技能培訓(xùn)專題 同步電機2

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1、技能培訓(xùn)專題 同步電機2 一、直流勵磁機勵磁系統(tǒng) 直流勵磁機一般與同步發(fā)電機同軸，由同一原動機施動。其本身所需勵磁電流通常由并勵方式供給。 直流勵磁機勵磁系統(tǒng)與外部交流電網(wǎng)無直接聯(lián)系，整個系統(tǒng)運行可靠且比較簡單，在中小型汽輪發(fā)電機中廣泛采用。 大容量的汽輪發(fā)電機不宜采用同軸直流勵磁機的勵磁方式。 二、靜止的交流整流勵磁系統(tǒng)可分為自勵式與他勵式兩種： 1、 他勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng) 汽輪發(fā)電機的勵磁電流由同軸交流主勵磁機發(fā)出的三相交流通過靜止的半導(dǎo)體硅整流器供給。 供給主勵磁機勵磁電流的是副勵磁機。 副勵磁機也是交流發(fā)電機共勵磁電流在電機運行之初由外界直流電供給，待建立輸出電壓

2、后則改為自勵。 副勵磁機輸出的也是三相交流電，須由晶閘管整流后再供給主勵磁機 2、自勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng) 自勵式靜止半導(dǎo)體勵磁：取消交流勵磁機，交流勵磁電直接取自同步發(fā)電機本身 主發(fā)電機的勵磁電流以由整流變壓器取自自身輸出端，經(jīng)過三相晶閘管整流后變?yōu)橹绷麟姟? 靜止的交流整流勵磁系統(tǒng)沒有直流勵磁機的換向器火花等問題，運行維護方便，技術(shù)性能較好 國內(nèi)外已廣泛使用 三、旋轉(zhuǎn)的交流整流勵磁系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)的交流整流勵磁系統(tǒng)：用一臺旋轉(zhuǎn)電樞式的交流主動磁機，和主發(fā)電機同軸聯(lián)接，半導(dǎo)體整流裝置安裝在主發(fā)電機轉(zhuǎn)子上，這樣就用固定聯(lián)接代替了電刷和滑環(huán)，因此又稱為無刷勵磁。 主勵磁機的勵磁電流可由主發(fā)電機輸出

3、端取得，也可通過同軸交流副勵磁機供給。 無刷勵磁優(yōu)點：整個勵磁系統(tǒng)沒有觸點，運行比較可靠，維護也比較方便。在國內(nèi)外大型汽輪發(fā)電機中已廣泛采用。 四、三次諧波勵磁 同步發(fā)電機的氣隙磁通密度分布，不可避免地存在三次諧波分量。這個諧波分量在同步發(fā)電機的電樞繞組內(nèi)雖然感應(yīng)出三次諧波電動勢，但經(jīng)過三相聯(lián)接，電樞繞組輸出線上并不存在三次諧波電動勢，即不影響供電質(zhì)量。 三次諧波勵磁系統(tǒng)：利用三次諧波磁通密度，在定子槽中專門嵌放一套三次諧波繞組，其節(jié)距取極距的1/3，基波氣隙磁場在該繞組中的合成感應(yīng)電動勢等于零。三次諧波磁場則在該繞組中感應(yīng)一個三倍基波頻率的三次諧波電動勢。三次諧波勵磁就是將這個繞組中的

4、三次諧波電動勢經(jīng)過半導(dǎo)體整流裝置后轉(zhuǎn)換為直流電流，再接到發(fā)電機的勵磁繞組。 三次諧波勵磁是一種自勵方式，它和直流發(fā)電機的電壓建立過程相同，由于磁路具有剩磁和飽和現(xiàn)象，所以能自勵并具有穩(wěn)定工作點。 三次諧波勵磁在單機運行的小型同步發(fā)電機中廣泛使用 1.一臺長復(fù)勵直流發(fā)電機kW，，，，換向片數(shù)K=93，元件匝數(shù)，單波繞組，電樞外徑，額定勵磁電流，電機磁路有一定的飽和程度。 (1) 改善換向，電刷前移機械角。試求直軸與交軸電樞反應(yīng)磁勢和。 （2）電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動時，和各起什么作用。 解 額定電流 額定電樞電流 支路電流 極距 元件數(shù) 總導(dǎo)體數(shù) 電樞線負(fù)荷 電刷在

5、電樞表面移過的距離 (1) 交軸電樞反應(yīng) 直軸電樞反應(yīng) （2）電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動了角，因為是發(fā)電機，故起去磁作用。使氣隙 磁場發(fā)生畸變，因為磁路飽和，故還有去磁作用。 第29章 直流電機 直流電機工作原理 29.1.1直流電機的物理模型圖解釋 這是分析^p 直流電機的物理模型圖。 其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。(其中2個小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢或電流的方向而設(shè)置的) ????上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分

6、（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和_兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。 29.1.2 直流發(fā)電機的工作原理 設(shè)原動機拖動轉(zhuǎn)子以每分轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動； 電機內(nèi)部的固定部分要有磁場。這個磁場可以是如圖示的磁鐵也可以是磁極鐵心上繞套線圈，再通過直流電產(chǎn)生磁場。其中 If 稱之為勵磁電流。這種線圈每個磁極上有一個，也就是，

7、電機有幾個磁極就有幾個勵磁線圈，這幾個線圈串聯(lián)（或并聯(lián)）起來就構(gòu)成了勵磁繞組。這里要注意各線圈通過電流的方向不可出錯。在以上條件下環(huán)外導(dǎo)體將感應(yīng)電勢，其大小與磁通密度 B 、導(dǎo)體的有效長度 l 和導(dǎo)體切割磁場速度 v 三者的乘積成正比，其方向用右手定則判斷。 但是要注意某一根轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電勢性質(zhì)是交流電。而經(jīng)電刷輸出的電動勢確是直流電了。這便是直流發(fā)電機的工作原理。 29.1.2 直流電動機的工作原理 ?對上節(jié)所示的直流電機，如果去掉原動機，并給兩個電刷加上直流電，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁

8、力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷 B 流出。 此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就是直流電動機的工作原理。外加的電是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。 實用中的直流電動機轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個線圈構(gòu)成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉(zhuǎn)矩的波動，繞組形

9、式同發(fā)電機 將直流電動機的工作原理歸結(jié)如下： 1.將直流電通過電刷接通電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流流過。 2.電機內(nèi)部有磁場存在。 3.載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到電磁力 f 的作用 f=Blia （左手定則） 4.所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以n(轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)，以便拖動機械負(fù)載?？偨Y(jié) 1.所有的直流電機的電樞繞組總是自成閉路。 2.電樞繞組的支路數(shù)（2a）永遠是成對出現(xiàn)，這是由于磁極數(shù)(2p)是一個偶數(shù).?????注：a－支路對數(shù)???p－極對數(shù) 3．為了得到最大的直流電勢，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接觸。 4．每根電樞導(dǎo)體的電勢性質(zhì)是交流電，而經(jīng)電刷引出的電勢為

10、直流電勢。 29.1.3 直流電機的基本結(jié)構(gòu) 29.1.3.1 定子部分 定子的主要部件包 括： 直流電機的定子由主磁極、機座、換向極、端蓋和電刷裝置等部件組成。 主磁極 主磁極的作用是建立主磁場。絕大多數(shù)直流電機的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵磁繞組通以直流電流來建立磁場。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組構(gòu)成。主磁極鐵心靠近轉(zhuǎn)子一端的擴大的部分稱為極靴，它的作用是使氣隙磁阻減小，改善主磁極磁場分布，并使勵磁繞組容易固定。 機座 ——機座有兩個作用，一是作為主磁極的一部分，二是作為電機的結(jié)構(gòu)框架。 機座中作為磁通通路疊部分稱為磁軛。 換向極 ——換向極是安裝在兩相鄰主磁極之

11、間的一個小磁極，它的作用是改善直流電機的換向情況，使電機運行時不產(chǎn)生有害的火花。換向極結(jié)構(gòu)和主磁極類似，是由換向極鐵心和套在鐵心上的換向極繞組構(gòu)成，并用螺桿固定在機座上。端蓋 —— 端蓋裝在機座兩端并通過端蓋中的軸承支撐轉(zhuǎn)子，將定轉(zhuǎn)子連為一體。同時端蓋對電機內(nèi)部還起防護作用。 電刷裝置——電刷裝置是電樞電路的引出（或引入）裝置，它由電刷，刷握，刷桿和連線等部分組成 29.1.3.2 轉(zhuǎn)子部分 直流電機的轉(zhuǎn)動部分稱為轉(zhuǎn)子，又稱電樞。轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、軸承、風(fēng)扇等。 電樞鐵心 —— 電樞鐵心既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組支撐部分；電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)。

12、 電樞繞組——電樞繞組由一定數(shù)目的電樞線圈按一定的規(guī)律連接組成，他是直流電機的電路部分，也是感生電動勢，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進行機電能量轉(zhuǎn)換的部分。 換向器——前面已經(jīng)指出，在直流發(fā)電機中，換向器起整流作用，在直流電動機中，換向器起逆變作用，因此換向器是直流電機的關(guān)鍵部件之一。 29.1.4 直流電機的額定值 ⒈額定功率 PN 指電機在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時，電機的輸出功率，以 “W“ 為量綱單位。若大于 1kW 或 1MW 時,則用 kW 或 MW 表示。 注意：對于直流發(fā)電機，PN是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。PN＝UNIN 對于直流電動機，PN是指輸出的機械功率，所以公式中還應(yīng)有效率ηN存在。 PN＝UNINηN ⒉額定電壓 UN?????指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以 “V“ 為量綱單位。 ⒊額定電流 IN??????指電機在額定電壓、額定功率時的電樞電流值，以 “A“ 為量綱單位。 ⒋額定轉(zhuǎn)速 nN??????指額定狀態(tài)下運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為量綱單位。 ⒌額定勵磁電流 If??????指電機在額定狀態(tài)時的勵磁電流值。 第 9 頁 共 9 頁