电​

B. 拖动负载​

C. 改善电网功率因数​

D. 调节电网频率​