第六章同步电机

二、同步发电机的基本类型
类型与励磁方式
类型：同步发电机有转枢式和转极式两种。 类型：同步发电机有转枢式和转极式两种。同步发 电机主要采用转极式， 磁极在转子时， 电机主要采用转极式，∵磁极在转子时，通过滑环引 导的电流较小。 导的电流较小。 自励： 自励：凡以发电机本身的电枢绕组或辅助绕组为励 磁电源的励磁方式称为自励。 磁电源的励磁方式称为自励。 他励：凡设有专用励磁电源的称为他励。 他励：凡设有专用励磁电源的称为他励。即，采用 励磁机进行励磁的就是他励。 励磁机进行励磁的就是他励。无刷同步发电机是他励 的一种形式。 的一种形式。
定子： 和 ，转子： 和 ；主发电机： 和 ，励磁发电机： 和 。 定子：1和2，转子：3和4；主发电机：2和4，励磁发电机：1和3。
三、同步发电机的基本数据
铭牌数据： 铭牌数据：
主要铭牌数据有： 额定容量、额定电压、额定频率、 主要铭牌数据有： 额定容量、额定电压、额定频率、额 定功率因数、定子绕组连接、绝缘等级、冷却方式等。 定功率因数、定子绕组连接、绝缘等级、冷却方式等。 注意： 额定容量、额定电压、 注意： 额定容量、额定电压、额定功率因数和额定电流 可能只标出三个（ 第四个参数可以求出）。 可能只标出三个（∵第四个参数可以求出）。
同步电动机的起动
分析：若直接将静止不动的同步电动机转子进行 分析： 励磁，而在定子三相电枢绕组通入三相交流电， 励磁，而在定子三相电枢绕组通入三相交流电，在气 隙中将有励磁磁场（恒定不变）和电枢磁场（旋转） 隙中将有励磁磁场（恒定不变）和电枢磁场（旋转） 同时存在，当电枢磁场超前励磁磁场时， 同时存在，当电枢磁场超前励磁磁场时，将拖动励磁 磁场转动，由于转子存在着惯性， 磁场转动，由于转子存在着惯性，而电枢磁场转速又 很快， 在 很快，θ在180°内电枢磁场不能及时将转子拉入同 ° 超过180°后，电枢磁场与励磁磁场的相互 步，而θ超过 超过 ° 作用力变成斥力，于是在一个周期内， 作用力变成斥力，于是在一个周期内，电磁转矩的平 均值为零。因此，同步电动机不能直接起动。 均值为零。因此，同步电动机不能直接起动。 起动方法：主要有间接起动和异步起动。 起动方法：主要有间接起动和异步起动。
§6.2 同步电动机
本节的主要内容有两部分： 本节的主要内容有两部分：
转动原理与起动： 转动原理与起动： 主要点：同步电动机如何转动、怎样转动。 主要点：同步电动机如何转动、怎样转动。 电动机的电流： 电动机的电流： 主要点：影响同步电动机电枢电流的因素。 主要点：影响同步电动机电枢电流的因素。 同步电动机的内容不是重点，主要要求了解基本点。 同步电动机的内容不是重点，主要要求了解基本点。 不是重点 要求了解基本点
间接起动和异步起动
间接起动：通过其它机械（原动机） 间接起动：通过其它机械（原动机）将同步电动机起动 至额定转速，然后定子电枢绕组接三相交流电， 至额定转速，然后定子电枢绕组接三相交流电，转子励磁绕 组通入励磁电流， 组通入励磁电流，通过机械离合器脱开原动机并带上机械负 同步电动机进入正常的电动运行状态工作。 载，同步电动机进入正常的电动运行状态工作。 异步起动：依靠同步电动机磁极上的起动绕组（ 异步起动：依靠同步电动机磁极上的起动绕组（类似鼠 笼绕组）起动。起动时，将转子绕组串联一个5～ 倍励磁 笼绕组）起动。起动时，将转子绕组串联一个 ～10倍励磁 绕组电阻值的电阻，定子接入三相交流电， 绕组电阻值的电阻，定子接入三相交流电，起动绕组以异步 机的原理起动，当转子转速接近同步转速时， 机的原理起动，当转子转速接近同步转速时，励磁绕组通过 转换开关断开串联的电阻，接入正常励磁电流， 转换开关断开串联的电阻，接入正常励磁电流，此时由于电 枢磁场与励磁磁场的相对转速很小， 枢磁场与励磁磁场的相对转速很小，转子在电枢磁场的作用 下将被拉入同步。 下将被拉入同步。拉入同步后的电动机就可带动机械负载正 常工作。 常工作。
6.1.2 工作原理
同步电动机工作时，定子的三相绕组中通入三相 对称电流，转子的励磁绕组通入直流电流。 在定子三相对称绕组中通入三相交变电流时，将 在气隙中产生旋转磁场。在转子励磁绕组中通入直流 电流时，将产生极性恒定的静止磁场。若转子磁场的 磁极对数与定子磁场的磁极对数相等，转子磁场因受 定子磁场磁拉力作用而随定子旋转磁场同步旋转，即 转子以等同于旋转磁场的速度、方向旋转，这就是同 步电动机的基本工作原理。 60 f 定子旋转磁场与转子的速度为 n1 = 1 ，称为同 p f1 步转速。它的大小只决定于电源频率 的大小和定、 转子的极对数p，不会因负载变化而改变。定子旋转 磁场或转子的旋转方向决定于通入定子绕组的三相电 流相序，改变其相序即可改变同步电动机的旋转方向。
转子结构
转子： 凸极式和隐极式两种 转子绕组是直流绕组。 两种。 转子：有凸极式和隐极式两种。转子绕组是直流绕组。
隐极式转子
大型机的 子支架
转子轴上的滑环
转子铁心 硅钢片
一对极 隐极式
两对极凸极式
结构 同步电机有旋转磁极式和 旋转电枢式两种结构形式。 旋转电枢式两种结构形式 。 由 于旋转磁极式具有转子重量小、 于旋转磁极式具有转子重量小 、 制造工艺较简单、 制造工艺较简单 、 通过电刷和 滑环的电流较小等优点， 滑环的电流较小等优点 ， 大中 容量的同步电动机多采用旋转 磁极式结构。 磁极式结构 。 根据转子形状的 不同， 旋转磁极式又可分为凸 不同 ， 极式和隐极式两种， 如图6.1所 极式和隐极式两种 ， 如图 所 示 。 凸极式多用于要求低转速 的场合， 其转子粗而短， 的场合 ， 其转子粗而短 ， 气隙 不均匀。 不均匀 。 隐极式多用于要求高 （a）凸极式 （b）隐极式 转速的场合， 其转子细而长， 转速的场合 ， 其转子细而长 ， 图6.1 同步电动机的结构示意图 气隙均匀。 气隙均匀。
同步电动机的基本原理 2. 同步电动机的基本原理
1.恒速性当定子绕组中通入三相电流后，便产生了旋转磁场 恒速性当定子绕组中通入三相电流后 恒速性当定子绕组中通入三相电流后， 其转速为n1。 ，其转速为 。旋转磁场的磁极对转子的异性磁极产生较强的 吸力，吸住转子， 吸力，吸住转子，使其按旋转磁场的转向并以同步转速而旋转 。在规定的负载范围内，同步电动机的转速为恒定值 。 在规定的负载范围内，
第六章 同步电机
同步电机的结构和工作原理 §6—1．同步电机的结构和工作原理 同步发电机的应用 §6—2．同步发电机的应用
第六章小结
第一节
n1 =
1
同步电动机
同步电动机是一种交流电动机， 它的主要特点是转子转速等 于同步转速， 即 60 f
p
同步发电机在电力工业中有着很广泛的应用：火力发电、 同步发电机 水力发电、 原子能发电等，几乎全部应用三相同步发电机 同步电动机虽然不像异步电动机那样应用广泛，但由于它 同步电动机 的功率因数可以调节，并且大多调节在容性状态下运行， 这样可以补偿采用异步电动机所需的感性电流，从而提高 电力网的功率因数。 同步电动机常用在中等功率(50kW)以 上，不需调速且转速要求恒定的生产机械中，如大型的空 压机、水压机等。
一、转动原理与起动
转动原理：
由并联运行同步发电机的功角特性可知： 由并联运行同步发电机的功角特性可知：当同步 发电机处于空载状态并联在电网时，若将原动机通过 发电机处于空载状态并联在电网时， 离合器脱开，此时转子在机械阻转矩的作用下将减速， 离合器脱开，此时转子在机械阻转矩的作用下将减速， 电机的功角θ＜ 输出的有功功率为负值， 电机的功角 ＜0 ，输出的有功功率为负值，即表示从 电网吸收有功功率。也就是说： 电网吸收有功功率。也就是说：同步发电机就变成了 同步电动机。 同步电动机。 结论：功角θ＜ 输出P 即输入P， 结论：功角 ＜0 ，输出 ＜0 ，即输入 ，变成同 步电动机。 转速仍然是同步转速。 步电动机。—— 转速仍然是同步转速。
1、同步电机结构
定子结构： 定子结构：
结构：由铁心和绕组组成， 结构：由铁心和绕组组成，与异步电机定子基本 相同。 相同机座号时，若与异步机互换定子， 相同。—— 相同机座号时，若与异步机互换定子，则 仍然可以运行。 仍然可以运行。 区别：主要是尺寸方面，同步电机通常容量较大， 区别：主要是尺寸方面，同步电机通常容量较大， 而异步机的容量相对较小。因此， 而异步机的容量相对较小。因此，从表面上看同步机 机壳无散热片， 机壳无散热片，异步机则有 接线：发电机定子绕组通常采用Y 形连接， 接线：发电机定子绕组通常采用 形连接，减小 三次谐波影响。 三次谐波影响。
注
意
异步法起动时注意： 异步法起动时注意：励磁绕组既不能开路也不 能短路，而应在转子绕组回路中串联一个5～ 倍励 能短路，而应在转子绕组回路中串联一个 ～10倍励 磁绕组电阻值的电阻。 磁绕组电阻值的电阻。 这是因为：由于励磁绕组的匝数很多，起动时， 这是因为：由于励磁绕组的匝数很多，起动时， 开路则会感应出很高的电压 则会感应出很高的电压， 若开路则会感应出很高的电压，造成设备损坏等后 而若直接短路 则短路电流较大， 直接短路， 果。而若直接短路，则短路电流较大，会烧坏励磁 绕组。 绕组。 转子回路电阻的作用：即降压又限流。 转子回路电阻的作用：即降压又限流。
同步电机与其他旋转电机一样，由定子和转子两大 部分组成。旋转磁极式同步电机的定子主要由机座、铁 心和定子绕组构成。为减小磁滞和涡流损耗，定子铁心 采用薄硅钢片叠装而成，定子铁心的内表面嵌有在空间 上对称的三相绕组。转子主要由转轴、滑环、铁心和转 子绕组构成。为兼顾导磁性能和机械强度的要求，转子 铁心常采用高强度合金钢锻制而成。转子铁心上装有励 磁绕组，其两个出线端与两个滑环分别相接。为便于启 动，凸极式转子磁极的表面还装有用黄铜制成的导条， 在磁极的两个端面分别用一个铜环将导条连接起来构成 一个不完全的笼形启动绕组。
工作原理简介： 工作原理简介：
外部直流电源通过滑环向转子提供 直流励磁电流，并产生磁场； 直流励磁电流，并产生磁场；原动机拖 动转子旋转， 动转子旋转，转子磁极磁场切割三相定 子绕组，感应三相交流电。 子绕组，感应三相交流电。