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同步電機

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  • 發(fā)布時間:2013/9/17 11:15:46
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一、概述

  同步電機,和感應(yīng)電機一樣是一種常用的交流電機。特點是:穩(wěn)態(tài)運行時,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關(guān)系n=ns=60f/p,ns稱為同步轉(zhuǎn)速。若電網(wǎng)的頻率不變,則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負(fù)載的大小無關(guān)。同步電機分為同步發(fā)電機和同步電動機。現(xiàn)代發(fā)電廠中的交流機以同步電機為主工作原理。

二、結(jié)構(gòu)

  同步電機的磁極一般由直流電流勵磁。在小型電機中也有采用永久磁鐵勵磁的,稱為永磁同步電動機。同步電機的磁極通常裝在轉(zhuǎn)子上,而電樞繞組放在定子上。因為電樞繞組往往是高電壓、大電流的繞組,裝在定子上便于直接向外引出;而勵磁繞組的電流較小,放在轉(zhuǎn)子上可以通過裝在轉(zhuǎn)軸上的集電環(huán)和電刷引入,比較方便。圖1所示為同步電機定子和轉(zhuǎn)子的典型結(jié)構(gòu)。在某些特殊的小型同步電機中也有相反的情況:把磁極放在定子上,而電樞繞組放在轉(zhuǎn)子上。例如同步電極的交流勵磁機,其電樞繞組放在轉(zhuǎn)子上,電流經(jīng)過裝在轉(zhuǎn)子軸上的旋轉(zhuǎn)整流器整流后,直接為同步電機轉(zhuǎn)子上的勵磁線圈提供直流勵磁電流,構(gòu)成無刷系統(tǒng)。同步電機的電樞繞組一般做成三相,單相的比較少。因為單相電機材料利用率差,體積比三相電機大,而且電機的轉(zhuǎn)矩有脈動分量,容易產(chǎn)生振動和噪聲。

同步電機結(jié)構(gòu)

圖1.同步電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

三、特點

  同步電機的重要優(yōu)點在于通過調(diào)節(jié)電機的勵磁電流,可以調(diào)節(jié)電樞電流的相位,改變電機的功率因數(shù)。電機在有功功率不變的情況下,改變同步電機的勵磁電流(即改變內(nèi)電動勢E0)時,電機的電壓、電流相量圖和電樞電流隨勵磁電流而變化的V形曲線。

  V形曲線表明,在一定的有功功率下,電機的電樞電流有一個最低點。此點相當(dāng)于功率因數(shù)為1.0,它對應(yīng)的勵磁電流稱為正常勵磁電流。在勵磁電流大于正常勵磁電流時,發(fā)電機將向電網(wǎng)輸出滯后于端電壓的電流;電動機則將自電網(wǎng)吸收超前于端電壓的電流。而當(dāng)勵磁電流小于正常勵磁電流時,發(fā)電機將向電網(wǎng)輸出超前電流;而電動機將自電網(wǎng)吸收滯后電流。所以通過調(diào)節(jié)同步電機的勵磁電流,可以隨意調(diào)節(jié)其輸入(出)電流的相位和功率因數(shù),以滿足電網(wǎng)的要求?,F(xiàn)代,不管是火電廠、水電站,還是核電站 都幾乎全部選用同步發(fā)電機。

四、應(yīng)用

  由于同步電機只能在同步轉(zhuǎn)速下運行,所以同步電機作電動機運行時不能自起動。為此,同步電動機必須設(shè)置專門的異步起動繞組。與異步電動機相比,同步電動機的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,價格較貴,但是同步電動機具有較高的功率因數(shù)。所以,不要求調(diào)速的大功率機組常用同步電動機傳動,如軋鋼機、鼓風(fēng)機、透平壓縮機以及大型船舶推進器等。

  同步電機可作調(diào)相機運行。同步調(diào)相機實質(zhì)上就是一臺軸上不帶機械負(fù)荷的同步電動機。通過調(diào)節(jié)同步電機的勵磁電流,可控制它從電網(wǎng)吸收的無功電流的相位,從而達到調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)和維持電網(wǎng)的電壓水平的目的。

 


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