同步电机的基本工作原理和结构

第一节精编资料

本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理,同步电机的电动势和磁动势,异步电动...二,同步电机的工作原理1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场...

原理,结构

同步电机的基本工作原理和结构

本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理、同步电机的电动势和磁动势、异步电动机的电势平衡，磁势平衡、等值电路及相量图、功率转矩、同步发电机运行原理等内容。本章共有10节课，内容和时间分配如下:

1.掌握同步电机的结构特点及工作原理。(2节)

2.掌握同步电机绕组有关的结构、额定参数(1节)

3.掌握同步电机机绕组的磁动势、等效电路，一般掌握相量图。(3节)

4.掌握同步电机功率、转矩和同步电机启动特性。(2节)

5.了解同步发电机的运行原理。(2节)

一、简介

交流电机，根据用途，可以分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三类。

(交流电能几乎全部是由同步发电机提供的。目前电力系统中运行的发电机都

是三相同步发电机。

同步电动机可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数，因而在不需要调速的低速大功率机械中也得到较广泛的应用。随着变频技术的不断发展，同步电动机的起动和调速问题都得到了解决，从而进一步扩大了其应用范围。

同步补偿机实质上是接在交流电网上空载运行的同步电动机，其作用是从电网汲取超前无功功率来补偿其它电力用户从电网汲取的滞后无功功率，以改善电网的供功率因数。) 二、同步电机的工作原理

1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场和转子旋转磁场。定子旋转磁场—又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场60f1n,速度:同步速度，即 1p

方向:从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相。

形成原因:以电气方式形成。

(当对称三相电流流过定子对称三相绕组时,将在空气隙中产生旋转磁通势。它的旋转速度

60f1n,1p为同步速度，即;它的旋转方向是从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相;当某相电流达到最大值的瞬间，旋转磁势的振幅恰好转到该相绕组轴线处。这个旋转磁通势是以电气方式形成的。同步电机不论作为发电机运行还是作为电动机运行，只要其定子三相绕

组中流通对称三相电流，都将在空气隙中产生上述旋转磁通势，建立旋转磁场。同步电机的定子绕组被称为电枢绕组，因此，上述磁势又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场。转子旋转磁场—直流励磁的旋转磁场。

60f1n, 速度:同步速度，即1p

方向:与定子相同。

形成原因:机械方式形成。

(在同步电机的转子上装有由直流励磁产生的磁极，磁极与转子无相对运动。当转子旋转时, 以机械方式形成旋转磁通势，并在气隙中形成另一种旋转磁场。由于磁场随转子一同旋转，被称为直流励磁的旋转磁场。)

2 电动势—两个旋转磁场切割绕组产生。

原因:旋转磁场切割绕组。

电动势:

定子绕组----感应频率与同步转速相同的电动势。由定子旋转磁场和转子旋转磁场共同作用，两者有相角差。

转子绕组----正常情况下转子与磁场同速，无感应电动势。

同步电机的定子磁场和转子磁场均以同步转速旋转，但空间相位不同。当切割静止的定子绕组时，旋转磁场在定子三相绕组中感应出频率相同，时间相位不同的感应电动势。绕组中的感应电动势的时间相位差与旋转磁场间的空间相位差相等。

在稳态对称运行时，无论是定子磁场或是转子磁场都以同步转速旋转，与转子绕组没有相对运动，不会在转子绕组中产生感应电动势。

3 相互作用—

原因:磁极间同性相斥、异性相吸，相互作用的电磁力。

(由于同步电机的空气隙间存在着两种不同方式产生的旋转磁场，因此，当这两个磁场的空间位置不同时，由于磁极间同性相斥、异性相吸的原理，它们之间便会产生相互作用的电磁力。

同步电机的定子磁场和转子磁场之间没有相对运动。但是由于负载的影响，两个磁场之间的相对位置却是不同的。这个相对位置决定了同步电机的运行方式。) 转矩性质与运行方式:

1 转子磁场顺着旋转方向超前于电枢磁场:制动转矩+发电机运行方式。 (当同步电机的转子在原动机的拖动下，转子磁场顺着旋转方向超前于电枢磁场运行时，定子磁场作用到转子上的转矩是制动转矩，原动机只有克服电磁转矩才能拖动转子旋转。这时，电机转子从原动机输入机械功率，从定子输出电功率，则同步电机工作于发电机运行方式。)

2 转子磁场顺着旋转方向滞后于定子磁场运行:拖动转矩+电动机运行方式 (当转子磁场顺着旋转方向滞后于定子磁场运行时，转子会受到与其转向相同的电磁转矩的作用。这时，电枢磁场作用到转子上的转矩是拖动转矩，转子拖动外部机械负载旋转，则同步电机工作于电动机运行方式。)

三、同步电机的基本结构

结构形式分类:同步电机按其结构型式可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。

在实际应用中，需要通过滑环将电功率自转子部分导入或者引出。由于同步电机的电枢功率极大，电压较高，因而不容易由滑环导入或引出。由于励磁绕组的功率与电枢的功率相比，所占比例较小，励磁电压通常又较低，因此使磁极旋转，通过滑环为励磁绕组供电容易实现。因此旋转电枢式只适用于小容量同步电机，同步电机的基本结构形式是旋转磁极式。 2 构成:由定子与转子两大部分组成。

同步电机的基本结构与直流电机和异步电机相同，都是由定子与转子两大部分组成。 (一)定子

结构:由铁心、电枢绕组、机座以及端盖等结构件组成。

(定子铁心是构成磁路的部件，一般采用硅钢片叠装而成，以减少磁滞和涡流损耗。定子冲片分段叠装，每段之间有通风槽片，以构成径向通风。大型同步电机由于尺寸太大，硅钢片常为扇形冲片，然后组装成圆形。

电枢绕组为三相对称交流绕组，多为双层绕组，嵌装在定子槽内。

定子机座是支承部件，用于安放定子铁心和电枢绕组，并构成所需的通风路径，因此要求它有足够的刚度和强度。大型同步电机的机座都采用钢板焊接结构。

端盖的作用与异步电机相同，将电机本体的两端封盖起来，并与机座、定子铁

心和转子一起构成电机内部完整的通风系统。)

(二)转子

结构:与异步电机转子结构不同，通常由转子铁心、转轴、阻尼绕组、励磁绕

组和滑环等组成。

分类:同步电机的转子结构有两种类型，可分为隐极式和凸极式两种。

(隐极式转子如图所示，转子呈圆柱形，无明显的磁极。隐极式转子的圆周上

开槽，槽中嵌放分布式直流励磁绕组。隐极式转子的机械强度高，故多用于高速同

步电机，例如汽轮发电机。在同步电机运行过程中，转子由于高速旋转而承受很大

的机械应力，所以隐极式转子大多由整块强度高和导磁性能好的铸钢或锻钢加工而成。隐极电机的气隙是均匀的，圆周上各处的磁阻相同。

凸极式转子如图所示，结构比较简单，磁极形状与直流机相似，磁极上装有集

中式直流励磁绕阻。凸极式转子制造方便，容易制成多极，但是机械强度低，多用

于中速或低速的场合，例如水轮发电机或者柴油发电机。凸极电机的气隙是不均匀的，圆周上各处的磁阻各不相同，在转子磁极的几何中线处气隙最大，磁阻也大。) 此外，同步电机转子磁极表面都装有类似笼型异步电机转子的短路绕组，由嵌

入磁极表面的若干铜条组成，这些铜条的两端用短路环联结起来。此绕组在同步发

电机中起到了抑制转子机械振荡的作用，称为阻尼绕组;在同步电动机中主要作起

动绕组使用，同步运行时也起稳定作用。

滑环装在转子轴上，经引线接至励磁绕组，并借电刷接到励磁装置。三、励

磁方式

同步电机的直流励磁电流需要从外部提供，供给同步电机励磁电流的装置称为

励磁系统。获得励磁电流的方法称为励磁方式。按照所采用的整流装置，励磁系统分类:

(1)直流发电机励磁系统

这是传统的励磁系统，由装在同步电机转轴上的小型直流发电机供电。这种专供励磁的直流发电机称为励磁机。

(2)静止整流器励磁系统

这种励磁方式是将同轴的交流励磁机(小容量同步发电机)或者主发电机发出的交流电经过静止的整流装置变换成直流电后，由集电环引入主发电机励磁绕组供给所需的直流励磁。

(3)旋转整流器励磁系统

这种励磁方式将同轴交流励磁机做成旋转电枢式，并将整流器装置固定在此电枢上一起旋转，组成了旋转整流器励磁系统，将交流励磁发电机输出的交流电整流之后，直接供电给励磁绕组。这样可以完全省去集电环、电刷等滑动接触装置，成为无刷励磁系统,广泛应用于大容量发电机中。

四、额定值

同步电机的额定运行数据有:

PS(1) 额定容量或额定功率 NN

同步电机的额定容量是指出线端的额定视在功率，单位为或者;额定功率是kVAMVA指发电机输出的额定有功功率，或指电动机轴上输出的额定机械功率，单位为或者kW

;对于补偿机则使用额定视在功率(或者无功功率)来表示。 MW

U(2) 额定电压 N

指正常运行时定子三相绕组的线电压，单位为或者。 VkV

I(3) 额定电流 N

指额定运行时，流过定子绕组的线电流，单位为。 A

cos,(4) 额定功率因数 N

指额定运行时电机的功率因数。

f(5) 额定频率 N

指额定运行时的频率，我国标准工频规定为。 50Hz

n(6) 额定转速 N

指同步电机的同步转速。

,(7) 额定效率 N

指额定运行时的电机效率。

IU此外，电机铭牌还常列出额定励磁电压，额定励磁电流, 额定温升等参数。fNfN

第二节同步电动机的运行分析一、同步电动机概述:

特点:

1 起动困难、不易调速，需要用直流励磁，结构比感应电动机复杂，运行维护要求高。

2 可以通过调节励磁电流改善电网功率因数，所以在大功率恒速机械中也得到了广泛应用。二、隐极同步电动机的电动势平衡方程式和相量图1主磁路中的磁动势和电动势关系:

磁动势:当隐极同步发电机转子励磁绕组通入直流励磁电流后，产生主极磁动势，产生主磁

,,F,通;定子绕组接上三相对称负载后，产生电枢磁动势，产生电枢磁通和漏磁通。 ,0aa

,,电动势:主磁通和电枢磁通，切割定子绕组并在定子绕组内感应出相应的励磁电动0a

EE势和电枢反应电动势压。 0a

EEE把和相量相加，可得电枢一相绕组的合成电动势 (亦称为气隙电动势)。上述关系0a

可表示为: IFE,,,,,ff00 E IFE,,,,,aaa

,,,, ,,,EEjIX() ,,,,

电压平衡方程:

FF如果不计磁饱和(即认为磁路为线性)，则可应用叠加原理，把和的作 fa用分别单独考虑，再把它们的效果叠加起来。

,XRX ,aa U,

, ,,,,,jIX U It E E ,0,

E 0, IR aa) b) 图9–29 隐极同步电动机的相量图和等效电路

*感生电动势的处理

1 仿照在变压器和异步电动机中用过的将漏抗电动势写成漏抗压降的方法，

EjIX,, ,,

E,,F2 电枢反应电动势正比于电枢反应磁通，不计磁饱和时，正比于电枢磁动势和aaaa

EFI,,,,电枢电流I，即 aaa

EE,,正比于I;在时间相位上，滞后于 90电角度，若不计定子铁耗，与I同aaaa

EE相位，则及将滞后于电枢电流I90度。于是亦可写成电抗压降的形式，即aa

EjIX,, (9-2) aa

X式中，是与电枢反应磁通相对应的电抗，称为电枢反应电抗。 a

定子电压方程

UEIRjIX,，， (9-3) 0as

XXX,，X式中，称为隐极同步电机的同步电抗，是对称稳态运行时表征电枢反应sa,s

X和电枢漏磁这两个效应的一个综合参数。不计饱和时，是一个常数。 s 三凸极同步发电机的电动势方程和相量图

1主磁路中的磁动势和电动势关系:

磁动势:当隐极同步发电机转子励磁绕组通入直流励磁电流后，产生主极磁动势，产生主磁,通; 0

F定子绕组接上三相对称负载后，产生电枢磁动势。 a

问题:

凸极同步电机的气隙沿电枢圆周是不均匀的，直轴上气隙较小，交轴上气隙较大(因此直轴上磁阻比交轴上磁阻小。同样大小的电枢磁动势作用在直轴磁路上与作用在交轴磁路上产生的磁通因而存在很大差别。随着负载电流性质不同，电枢磁动势作用在不同的空间位置。因此在定量分析电枢反应的作用时(需要应用双反应理论:

一般情况下，如果电枢磁动势既不作用于直轴、亦不在交轴而是在空间任意位置处，

FFF可把电枢磁动势分解成直轴和交轴两个分量、，再用对应的直轴磁导和交轴磁导aqada

bb、，最后把它们的效果叠加起来。这种考虑到凸极电分别算出直轴和交轴电枢磁通aqad

机气隙的不均匀性，把电枢反应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理的方法，就称为双反应理论。实践证明，不计磁饱和时，这种方法的效果是满足要求的。

FFF解决:不计磁饱和时，根据双反应理论，把电枢磁动势分解成直轴和交轴磁动势、aqada

两个分量，然后根据对应的磁导分别求出其所产生的直

,,,轴、交轴电枢磁通。 adaq

,电动势:主磁通和电枢磁通，即直轴、交轴电枢磁0 FF aaq Fad通切割定子绕组并在定子绕组内感应出相应的励磁电动

E势和电枢反应电动势。 EE,N S 0adaq

, 可得一相绕组的合成电动势 (或称为气隙电动势)。上E,0

a) 述关系可表示如下: bad

IF,,,,E —— bB ff00aqaq Bad EFE,,, –— adadadIF, a FE,,, aqaqaq

,,,,,EjIX ,,,

电压平衡方程:

按照隐极同步电动机各物理量正方向的规定，可写b)

a) 电枢磁动势分解成直轴和交轴磁动势出凸极同步发电机定子电枢任一相的电势方程

b) 直轴和交轴电枢反应 UEEEIRjX,,,,，，()0adaqa,图9–13 凸极同步电机的双反应理论

(9-6)

*电动势处理:

1仿照在变压器和异步电动机中用过的将漏抗电动势写成漏抗压降的方法，

EjIX,, ,,

,,,E,2 与隐极电机相类似，由于和分别正比于相应的，不计磁饱和时，和Eadadaqadaq

FF,IFF又分别正比于、，而、又正比于电枢电流的直轴和交轴分量、，Iaqaqaqdadadq于是可得

EFI,,,, adadadd

EFI,,,,aqaqaqq

E此处。不计定子铁耗时，和在时间相位上分别滞后于

IIII,,sin,cos,,Eaddqaq

IE、以电角度，所以和可以用相应的电抗压降来表示， 90IEaddqaq

EjIX,, addad

(9-7) EjIX,,aqqaq

XX式中，称为直轴电枢反应电抗;称为交轴电枢反应电抗。 aqad

因为,代入 III,，dq

定子绕组电动势方程

UEIRjIXjIX,,，，，0addqq

上式中， XdXX,，,ad

XqXX,，aq,

XX和分别称为直轴同步电抗和交轴同步电抗, 它们是表征对称稳态运行时电枢漏磁和qd

直轴或交轴电枢反应的一个综合参数。

三个角度的关系:

E在三相同步发电机的相量图中，励磁电动势与端电压之间的夹角为功角，端电压UU,0

E与电流的夹角称为功率因数角，励磁电动势与电流之间的夹角称为内功率因数角II,0

。三者有如下关系。当发电机输出容性无功功率时取“-”，输出电感性无,,,,,,

功功率时取“+”。

第三节功角特性和功率平衡关系一、同步电机的功率、转矩平衡方程式PP功率传递过程: 输入:电网输入的电功率——〉很小部分的消耗于定子铜耗—1Cu1—〉大部分通过定、转子磁场的相互作用，由电功率转换为机械功率。——〉转子所获得的

PPPP这个总电磁功率——〉再扣去定子铁耗，机械损耗，附加损耗——〉从轴上emFemecad

P输出的机械功率。 2

功率方程式:

PPP,， 11Cuem

PpppP,，，， emFemecad2

转矩方程:

TTT,， em02

TP,,Tppp,，，,()上式中，为电动机的电磁转矩，为空载转矩，

emem0FemecadTP,,为输出转矩 22

二、同步电机的功(矩)角特性

1功(矩)角特性

功角特性: E0,U1等于常数时，电磁功率Pe 与功角之间的关系Pe=f(θ)称为同步电动机

的功角特性。

矩角特性:电磁转矩与功角之间的关系T=f(θ)称为同步电动机的矩角

特性。

推导:

p在同步电机中，由于电枢电阻比同步电抗小得多，定子铜耗是极小的一部分，可以把Cu1

PP它略去，电磁功率就等于输出的电功率，即 em2PPmUImUI,,,,2coscos(),,, em

,，mUI(coscossinsin),,,,

,，mUImUIcossin,,qd

Usin,I,qXq从凸极电机的相量图(图9-21)可以看出 EU,cos,0I,dXd

EU,cos,Usin,0PmUmU,，cossin将公式代入得到 ,,emXXqd

2UEU110 ,，,,,sin()sin2mmXXX2dqd

2UEU110上式中, msin,称为基本电磁功率，称为附加电磁功

率。 ,,m()sin2X2XXdqd

EU,cos,Usin,0TmUmU,，cossin对应的电磁转矩有 ,,emXX,,qd

2UEU110 ,，,,,mmsin()sin2,,XXX2dqd

f由于同步电机绝大多数是并入电网的，电网电压和频率为常数，因此在式(9-19)U

XX,E中，电压及参数均为常数;励磁电动势为常数(励磁电流不变)，则电磁功率Udq0

EE的大小将只取决于与的夹角，故称为功角 (功率角)。当与不变时， U,,U00 Pf,(),曲线称为功角特性。 em

XXX,,对于隐极同步电机，，附加电磁功率为零，所以隐极同步发电机的电磁dqc

功率等于基本电磁功率，即

UE0 ,sin,PmemXc

从式可知，隐极同步发电机的功角特性曲线为正弦曲线，当功角为电角度时，电磁功率90出现最大值，其最大值为

UE0 Pm,emXc

对于凸极发电机，由于附加电磁功率的存在，其功角特性曲线不再按正弦变化。如图

EX9-22所示，当励磁电动势，端电压和直轴电抗相同时，电磁功率的最大值比隐极U0d

发电机大，出现在处。 ,,90

E特例:当转子励磁电流为零时，励磁电动势为零。此时 0

2(9-35) mU11,,,P()sin2em 2XXqd从式(9-35)可以看出，这个转矩是由直轴和交轴

XX,上磁阻不等(即)而引起的。只要定子电压不为零，就有电磁功率和电磁转矩存Uqd

在，因此转子没有励磁的凸极同步电动机也能旋转，称这种电机为磁阻电动机。三、功率因数的调节

1.有功功率调节:

PT同步电动机运行时从电网吸取的有功功率的大小基本上由负载的制动转矩来决定。 12无功功率调节:

当同步电动机输出有功功率恒定而改变其励磁电流时，将改变同步电动机的无功功率和功率因数。

3 无功调节分析

前提条件: 以隐极电机为例，忽略定子铜损和磁路饱和的影响.

IPPP输入功率与电磁功率相等。当不变而调节时，若不计励磁损耗的影响，fem12

3sinE,0P,,,则也不变,即 =常数 PmUIPcos,emem1Xc

UU,Icos,,当,常数时，从上式可知，常数 N

Esin,, 常数 0

调节励磁电流的向量图:

IE1当调节励磁电流时，励磁磁势Ff以及由它作用而产生的励磁电动势，以及定子电流f0都相应地改变。 I

IEEEsin,,2 当调节励磁电流以改变时，由于常数，故相量末端的变化轨迹为一条f000

与电压相量相平行的直线CD;由于常数，则定子电流相量末端的变化轨迹是一Icos,,I

条与垂直的水平线AB。 U

3 向量图

I根据励磁电流不同的变化范围，可以绘出三种不同情况下的相量图。 f

II,E(1) 正常励磁时，即时，励磁电动势为，此时的定子电流I最小，与同相，Uff00

cos1,,，电动机不输出无功功率，这时称作正常励磁。

'II,IEE,(2) 当励磁电流大于正常励磁电流时，即时，励磁电动势为，此时的fff000

'II,定子电流超前于端电压，除有功电流外，定子电流中超前的无功电流分量将起去U

磁作用。电动机输入超前无功功率,这时称发电机运行于过励状态;

''II,IEE,(3) 当励磁电流小于正常励磁电流时，即时，励磁电动势为,此时的定fff000

''II,子电流开始变大，滞后于端电压，除有功电流外，定子电流中滞后的无功电流分U

量将起增磁作用。电动机输入滞后的无功功率，称这时电动机处于欠励状态。

由上分析可知，调节同步电动机励磁电流的大小，就可以改变其输出的无功功率。不仅能改变无功功率的大小，而且能改变无功功率的性质。由于电网的负载大多为感性负载，为了提供电感性无功功率，电动机大都在过励状态下运行。

4 形曲线 V

定义:当同步电动机在电压、频率不变的条件

I下，在一定的负载情况下，调节励磁电流f

PPP'''''',, Iememem

I时，则定子电流相应地发生变化。将定子电PP,'''emem

不稳定区PP,''cosφ=1 emem IIfI,()I流随励磁电流的变化关系，即

ffPP,'emem用曲线表示时，因其形状像字母，故称形VVP,0em曲线，如图9-33所示。

当电动机带有不同的负载时，对应有一组

滞后

O超前 I 欠励正常过励 f

图9–33 同步电动机的V形曲线

形曲线，消耗的有功功率越大，曲线越上移。图中每条曲线都有最低点，这点的励磁就V

是正常励磁，而电枢电流最小，全为有功分量，此时。将各曲线最低点连接起来cos1,,

得到一条的曲线(图9-33中的一条虚线)。这条线微向右倾斜，即说明输出功率增cos1,,

大时必须相应增加一些励磁电流才能保持不变。在这条曲线的右方，电动机处于过励cos,

状态，功率因数是超前的，电动机向电网输出滞后无功功率;而在在这条曲线的左方,电动机机处于欠励状态，功率因数是滞后的，电动机从电网吸取滞后无功功率，形曲线左侧V有一个不稳定区(对应于)由于欠励状态更加靠近不稳定区,因此发电机一般不宜在,,:90

欠励状态下运行。

5 应用领域:

我们知道，对电网来说绝大部分用电设备都是感性负载，例如变压器、异步电机和感应炉等。这些负载从电吸取滞后的无功电流使电网的功率因数总是小于1。感性负载越大，电网的功率因数越低，电感性无功功率占比例越大。

为了提高电网的功率因数，可在电网上并联电力电容器，也可以从电网上吸收其它设备的滞后的无功电流。同步电动机既可以作为原动机带负载，又可以通过调节其励磁电流，使其工作于过励磁状态时，输出滞后的无功电流，从而改善电网的功率因数。

第四节同步电动机的起动

永磁同步电机的原理及结构

. . . . 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。

电动机的基本结构及工作原理

电动机的基本结构及工作原理交流电机分异步电机和同步电机两大类。异步电机一般作电动机使用，拖动各种生产机械作功。同步电机分分为同步发电机和同步电动机两类。根据使用电源不同，异步电机可分为三相和单相两种型式。一、异步电动机的基本结构三相异步电动机由定子和转子两部分组成。因转子结构不同又可分为三相笼型和绕线式电机。 1、三相异步电动机的定子：定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子的作用是通入三相对称交流电后产生旋转磁场以驱动转子旋转。定子铁心是电动机磁路的一部分，为减少铁心损耗，一般由0.35～0.5mm厚的导磁性能较好的硅钢片叠成圆筒形状，安装在机座内。定子绕组是电动机的电路部分，安嵌安在定子铁心的内圆槽内。定子绕组分单层和双层两种。一般小型异步电机采用单层绕组。大中型异步电动机采用双层绕组。机座是电动机的外壳和支架，用来固定和支撑定子铁心和端盖。电机的定子绕组一般采用漆包线绕制而成，分三组分布在定子铁心槽内（每组间隔120O），构成对称的三相绕组。三相绕组有6个出线端，其首尾分别用U1、U2；V1、V2；W1、W2表示，连接在电机机壳上的接线盒中，一般3KW以下的电机采用星形接法（Y接），3KW以上的电机采用三角形接法（△接）。当通入电机定子的三相交流电相序改变后，因定子的旋转磁场方向改变，所以电机的转子旋转方向也改变。

2、三相异步电动机的转子：转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。转子的作用是产生感应电动势和感应电流，形成电磁转矩，实现机电能量的转换，从而带动负载机械转动。转子铁心和定子、气隙一起构成电动机的磁路部分。转子铁心也用硅钢片叠压而成，压装在转轴上。气隙是电动机磁路的一部分，它是决定电动机运行质量的一个重要因素。气隙过大将会使励磁电流增大，功率因数降低，电动机的性能变坏；气隙过小，则会使运行时转子铁心和定子铁心发生碰撞。一般中小型三相异步电动机的气隙为0.2～1.0mm，大型三相异步电动机的气隙为1.0～1.5mm。三相异步电动机的转子绕组结构型式不同，可分为笼型转子和绕线转子两种。笼型转子绕组由嵌在转子铁心槽内的裸导条（铜条或铝条）组成。导条两端分别焊接在两个短接的端环上，形成一个整体。如去掉转子铁心，整个绕组的外形就像一个笼子，由此而得名。中小型电动机的笼型转子一般都采用铸铝转子，即把熔化了的铝浇铸在转子槽内而形成笼型。大型电动机采用铜导条；绕线转子绕组与定子绕组相似，由嵌放在转子铁心槽内的三相对称绕组构成，绕组作星形形联结，三个绕组的尾端连结在一起，三个首端分别接在固定在转轴上且彼此绝缘的三个铜制集电环上，通过电刷与外电路的可变电阻相连，用于起动或调速。 3、三相异步电动机的铭牌：每台电动机上都有一块铭牌，上面标注了电动机的额定值和基本技术数据。铭牌上的额定值与有关技术数据是正确选择、使用和检修电动机的依据。下面对铭牌中和各数据加以说明：型号异步电动机的型号主要包括产品代号、设计序号、规格代号和特

无刷直流电机工作原理详解

无刷直流电机工作原理详解日期: 2014-05-28 / 作者: admin / 分类: 技术文章 1. 简介本文要介绍电机种类中发展快速且应用广泛的无刷直流电机（以下简称BLDC）。BLDC被广泛的用于日常生活用具、汽车工业、航空、消费电子、医学电子、工业自动化等装置和仪表。顾名思义，BLDC不使用机械结构的换向电刷而直接使用电子换向器，在使用中BLDC相比有刷电机有许多的优点，比如：能获得更好的扭矩转速特性；高速动态响应；高效率；长寿命；低噪声；高转速。另外，BLDC更优的扭矩和外形尺寸比使得它更适合用于对电机自身重量和大小比较敏感的场合。 2. BLDC结构和基本工作原理 BLDC属于同步电机的一种，这就意味着它的定子产生的磁场和转子产生的磁场是同频率的，所以BLDC并不会产生普通感应电机的频差现象。BLDC中又有单相、2相和3相电机的区别，相类型的不同决定其定子线圈绕组的多少。在这里我们将集中讨论的是应用最为广泛的3相BLDC。 2.1 定子 BLDC定子是由许多硅钢片经过叠压和轴向冲压而成，每个冲槽内都有一定的线圈组成了绕组，可以参见图2.1.1。从传统意义上讲，BLDC的定子和感应电机的定子有点类似，不过在定子绕组的分布上有一定的差别。大多数的BLDC定子有3个呈星行排列的绕组，每个绕组又由许多内部结合的钢片按照一定的方式组成，偶数个绕组分布在定子的周围组成了偶数个磁极。

BLDC的定子绕组可以分为梯形和正弦两种绕组，它们的根本区别在于由于绕组的不同连接方式使它们产生的反电动势（反电动势的相关介绍请参加EMF一节）不同，分别呈现梯形和正弦波形，故用此命名了。梯形和正弦绕组产生的反电动势的波形图如图2.1.2和图 2.1.3所示。

同步电机与异步电机的概念、区别及应用前景

异步电机与同步电机的控制原理，应用领域和研究热点班级：学号：姓名：

同步电机，和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60f/p，ns称为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。工作原理励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场运行方式同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。

永磁同步电机的调速主要通过改变供电电源的频率来实现。目前常用的变频调速方式有转速闭环恒压频比控制（v/f）、转差频率控制、基于磁场定向的矢量控制（Vector Control）以及直接转矩控制（Direct Torque Control）。 1.转速闭环恒压频比控制转速闭环恒压频比控制是一种最常用的变频调速控制方法。该方法是通过控制V/f恒定，使磁通保持不变，并以控制转差频率来控制电机的转矩和转速。这种控制方法低速带载能力不强，须对定子压降实行补偿，因该控制方法只控制了电机的气隙磁通，不能调节转矩，故性能不高。但该方法由于实现简单、稳定可靠，调速方便，所以在一些对动态性能要求不太高的场合，如对通风机、水泵等的控制，仍是首选的方法。 2.转差频率控制转差频率控制的突出优点就在于频率控制环节的输入是转差信号，而频率信号是由转差信号与实际转速信号相加后得到的，这样，在转速变化过程中，实际频率随着实际转速同步地上升或者下降。尽管转差频率控制能够在一定程度上控制电机转矩 3.矢量控制矢量控制框图如图2 所示。 1971 年，西门子工程师Balschke 首次提出矢量控制理论，使交流电机控制理论获得了一次质的飞跃。其基本思想为：以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交的两个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，分别对它们进行控制，获得像直流电动机一样良好的动态特性。因其控制结构简单，控制软件实现较容易，已被广泛应用到调速系统中。但矢量控制方法在实现时要进行复杂的坐标变换，并需准确观测转子磁链，而且对电机的参数依赖性很大，难以保证完全解耦，使控制效果大打折扣。

同步电机的基本工作原理和结构

同步电机的基本工作原理和结构第一节精编资料本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理,同步电机的电动势和磁动势,异步电动...二,同步电机的工作原理1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场... 原理,结构同步电机的基本工作原理和结构本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理、同步电机的电动势和磁动势、异步电动机的电势平衡，磁势平衡、等值电路及相量图、功率转矩、同步发电机运行原理等内容。本章共有10节课，内容和时间分配如下: 1.掌握同步电机的结构特点及工作原理。(2节) 2.掌握同步电机绕组有关的结构、额定参数(1节) 3.掌握同步电机机绕组的磁动势、等效电路，一般掌握相量图。(3节) 4.掌握同步电机功率、转矩和同步电机启动特性。(2节) 5.了解同步发电机的运行原理。(2节) 一、简介交流电机，根据用途，可以分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三类。 (交流电能几乎全部是由同步发电机提供的。目前电力系统中运行的发电机都是三相同步发电机。同步电动机可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数，因而在不需要调速的低速大功率机械中也得到较广泛的应用。随着变频技术的不断发展，同步电动机的起动和调速问题都得到了解决，从而进一步扩大了其应用范围。

同步补偿机实质上是接在交流电网上空载运行的同步电动机，其作用是从电网汲取超前无功功率来补偿其它电力用户从电网汲取的滞后无功功率，以改善电网的供功率因数。) 二、同步电机的工作原理 1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场和转子旋转磁场。定子旋转磁场—又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场60f1n,速度:同步速度，即 1p 方向:从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相。形成原因:以电气方式形成。 (当对称三相电流流过定子对称三相绕组时,将在空气隙中产生旋转磁通势。它的旋转速度 60f1n,1p为同步速度，即;它的旋转方向是从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相;当某相电流达到最大值的瞬间，旋转磁势的振幅恰好转到该相绕组轴线处。这个旋转磁通势是以电气方式形成的。同步电机不论作为发电机运行还是作为电动机运行，只要其定子三相绕组中流通对称三相电流，都将在空气隙中产生上述旋转磁通势，建立旋转磁场。同步电机的定子绕组被称为电枢绕组，因此，上述磁势又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场。转子旋转磁场—直流励磁的旋转磁场。 60f1n, 速度:同步速度，即1p 方向:与定子相同。形成原因:机械方式形成。 (在同步电机的转子上装有由直流励磁产生的磁极，磁极与转子无相对运动。当转子旋转时, 以机械方式形成旋转磁通势，并在气隙中形成另一种旋转磁场。由于磁场随转子一同旋转，被称为直流励磁的旋转磁场。) 2 电动势—两个旋转磁场切割绕组产生。

电动机结构与工作原理

电动机结构与工作原理三相异步电动机实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理；（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动、调速及制动的基本原理和基本方法；（5）应用场合和如何正确使用。三相异步电动机的结构与工作原理 1．三相异步电动机的构造三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。此外还有端盖、风扇等附属部分，如图5-1所示。 1）．定子三相异步电动机的定子由三部分组成：

2）．转子三相异步电动机的转子由三部分组成：鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm之间。 2．三相异步电动机的转动原理 1）．基本原理为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图5-2所示。

(1)．演示实验：在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。 (2)．现象解释：当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。 (3)．结论：欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。

永磁同步电机的原理及结构

完美格式整理版第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。

同步电机原理和结构

每相感应电势的有效值为

(15.2) ◆ 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。同步转速 ◆同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： (15.3) ◆要使得发电机供给电网50Hz 的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min ，4极电机的同步转速为1500r/min ，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。运行方式 ◆同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 ? 西安交通大学电机教研室版权所有，侵权必究 2000.12?

水轮发电机水轮发电机的特点是：极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为1～2mm 的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用来拟制短路电流和减弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。磁极与磁极轭部采用 T 形或鸽尾形连接，如图15.4所示。隐极式转子隐极式转子上没有凸出的磁极，如图15.2b 所示。沿着转子本体圆周表面上，开有许多槽，这些槽中嵌放着励磁绕组。在转子表面约1/3部分没有开槽，构成所谓大齿，是磁极的中心区。励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也会出现 N 极和 S 极。在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高，最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。

无刷电机工作及控制原理(图解)

无刷电机工作及控制原理(图解) 左手定则，这个是电机转动受力分析的基础，简单说就是磁场中的载流导体，会受到力的作用。让磁感线穿过手掌正面，手指方向为电流方向，大拇指方向为产生磁力的方向，我相信喜欢玩模型的人都还有一定物理基础的哈哈。

让磁感线穿过掌心，大拇指方向为运动方向，手指方向为产生的电动势方向。为什么要讲感生电动势呢?不知道大家有没有类似的经历，把电机的三相线合在一起，用手去转动电机会发现阻力非常大，这就是因为在转动电机过程中产生了感生电动势，从而产生电流，磁场中电流流过导体又会产生和转动方向相反的力，大家就会感觉转动有很大的阻力。不信可以试试。三相线分开，电机可以轻松转动三相线合并，电机转动阻力非常大右手螺旋定则，用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极。

状态1 当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则，会产生方向指向右的外加磁感应强度B(如粗箭头方向所示)，而中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时，转子所受的转动力矩最大。注意这里说的是“力矩”最大，而不是“力”最大。诚然，在转子磁场与外部磁场方向一致时，转子所受磁力最大，但此时转子呈水平状态，力臂为0，当然也就不会转动了。补充一句，力矩是力与力臂的乘积。其中一个为零，乘积就为零了。当转子转到水平位置时，虽然不再受到转动力矩的作用，但由于惯性原因，还会继续顺时针转动，这时若改变两头螺线管的电流方向，如下图所示，转子就会继续顺时针向前转动，

电磁调速电动机工作原理及接线图

电磁调速电动机接线图电磁调速电动机是由滑差离合器和一般异步电动机结合在一起组成的，在规定的围，它能实现均匀连续无极调速。电磁调速控制器：7芯接线(1、2、3、4、5、6、7) 电磁调速电动机：5端子（励磁线圈：F1、F2、测速发电机：U、V、W）电磁调速控制器1、2接220V电源相线和零线；3、4(两根粗的）接励磁线圈F1、F2；5、6、7接电磁调速电机的测速发电机U、V、W 一般异步电动机：U、V、W通过接触器接电源R 、S、T。 JDIA型电磁调速电动机控制器是原机械工业部全国联合(统一)设计产品，用于电磁调速电动机(滑差电机)的调速控制。实现恒转矩无级调速。一、型号含义：

二、使用条件： 1、海拔不超过1000m。 2、周围环境温度；-5℃-+40℃。 3、相对湿度不超过90％(20℃以下时)。 4、振动频率10-15OHz时，其最大振动加速度应不超过0.5g。 5、电网电压幅位波动±10％额定值时、保证额定使用。 6、周围介质没有导电尘埃和能腐蚀金属和破坏绝缘的气体。三、主要技术数据： 3.1手操普通型(见下表) 四、基本工作原理：

从图1方框图可知，控制器由可控硅主回路、给定电路、触发电路、测速负反馈电路等环节组成。主回路：采用可控硅半波直流电路。由于励磁线圈是一个电感性负载，为了让电流连续，因此在励磁线圈前并联一个续6R二级管(C2)。主回路的保护装置：用熔断器(RD)进行短路保护，用压敏电阻1(Rv)进行交流侧浪涌电压保。给定电路：4w交流电压由变压器副边经BZ01桥式整流，Rl、cl、C2兀型滤波后，以WD2WD1,稳压管加到给定电位器w1，两端。测速负反馈电路：测速发电机三相(或单相)电压经D6×6桥式整流后由C3滤波加到反馈电位器W2二端，此直流电压随调速电机的转速变化成线性变化，作为速度反馈信号与给定信号相比较，由于它的极性是与给定信号电压相反的，它的增加将减少综合信号(等于给定信号反馈信号)，即起书负反锁的作用

永磁同步电机原理

永磁同步电机原理、特点、应用详解电机对于工农业来说至关重要，本文将会对电机的定义、分类、电机驱动的分类进行简介，并详细介绍永磁同步电机的原理、特点以及应用。电机的定义所谓电机，顾名思义，就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性；当电能被转换成机械能时，电机表现出发电机的工作特性。电机主要由转子，定子绕组，转速传感器以及外壳，冷却等零部件组成。电机的分类按结构和工作原理划分：直流电动机、异步电动机、同步电动机。按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。交流电机还可分：单相电机和三相电机。直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钻永磁直流电动机。按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。按用途划分：驱动用电动机和控制用电动机

永磁同步电机所谓永磁，指的是在制造电机转子时加入永磁体，使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步，则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此，通过控制电机的定子绕组输入电流频率，电动汽车的车速将最终被控制。而如何调节电流频率，则是电控部分所要解决的问题。永磁同步电动机的特点永磁电动机具有较高的功率/质量比，体积更小，质量更轻，比其他类型电动机的输出转矩更大，电动机的极限转速和制动性能也比较优异，因此永磁同步电动机已成为现今电动汽车应用最多的电动机。但永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降，或发生退磁现象，有可能降低永磁电动机的性能。另外，稀土式永磁同步电动机要用到稀土材料，制造成本不太稳定永磁同步电机与异步电机除了永磁同步电机，异步电机也因特斯拉的使用而被广泛关注。与同步电机相比起来，电机转子的转速总是小于旋转磁场（由定子绕组电流产生）的转速。因此，转子看起来与定子绕组的电流频率总是“不一致”，这也是其为什么叫异步电机的原因。相比于永磁同步电机，异步电机的优点是成本低，工艺简单；当然其缺点就是其功率密度与转矩密度要低于永磁同步电机。而特斯拉Models为何选用异步电机而不是永磁同步电机，除了控制成本这个主要原因之外，较大的Models车体能够有足够空间放的下相对大一点的异步电机，也是一个很重要的因素。永磁同步电动机怎样产生动力？在交流异步电动机中，转子磁场的形成要分两步走：第一步是定子旋转磁场先在转子绕组中感应出电流；第二步是感应电流再产生转子磁场。在楞次定律的作用下，转子跟随定子旋转磁场转动，但又“永远追不上”，因此才称其为异步电动机。如果转子绕组中的电流不是由定子旋转磁场感应的，而是自己产生的，则转子磁场与定子旋转磁场无关，而且其磁极方向是固定的，那么根据同性相斥、异性相吸的原理，定子的旋转磁场就会拉动转子旋转，并且使转子磁场及转子与定子旋转磁场“同步”旋转。这就是同步电动机的工作原理。根据转子自生磁场产生方式的不同，又可以将同步电动机分为两种：一是将转子绕组通上外接直流电（励磁电流），然后由励磁电流产生转子磁场，进而使转子与定子磁场同步旋转。这种由励磁电流产生转子磁场的同步电动机称为励磁同步电动机。二是干脆在转子上嵌上永久磁体，直接产生磁场，省去了励磁电流或感应电流的环节。这种由永久磁体产生转子磁场的同步电动机，就称为永磁同步电动机。

三相同步发电机的结构和工作原理

三相同步发电机结构及工作原理1 LEROYSOMER 电球侧视图 LEROYSOMER 电球分解图 1.定子 2.转子100.励磁电枢90.励磁定子34 3.旋转二极管桥架347.浪涌抑制器198.AVR70.轴承 meccaltespa 电球分解图 10．励磁定子143.励磁线柱19.轴承11.旋转二极管架13.励磁电枢14.转子40.固定环绕组和AVR Kirloskar 电球分解图 1.定子 2.转子 3.励磁转子 4.励磁定子10.AVR11.轴承22.旋转整流集成发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势。发电机曲轴带动发电机的转子，利用“电磁感应”原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。主磁场的建立：励磁绕组通入直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体（定子）。切割运动：引擎曲轴拖动转子旋转（给电球输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。励磁机整流器转子定子 AVR(自动电压调节器) 风扇飞轮连接盘出线端子

步进电机的工作原理图解

1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D 当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c 所示： a. 单四拍 b. 双四拍 c八拍

51单片机驱动步进电机的方法。驱动电压12V，步进角为7.5度. 一圈360 度, 需要48 个脉冲完成!!! 该步进电机有6根引线，排列次序如下：1:红色、2:红色、3:橙色、4:棕色、5:黄色、6:黑色。采用51驱动ULN2003的方法进行驱动。 ULN2003的驱动直接用单片机系统的5V电压，可能力矩不是很大，大家可自行加大驱动电压到12V。

1.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。二、感应子式步进电机工作原理（一）反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图： 2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为 1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。

同步电机

第八章同步电机同步电机原理和结构 1．同步发电机原理简述（1）结构模型：同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。最常用的转场式同步电机的定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场（也称主磁场、转子磁场）。除了转场式同步电机外，还有转枢式同步发电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。图8-1-1给出了典型的转场式同步发电机的结构模型。图中用AX、BY，CZ 共 3个在空间错开120°电角度分布的线圈代表三相对称交流绕组。（2）工作原理同步电机电枢绕组是三相对称交流绕组，当图8-1-1 同步电机结构模型原动拖动转子旋转时，通入三相对称电流后，会产生高速旋转磁场，随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场），会在其中感应出大小和方向按周期性变化的交变电势，每相感应电势的有效值为， E0＝Фf k w （8-1-1）式中f——电源频率；Фf——每极平均磁通； N——绕组总导体数；k w——绕组系数； E0是由励磁绕组产生的磁通Фf在电枢绕组中感应而得，称为励磁电势（也称主电势、空载电势、转子电势）。由于三相电枢绕组在空间分布的对称性，决定了三相绕组中的感应电势将在的时间上呈现出对称性，即在时间相位上相互错开1/3周期。通过绕组的出线端将三相感应电势引出后可以作为交流电源。可见，同步发电机可以将原动机提供给转子的

异步电动机的结构和工作原理

第五章异步电动机前言：①定义：异步电机（也叫感应电机）是一种交流旋转电机，它的转速除与电网频率有关外，还随负载而变。 ②应用：主要作电动机使用，如：机床；水泵；家用电器； ③它的功率因数永远是滞后的。 5.1异步电动机的结构和工作原理一、异步电动机的主要用途和分类1、异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。异步电动机的优点:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。异步电动机的缺点:功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于１。 2、异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法：（1）按定子相数分有 ①单相异步电动机； ②两相异步电动机； ③三相异步电动机。（2）按转子结构分有 ①绕线式异步电动机； ②鼠笼式异步电动机。又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机。此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机之分。从其它角度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异步电机等等。二、异步电动机的结构

1. 定子：定子铁心：0.5mm厚硅钢片叠压而成,磁路的一部分定子绕组：电磁线制而成,电路一部分机座：铸铁或钢板焊接而成（1）定子铁心是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽,其中(a)是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；(b)是半开口槽，用于中型500V以下的异步电动机中；(c)是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。（2）定子绕组：高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用Y接，只有三根引出线，如图(a)所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或△形，如图(b)所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。

同步电机和异步电机的区别及工作原理

同步电机和异步电机的区别及工作原理同步电机和异步电机的主要区别是：同步电机能与其定子磁场旋转达到同步转速，异步电机转速达不到定子磁场的同步转速。电机大致分成三种，同步机，异步机（以上两种多与电网相连），还有个直流电机。下面的内容是一个过渡，只作为对电机（同步机、异步机）原理性的知识进行形象的讲解（懂电机的可跳过）。同步机和异步机，这两个东西都是交流电机，利用了三相交流电的比较有意思的一个特性：简单的说如果把三个线圈像搅拌器（就是家里用来打鸡蛋的那种东西）那样布置，三个线圈相互不接触，分别加上ａｂｃ三相电压，于是产生三相电流，接着好玩的事情就发生了，线圈所围的空间内出现了与所加电压同频的旋转磁场（若要更深入的解释，就得说驻波的分解，叠加，比较麻烦）。所以人们把线圈按照上述所说的办法，嵌进定子，于是转子所在的那个空间就产生了旋转的磁场。有了这个磁场就好办了，我们就可以想象定子处有一个看不见的磁铁在转，此时如果转子是个磁铁的话，那么转子不就

被带动起来了么，就是电动机了，反之如果转子带动那个看不见的磁铁，就成了发电机了（首先转子带动那个虚拟磁铁，转子肯定受个阻力矩吧，虚拟磁铁受个动力矩吧，注意！力是能量转换的中介（或者说是标志），虚拟磁铁毕竟是虚拟的，定子又不动，那么定子肯定地获得电动势喽。如定子带负载的话，就会有电流，还是三相的，有电流就会有磁场，干扰转子产生的磁场，这个叫做电枢反应。于是带上负载后定子处获得的电动势与空载时的不一样）。在上面的原理指引下，把转子做成个电磁铁，外部单独用个电源给它电，那么这个电机就叫做同步机，之所以叫同步机是转子的磁性是独立产生的，于是转子能达到那个虚拟磁铁的转速。转子磁性独立产生是个大好事，使得同步机调整很容易，比如说调无功功率。后来人们发现转子不用电磁铁也行，把转子做成个装松鼠的笼子，由于虚拟磁铁的磁力线会切割鼠笼的笼棍，于是由伟大的右手定则，就会产生电流，仔细研究一下你会发现这个电流也是个三相的，于是与定子的产生磁场的原理类似，转子也产生个围绕他旋转的虚拟磁铁，再研究一下你会发现，定转子的虚拟磁铁在空间上转速一样。于是鼠笼子起到了与电磁铁类似的效果，不过鼠笼的电流是由于其与定子虚拟磁

永磁同步电机的基本知识和结构

WORD 文档可编辑技术资料专业分享第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。

同步电机的基本工作原理和结构

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