三相同步发电机的运行原理
实验四 三相同步发电机的运行特性
实验四三相同步发电机的运行特
性
实验四：三相同步发电机的运行特性
三相同步发电机是一种常用的大功率电机，它具有较好的效率、可靠性和低成本。
在实验四中，将对三相同步发电机的运行特性进行详细的说明。
首先，要弄清楚三相同步发电机的工作原理。
三相同步发电机是通过三个单相电磁激励来产生同步旋转磁场的。
三个单相电磁激励的电流分别以120度的相位差来传递，这样就形成了一个永久磁场，在这个永久磁场中，三相交流电的同步旋转磁场，能够对发电机的转子产生相应的力，使发电机的转子沿着永久磁场的方向旋转。
其次，要了解三相同步发电机的主要运行特性。
三相同步发电机的运行特性有以下几点：
1. 功率因数：三相同步发电机的功率因数取决于负载的阻抗值，随着负载阻抗的变化，功率因数也会发生变化。
2. 电流平衡：当三相同步发电机处于空载状态时，三相电流应保持平衡，即三相电流之间的相位关系应始终保持120度。
3. 调速特性：三相同步发电机的调速特性取决于供电电压，当供电电压改变时，发电机的转速也会随之改变。
4. 效率：三相同步发电机的效率高，其输出功率大于输入功率，且随着负载的增加而逐渐降低。
5. 启动特性：三相同步发电机的启动特性要求电流不能过大，否则可能会对转子、绕组等部件造成损坏。
最后，要注意三相同步发电机的安全性。
三相同步发电机的安全性要求要求电流不能过大，电压不能过高，否则可能会对电机产生过大的力，从而导致发电机的损坏。
三相同步发电机的基本工作原理
极，由原动机拖动旋转，使转子转速达到同步转速后，在气隙中形 成一个旋转磁场。由于三相定子绕组是在空间相隔120°电角度的 对称绕组，切割旋转磁场的磁力线后，分别在U 相、V 相和W 相 定子绕组上，感应出大小相等、相位上互差120°电角度的三相交 流感应电动势，如果气隙中的磁场按正弦规律分布，则三相定子绕 组中感应电动势也是按正弦规律变化，其表达式为：
三峡电站厂房内景图片
三相定子绕组中感应电动势变化频率与同步发电机转子磁极对 数和转速有关。其关系式为：
三相同步电机
同步发电机的工作原理图
三相同步电机
三、汽轮发电机和水轮发电机简介
汽轮发电机的转子
水轮发电机的转子
运行中的汽轮发电机
运行中的水轮发电机
三相同步电机
三相同步电机
三峡水电机组
正在吊装的三峡电站水轮发电机组转子图片
三相同步电机
§ 三相同步发电机的基本工作原理
一、三相同步发电机的基本结构
三相同步发电机由定子和转子两部分组 成。
三相同步发电机定子也称为电枢，主要 由定子铁心、定子绕组、机座、端盖和轴承 部件组成。
同步电机的外形结构
三相同步发电机的转子主要由转子铁心、励磁绕组、集电环、 风扇和转轴等组成。
三相同步电机
三相同步发电机技术条件
三相同步发电机技术条件三相同步发电机是一种常用的发电设备，广泛应用于电力系统中。
它具有高效、稳定、可靠的特点，被广泛应用于各个领域。
本文将从技术条件的角度介绍三相同步发电机的相关知识。
一、三相同步发电机的基本原理三相同步发电机是通过电磁感应原理将机械能转化为电能的装置。
它由转子和定子两部分组成，其中转子是旋转部分，定子是固定部分。
当转子旋转时，通过磁场的相互作用，使得定子中的线圈感应出电势，并产生电流。
这样，机械能就被转化为电能。
二、三相同步发电机的技术条件1. 额定功率：即发电机能够持续输出的功率。
额定功率是发电机设计时的重要参数，一般以千瓦（kW）为单位表示。
2. 额定电压：即发电机输出的电压。
在电力系统中，常用的额定电压有220V、380V等。
发电机的额定电压需要与电力系统的额定电压匹配，以确保稳定的供电。
3. 频率：即发电机输出的电频。
在电力系统中，常用的频率为50Hz或60Hz。
发电机的频率需要与电力系统的频率保持一致，以确保供电稳定。
4. 功率因数：即发电机输出功率与视在功率之间的比值。
功率因数是衡量发电机电能利用率的重要指标，一般为0.8至1之间。
5. 转速：即发电机转子的转速。
发电机的转速需要与电力系统的同步速度相匹配，以确保发电机能够与电力系统同步运行。
6. 绝缘等级：即发电机的绝缘性能。
发电机需要具备良好的绝缘性能，以防止电气事故的发生。
7. 效率：即发电机的电能转换效率。
发电机的效率越高，能够将机械能转化为电能的能力越强。
8. 耐久性：即发电机的使用寿命。
发电机需要具备较高的耐久性，能够长时间稳定运行。
9. 控制方式：即发电机的控制方式。
发电机的控制方式有多种，包括手动控制、自动控制等。
三、三相同步发电机的应用领域三相同步发电机广泛应用于各个领域，包括电力系统、工业生产、交通运输等。
在电力系统中，三相同步发电机是发电厂的核心设备，能够稳定地输出电能，满足电力系统的需求。
在工业生产中，三相同步发电机被用作驱动电动机、供应电力负载等，为工业设备提供稳定的电源。
三相同步发电机工作原理
三相同步发电机工作原理
三相同步发电机是一种将机械能转化为电能的设备。
它基本上由转子和定子两部分组成。
转子是旋转部分，通常由强磁性材料制成，如永磁体或电磁体。
转子上的磁极与定子上的磁极相匹配，以产生磁场。
定子是静止部分，通常由绕组和磁极组成。
绕组通常是由绝缘电线绕成的线圈，每个线圈代表一个相位。
在三相同步发电机中，一共有三个线圈，分别对应三个相位。
工作原理如下：
1. 初始状态下，转子上的磁极和定子上的磁极相互吸引，使得转子开始旋转。
2. 当转子旋转时，转子上的磁极经过定子绕组时，会在绕组中产生电流。
3. 根据法拉第电磁感应定律，当电流通过定子绕组时，会产生一个磁场，该磁场与转子上的磁场相互作用，产生一个力矩，将转子继续推动。
4. 因为绕组被划分为三个相位，所以当转子旋转时，三个相位的绕组会分别产生电流。
这三个相位的电流之间存在120度的相位差，这使得输出的电流是三相交流电。
5. 通过适当的连接方式，可以将输出的三相交流电进行整流和变压处理，以满足各种应用的电能需求。
总体而言，三相同步发电机的工作原理是利用磁场相互作用和电磁感应的原理，将机械能转化为电能输出。
简述三相同步电动机的工作原理
三相同步电动机的工作原理一、概述三相同步电动机是一种常见的交流电动机，其工作原理基于电磁感应和电磁场的相互作用。
它是通过三相交流电源提供的电流产生旋转磁场，从而驱动电动机转动。
二、三相电源三相同步电动机的工作离不开三相交流电源。
三相交流电源由三个相位的正弦波组成，相位之间相差120度。
这种三相电源提供了连续的正弦波电流，使得电动机能够稳定运行。
三、电磁感应三相同步电动机的转子和定子之间存在电磁感应现象。
当定子线圈通电时，会产生一个旋转的磁场。
这个磁场会感应到转子上的导体，从而在转子上也产生一个旋转的磁场。
四、磁场相互作用转子上的磁场和定子上的磁场相互作用，从而产生一个力矩，驱动转子转动。
这个力矩的大小取决于电流的大小和相位差。
当电流大小和相位差适当时，力矩最大，电动机转动最快。
五、同步转速三相同步电动机的转子速度和旋转磁场的频率成正比。
旋转磁场的频率由电源的频率决定。
所以，三相同步电动机的转速与电源频率有直接关系。
六、控制方法为了控制三相同步电动机的转速和转向，通常采用调整电源频率和相位差的方法。
通过改变电源频率和相位差，可以实现对电动机的精确控制。
七、应用领域三相同步电动机广泛应用于各个领域，例如工业生产中的机械传动、电力系统中的发电机、交通运输中的电动汽车等。
其高效、稳定的性能使其成为许多应用中的首选。
八、优缺点三相同步电动机具有多种优点，如高效率、高功率因数和高转矩密度等。
然而，它也存在一些缺点，如启动困难和复杂的控制系统。
九、总结三相同步电动机是一种重要的交流电动机，其工作原理基于电磁感应和电磁场的相互作用。
通过调整电源频率和相位差，可以实现对电动机的精确控制。
它在各个领域具有广泛的应用，并且具有多种优点和一些缺点。
随着科技的不断发展，三相同步电动机的性能和控制方式也在不断改进和创新。
三相同步发电机的组成及工作原理
三相同步发电机的组成及工作原理2009年04月17日 12:29 不详作者：佚名用户评论（0）三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速n(rpm)旋转，根据电磁应原理，三相定子绕阻便感应交流电势。
定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出。
若认为磁路不饱和，则电枢磁势与磁极磁势各自产生相应的磁通，并在定子绕阻内感因电势。
对于极电机，电枢磁势所感应的电势可以表示为Ea=-jIaXa. Xa被称为电枢反应电抗。
Xa+Xσ=Xs隐极同步发电机的同步电抗。
对于凸极电机，因直轴.交轴处磁阻不同，可将电枢磁势分解成Fad和Faq分别研究。
它们所感应的电势分别写成Ead=-jIdXad和Eaq=-jIqXaq，式中Xad.Xaq分别是直轴及交轴电枢反应电抗。
Xad+Xσ=Xd.Xaq+Xσ=Xq,Xd和Xq分别为直轴同步电抗和交交轴同步电抗。
Xσ为漏磁通引起的电抗。
同步电抗是决定同步电机性能的一个重要参数，通个开路实验和稳态实验就可求取。
同步发电机的空载特性是一个很重要的特性，它直接影响着电机的其它特性，通个开路实验还可以发现励磁系统的故障。
态短路特性和零功率因数特性也都属于同步电机的重要特性，和空载特性配合，可以求出同步发电机的态参数及确定出补偿电枢的励磁电流。
同步发电机的外特性曲线用来求取电机运行时的重要指标之一及电压调整率。
同步发电机的调整特性可使运行人员知道在功率因数一定时，不改变端电压值.负载电流到多小而不使励磁电流超过规定值。
国家标准"GB1029" 对三相同步电机的实验方法作了具体规定，适用于普通三相同步发电机的型式实验或检查实验。
通过实验可以确定该电机各性能指标。
各种电机的效率和电压调整率均在部颁标准的相应技术条件中有具体规定，将实验结果与标准规定数据比较即可确定某同步发电机的质量和性能了。
若求取额定励磁电流和电压变化率，一般用做图法，跟国家标准GB1029介绍，其具体步骤如下：（1）如图1上绘制开路特性曲线，并沿纵轴额定相电压相量UN.（2）自原点O作额定电枢电流相量IN，与纵轴成ΦN角（cosΦN 为额定功率因数）。
三相同步发电机的结构和工作原理
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。
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向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。
励磁系统是同步发电机的重要组成部分。
转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场（称为转子磁场），其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。
转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。
发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。
定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。
从引擎输入的机械转矩克服制动转矩而作功。
发电机可发出有功功率和无功功率。
转子磁场的强弱直接影响定子绕组的电压，所以，调发电机端电压或调发电机的无功功率必须调节转子电流。
发电机的有功功率和无功功率几何相加之和称为视在功率。
有功功率和视在功率之比称为发电机的功率因数，发电机的额定功率因数一般为0.8。
三相同步交流发电机的工作原理
三相同步交流发电机的工作原理在现代工业中，发电机是一个至关重要的设备，其作用是将机械能转换为电能。
而三相同步交流发电机是一种常见的发电机类型，其工作原理是基于三相交流电的产生和传输。
让我们来了解一下三相同步交流发电机的基本结构。
通常，这种发电机由转子和定子两部分组成。
转子是旋转的部分，通常由导体绕组和磁场组成，而定子是固定的部分，也包含导体绕组和磁场。
在发电机运转时，转子和定子之间会产生磁场相互作用，从而产生电能。
三相同步交流发电机的工作原理可以归纳为以下几个步骤：1. 旋转磁场产生：当发电机的转子旋转时，通过电流在转子绕组中产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场会与定子上的磁场相互作用，从而诱导出电动势。
2. 三相交流电产生：由于三相同步交流发电机中有三个相互位移120度的绕组，因此会产生三相交流电。
这三相交流电的频率与转子的旋转速度有关，通常是60Hz或50Hz。
3. 输出电能传输：产生的三相交流电会经过发电机的输出端子传输至外部电路。
在外部电路中，可以通过变压器、整流器等设备将交流电转换为直流电或提高电压等操作。
总的来说，三相同步交流发电机的工作原理是利用旋转磁场和磁场相互作用产生电动势，进而产生三相交流电并输出至外部电路。
通过合理设计和控制转子和定子的结构和电流，可以实现高效稳定的电能转换。
在工业生产中，三相同步交流发电机被广泛应用于发电厂、风力发电机组、水力发电机组等设备中。
其高效稳定的工作原理使其成为现代电力系统中不可或缺的设备之一。
总的来说，三相同步交流发电机的工作原理是基于旋转磁场和磁场相互作用产生电动势，进而产生三相交流电。
通过合理设计和控制，可以实现高效稳定的电能转换。
这种发电机在现代工业中扮演着重要的角色，为人类社会的发展提供了可靠的电力支持。
三相同步发电机的组成及工作原理
三相同步发电机的组成及工作原理三相同步发电机是一种将机械能转换为电能的装置，它由主枢绕组、励磁绕组和磁电枢构成。
在三相同步发电机中，主枢绕组和励磁绕组是通过旋转的转子以同步速度与电网同步运行的，利用电网的磁场感应产生电势，从而发电。
主枢绕组是发电机的发电部分，它由若干个线圈组成，线圈的数量根据具体的设计要求和功率大小而定。
这些线圈分布在整个转子上，通过转子的旋转与磁电枢的磁场相互作用，产生感应电动势。
每个线圈都与电网的一个相位相连，通过线圈的电流形成旋转的磁场，从而与电网同步运行。
励磁绕组是发电机的励磁部分，它用于产生磁场，以驱动主枢绕组产生电压。
励磁绕组一般由直流电源供电，电源通过励磁线圈产生磁场，使得转子产生感应电势。
励磁绕组的电流大小和方向决定了转子的磁场强度和极性，进而决定了发电机的输出电压。
磁电枢是发电机的静止部分，它由一组磁钢片组成，磁钢片之间通过绝缘材料隔开。
磁电枢的作用是固定主枢绕组，使其能够旋转。
磁电枢的磁场与主枢绕组的磁场相互作用，产生感应电势。
磁电枢由于静止不动，所以也被称为静磁枢。
1.励磁绕组通电：通电后，励磁绕组产生磁场，使得转子的磁电枢也产生磁场。
2.转子旋转：由于机械的旋转驱动，转子开始旋转。
3.主枢绕组感应：转子的磁场与主枢绕组的磁场相互作用，产生感应电势。
这种感应电势是由转子的旋转和励磁绕组的磁场共同决定的。
4.输出三相交流电：主枢绕组的每个线圈与电网的一个相位相连，通过线圈中的电流形成的旋转磁场产生三相交流电。
5.与电网同步运行：主枢绕组产生的交流电与电网的频率和相位一致，使发电机与电网同步运行。
通过上述步骤，三相同步发电机能够将机械能转化为电能，将电能输出到电网中供应给用户使用。
三相同步发电机具有体积小、效率高、功率稳定等优点，在电力系统中起着重要的作用。
同步发电机的工作原理
同步发电机的工作原理同步发电机是一种通过机械能转化为电能的设备，它是电力系统中的重要组成部分。
在发电厂、风力发电场、水力发电站等地方，同步发电机都发挥着重要的作用。
它的工作原理是将机械能转化为电能，并与电网同步运行，稳定地输出电能。
下面将详细介绍同步发电机的工作原理。
1. 磁场和电流的相互作用。
同步发电机的工作原理基于磁场和电流的相互作用。
在同步发电机中，通过转子的旋转产生磁场，而定子绕组中通过交流电流产生磁场。
当这两个磁场相互作用时，就会产生电磁感应，从而使发电机产生电能。
2. 三相交流发电。
同步发电机一般采用三相交流发电。
在同步发电机中，转子上的磁场是由直流电源提供的，而定子绕组中则通过交流电流产生磁场。
这样，当转子旋转时，就会在定子绕组中感应出交流电流，从而产生三相交流电。
这种方式可以有效地提高发电机的效率和稳定性。
3. 同步运行。
同步发电机的另一个重要特点是能够与电网同步运行。
在发电机运行时，它的转子速度会与电网的频率保持同步，这样就可以稳定地输出电能。
同时，同步发电机还可以通过调节励磁电流来控制输出电压和频率，以满足电网的需求。
4. 励磁系统。
同步发电机的励磁系统是保证其正常运行的关键。
励磁系统通过提供适当的励磁电流，使发电机的转子产生恒定的磁场，从而保持稳定的输出电压和频率。
励磁系统的设计和控制对于发电机的性能和稳定运行至关重要。
5. 调压系统。
为了保证同步发电机稳定地输出电能，通常还需要配备调压系统。
调压系统可以根据电网的负载变化，实时调节发电机的输出电压，以保持电网的稳定运行。
调压系统通常采用自动控制，能够快速、准确地响应电网的需求。
总之，同步发电机是一种通过磁场和电流相互作用，将机械能转化为电能的设备。
它能够稳定地与电网同步运行，输出稳定的电能。
励磁系统和调压系统是保证同步发电机正常运行的关键。
通过对同步发电机的工作原理进行深入了解，可以更好地理解其在电力系统中的重要作用。
三相同步发电机的工作原理
三相同步发电机的工作原理三相同步发电机是一种常见的发电设备，它通过特定的工作原理来产生电能。
本文将详细介绍三相同步发电机的工作原理。
一、简介三相同步发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能的设备。
它由转子和定子两部分组成，其中转子是旋转部分，定子是固定部分。
当转子旋转时，通过磁场相互作用，产生电磁感应，从而产生电能。
二、工作原理1. 磁场产生三相同步发电机中的转子由励磁电流通过，通过励磁电流在转子上产生磁场。
这个磁场可以通过直流励磁或交流励磁方式产生。
当励磁电流通过转子绕组时，转子上就会形成一个旋转的磁场。
2. 磁场感应在三相同步发电机的定子上，布置有三组绕组，分别称为A相、B 相和C相绕组。
当转子的磁场旋转时，会与这三组绕组相互作用。
根据电磁感应原理，当磁场发生变化时，就会在绕组上产生感应电动势。
3. 电能产生当转子的磁场与定子的绕组相互作用时，就会在绕组上产生三相电压。
这三相电压的大小和频率与转子的转速和磁场强度有关。
通过设计合理的转子结构和调整励磁电流，可以控制三相电压的大小和频率，进而产生所需的电能。
三、优势和应用三相同步发电机具有以下优势和应用：1. 高效率：三相同步发电机的转换效率较高，可以将机械能高效地转化为电能。
2. 稳定性好：由于三相同步发电机具有较好的电压和频率稳定性，因此适用于对电能质量要求较高的场合，如工业生产、医疗设备等。
3. 安全可靠：三相同步发电机的结构简单，运行稳定可靠，使用寿命较长。
4. 应用广泛：三相同步发电机广泛应用于发电站、风力发电、水力发电等领域，为人们的生活和工作提供了可靠的电能供应。
四、总结三相同步发电机利用电磁感应原理将机械能转化为电能，其工作原理清晰明了。
通过励磁电流产生磁场，与定子绕组相互作用，产生感应电动势，最终产生电能。
三相同步发电机具有高效率、稳定性好、安全可靠等优势，并广泛应用于各个领域。
对于理解和应用三相同步发电机，有助于提高电力系统的稳定性和供电质量。
三相同步交流发电机工作原理
三相同步交流发电机工作原理三相同步交流发电机是一种常见的发电机，它是由转子和定子两部分组成。
转子是由磁极组成，而定子则是由三个相互独立的绕组构成。
这三个绕组分别称为A、B、C相绕组，它们之间的夹角为120度。
当转子旋转时，磁极会在定子上产生交变电动势，从而使发电机输出交流电。
三相同步交流发电机的工作原理可以分为两个方面：磁场和电路。
首先是磁场方面。
在三相同步交流发电机中，转子上的磁极会在定子上产生磁场。
这个磁场是由直流激励器提供的直流电源产生的。
当直流激励器提供直流电源时，它会通过旋转换向器将直流信号转换为交变信号，然后通过旋转整流器将交变信号变回直流信号，并提供给发电机的旋转部分。
这样就能够保证在转子上形成一个恒定的磁场。
其次是电路方面。
当发电机开始运行时，它会产生一个初级感应电动势，在定子绕组中形成一个初级感应电流。
这个初级感应电流会在定子绕组中产生一个磁场，这个磁场与转子上的磁场相互作用，从而使转子开始旋转。
随着转子的旋转，它会在定子绕组中产生一个交变电动势，这个交变电动势会通过三个相互独立的绕组输出三相交流电。
三相同步交流发电机的输出电压和频率是由旋转速度和定子绕组数目决定的。
当发电机运行时，它必须保持恒定的旋转速度，否则输出电压和频率就会发生变化。
为了保持恒定的旋转速度，发电机通常会与调速器和稳压器配合使用。
调速器可以控制发电机的旋转速度，在负载变化时自动调整输出功率。
稳压器则可以控制输出电压，在负载变化时自动调整输出电压。
总之，三相同步交流发电机是一种常见的发电机，它能够通过恒定的磁场和初级感应电流产生三相交流电。
它需要与调速器和稳压器配合使用才能保持恒定的旋转速度和输出功率。
第3章 同步发电机的基本方程
场有了相对运动，就会在这个鼠笼里产生感应电流，形成附加磁 场（起阻尼作用）。
第三章 同步发电机的基本方程
简化前提
一、理想同步电机的简化假设
为了方便分析，常采用以下假设（理想同步机）：
1、忽略磁路饱和、磁滞、涡流等影响，假设电机铁心部分导磁系数为常数。 2、电机转子在结构上对于纵轴和横轴分别对称。 3、定子的abc三相绕组空间位置互差120度电角度，在结构上完全对称。 4、电机空载，转子恒速旋转时，转子绕组的词董事在定子绕组所感应的空 载电动势是时间的正弦函数。 5、定子和转子的槽和通风沟不影响转子和定子的电感，即认为定子和转子 有光滑的表面。
(3)机座和端盖等。 (1)转子铁心：
由整块铸（锻）钢制成。 2. 转子 (2)励磁绕组：
工作时施加直流励磁。 (3)阻尼绕组和转轴等。
阻尼绕组
5第.2 三三章相同同步步电机发的电基机本结的构基本方程
二、励磁方式
1. 直流励磁机励磁
励磁绕组由小型直流发电机供电。
2. 静止整流器励磁
交流励磁机→整流→直流电 电刷
第三章 同步发电机的基本方程
第三节 d、q、0坐标系的同步电机方程
一、坐标变换 定子a,b,c三相绕组对转子的影响可考虑为其对转子
d,q轴的影响之效应和，为此我们引入一种数学变换，即： 著名的派克变换。从数学角度考虑，派克变换是一种线性 变换；从物理意义上理解，它将观察者的角度从静止的定 子绕组转移到随转子一同旋转的转子上，从而使得定子绕 组自、互感，定、转子绕组间互感变成常数，大大简化了 同步电机的原始方程。
第三章 同步发电机的基本方程
磁学有关公式
B d
dA
F
Rm
F iw
第六章 三相同步电机
可见，在同步电动机中，励磁磁势F0、 电枢磁势Fa和合成磁势F在空间的相对位置 如图（a）所示。 F0的方向是由S极指向N极的。Fa超前 于F0，使得F也超前于F0θ角。 它们在以同步转速旋转时，励磁磁势 F0和合成磁势F将分别在定子每相绕组中产 生励磁电动势E0和合成电动势E1。 当F转到U相绕组时，U相绕组中的合 成电动势达到最大值，转子再转过θ角时， 励磁电动势E0达到最大值。
若图（a）中，用外面的一对N极和S极 代表旋转磁场，只要旋转磁场的极对数与 转子磁极的极对数相同，按照磁极间同性 相斥，异性相吸的原理，会产生电磁转矩， 旋转磁场会牵引着转子磁极以相同的转速 旋转。所以，同步电动机的转子转速与旋 转磁场的转速相同，即 n=n0=60f1/p 这就是“同步”名称的来历。
如大型同步发电机的励磁电流可达数 千安，通过电刷和滑环引入转子励磁绕组 有困难，所以可以采用这种励磁方式。 3．主要种类 同步电机按相数的不同，可分为单相 同步电机和三相同步电机。 按能量转换的不同，可分为同步电动 机和同步发电机。 按转子结构的不同，可分为隐极式和 凸极式。
隐极式转子如图（a）所示。铁心成圆 柱形，其上开槽，槽内嵌放励磁绕组。它 与定子铁心之间的气隙较均匀。 凸极式转子如图（b）所示。励磁绕组 集中绕在两磁极之间的铁心柱上，它与定 子铁心之间的气隙是不均匀的。 转子磁极的中心轴线称为纵轴或直轴， 相邻两磁极之间的轴线称为横轴或交轴。
（2）静止整流器励磁 这种励磁方式是将同轴的交流励磁机 （小型同步发电机）发出的交流电经静止 的整流器整流成直流电后，再供给同步发 电机作励磁电流。 （3）旋转整流器励磁 这种励磁方式是将整流器装在同步电 机的转轴上，随同步电机一起旋转，将同 轴旋转的交流励磁发电机电枢输出的交流 电整流后，直接供给励磁绕组，这样可以 省去滑环和电刷等装置。
三相交流同步发电机工作原理
三相交流同步发电机工作原理今天咱们来唠唠三相交流同步发电机的工作原理，这可超级有趣呢！咱先得知道啥是三相交流同步发电机。
简单说呢，这就是一个能把机械能变成三相交流电的神奇机器。
想象一下，就像是一个魔法盒子，这边把转圈圈的机械能塞进去，那边就冒出三相交流电来啦。
那它为啥能这么干呢？这就得说到它的内部构造啦。
它里面有定子和转子这两个重要的部分。
定子就像是一个固定的大圆圈，稳稳地待在那里。
它上面绕着好多好多的线圈呢，这些线圈可都是有大作用的。
而转子呢，就像是一个调皮的小陀螺，它可以在定子中间欢快地转圈圈。
当我们给转子一个外力，让它开始转动的时候，好玩的事情就发生了。
转子上面有磁场，这个磁场就随着转子一起转呀转。
就好比一个小磁精灵在定子中间跳舞呢。
这个转动的磁场会在定子的线圈里搞出一些动静来。
因为磁场在不断地变化位置，根据电磁感应定律，定子线圈里就会产生感应电动势啦。
这就像是小磁精灵在和线圈玩游戏，它每经过一次，线圈就被“电”一下，产生一点电动势。
那为啥是三相呢？这是因为定子的线圈是按照特定的方式分布的。
就像把定子这个大圆圈分成了三个部分，每个部分的线圈产生的交流电都有自己的节奏。
这三相的交流电它们的波形就像三个小伙伴，按照一定的顺序依次达到最大值和最小值。
它们相互配合，就像一个和谐的小团队。
你看啊，当转子匀速转动的时候，三相交流电就源源不断地产生了。
而且它们的频率是和转子的转速有密切关系的。
转子转得越快，交流电的频率就越高。
就好像是小磁精灵转得越快，它和线圈玩游戏的速度也就越快，产生的电的频率也就跟着提高啦。
这个三相交流同步发电机在我们的生活里可是超级大明星呢。
比如说在发电厂里，那些巨大的发电机组就是靠着这个原理来发电的。
无论是烧煤的火力发电厂，还是用水力推动的水电站，都是让转子转动起来，然后就有三相交流电产生啦。
这些电就像一个个小信使，通过电网跑到我们的家里，让我们的电灯亮起来，电视能播放节目，冰箱可以制冷。
三相同步交流发电机的工作原理
三相同步交流发电机的工作原理
三相同步交流发电机是一种常见的发电机类型，它的工作原理基于电磁感应定律和法拉第电磁感应定律。
下面将详细介绍三相同步交流发电机的工作原理。
首先，我们需要了解什么是同步发电机。
同步发电机是指其旋转速度与系统频率完全一致的发电机。
在三相同步交流发电机中，转子上有绕组，通过与定子上的绕组之间的磁场互动来产生电势差。
当转子旋转时，它会切割通过定子上的绕组所产生的磁场，并在绕组中产生感应电势。
这个过程遵循法拉第电磁感应定律。
其次，我们需要了解三相交流发电机中的三个相是如何产生的。
在三相交流发电机中，有三个单独的线圈或绕组被放置在分别位于120度角位置上的定子上。
当这些线圈被连接到外部负载时，它们会产生交变电压和交变电流。
最后，我们来看看如何将这两个概念结合起来以形成三相同步交流发电机。
当旋转速度等于系统频率时，同步发电机的转子和定子之间的磁场将始终保持同步。
这意味着在任何时候，定子上的三个线圈中的至少一个都会处于最大电势状态。
这就产生了三相交流电。
总之，三相同步交流发电机的工作原理基于电磁感应定律和法拉第电磁感应定律。
通过将旋转速度与系统频率保持一致，它可以产生稳定且可靠的三相交流电。
同步发电机 工作原理
同步发电机工作原理
同步发电机是一种常见的发电设备，其工作原理如下：
1. 电磁感应：同步发电机利用电磁感应的原理来产生电能。
当发电机的转子与定子相对旋转时，会在定子的线圈中产生磁场，这个磁场会穿过线圈，导致线圈内的导体产生感应电流。
2. 动态磁场：发电机的转子上通常有一组励磁线圈，当这些线圈通过电流时，会在转子上产生一个磁场。
这个磁场与定子上的磁场相互作用，导致转子相对定子旋转。
3. 同步：当转子旋转并且频率与电源频率相匹配时，转子上的励磁磁场与定子的磁场同步。
这个同步状态允许电能从转子传输到定子，产生输出电能。
4. 无刷式同步发电机：许多现代的同步发电机是无刷式的，即转子上没有刷子和滑环。
这些发电机通过在转子上嵌入永磁体，产生一个恒定的磁场。
这种无刷式的设计减少了能量损耗和维护成本。
总的来说，同步发电机的工作原理是利用电磁感应和磁场相互作用，将机械能转化为电能。
通过控制励磁电流和转子的旋转速度，可以调节发电机的输出电压和频率。
这使得同步发电机成为一种重要的发电设备，广泛应用于发电站、风力发电和水力发电等领域。
三相同步发电机工作原理
三相同步发电机工作原理
嘿，朋友们！今天咱来唠唠三相同步发电机的工作原理，这可真的超级有趣哦！
你想啊，就像我们人要吃饭才能有力气干活一样，三相同步发电机也得
有它的“动力源泉”呀！这个“源泉”就是磁场。
让我们想象一下，磁场就像是一个巨大的魔力场，吸引着各种能量在里面流动呢！比如，当我们转动发电机的转子时，就好比我们在操场上跑步，跑起来就带动了气流，而这里就是带动了磁场的变化。
然后呢，这个变化又引发了一系列奇妙的反应。
就如同多米诺骨牌一样，一块倒下引发一连串的连锁反应。
定子上的绕组就像一个个小机灵鬼，感应到了磁场的变化，然后就产生了电流啦！哎呀，这电流可真是太重要啦，它就像是发电机的“成果”，是努力过后的收获呀！你说神奇不神奇？
再举个例子，这三相同步发电机工作起来啊，就好像一支训练有素的乐队。
磁场是指挥家，转子就是那个激情澎湃的鼓手，定子绕组呢，则是各种乐器演奏者，它们协同合作，才能奏出美妙的电力乐章呀！你看，这多有意思呢！
其实呢，三相同步发电机就在我们的生活中默默地发挥着巨大的作用，为我们带来光明和便利。
我们平时用的电，很多都是通过它这样神奇的机器产生的呢！想到这里，是不是对它充满了敬意和好奇呢？
所以呀，三相同步发电机真的是非常了不起的存在！它的工作原理虽然看似复杂，但只要我们用心去理解，就会发现其中蕴含着无穷的奥秘和乐趣呢！我们应该好好感谢它，让我们的生活变得如此丰富多彩！。
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1.空载运行时的电磁过程
• 基波主磁通0通过气隙与定、转子交链，随 着转子同步速旋转，在定子绕组中感应三相 励磁电动势E0，实现定、转子间机电能量转 换。 • 漏磁通f只与转子绕组交链，不参与定、转 子间能量转换。
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1.空载运行时的电磁过程
• 同步发电机空载运行的电磁关系为
• 建立空载磁场的励磁磁动势Ff的大小和空间 分布与电机的结构有关。
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1.空载运行时的电磁过程
• 凸极电机，励磁绕组集中放置在转子磁极上，励磁 磁动势在空间分布为矩形波Ff，其基波分量为Ff1。
凸极同步发电机的励磁磁动势
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1.空载运行时的电磁过程
• 凸极电机定转子间气隙沿圆周分布不均匀，极面下气 隙小，磁阻小，极间气隙大，磁阻大，在一个极范围 内气隙径向磁通密度分布近似于平顶的帽形，极靴以 外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线上的磁通 密度为零。 • 气隙磁密可分解为基波Ff1和一系列谐波。 • 合理设计磁极形状可使气隙磁密分布接近正弦波，通 常将极靴的极弧半径做成小于定子内圆半径，且两圆 弧的圆心不重合(称为偏心气隙)，形成极弧中心处的气 隙最小，沿极弧中心线两侧方向气隙逐渐增大，可使 气隙磁通密度分布较接近正弦波形。
正是由于电枢磁势和励磁磁势的相对静止，使电 机能产生稳定的气隙磁场和平均力矩，实现机电能量 转换。
33
1.三相同步电机带对称负载后的磁动势
• 气隙磁密是合成磁势在电机气隙中建立起来的磁 场。 • 同步发电机负载后，电机内部的磁势和磁场发生 显著变化，使机端电压变化，影响发电机机电能 量转换和运行性能，这些变化由电枢磁势的出现 所致。
19
2.空载特性
2.空载运行时空相矢图
• 同步发电机励磁磁场以同步转速1在空间旋转，与 由其在定子绕组中产生的以频率1交变的正弦基波 主磁通及其感应的正弦基波电动势在时间上呈同步 变化，因此，可将它们画在同一时间空间相量矢量 图上，以简化分析。
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2.空载特性
空载运行时空矢量图
21
2.空载特性
100 2 2 2 Ku u2 u3 un % u 1
u1为基波电压有效值，也可用线电压有效值代 替，un为n次谐波电压有效值。 额定功率300kVA以上发电机，Ku不超过5%，额定 功率10~300kVA的发电机，Ku要求不超过10%。 26
3.对空载电动势波形的要求
电势波形畸变严重，对发电机本身和 由它所供电的电动机都有不利影响，如损 耗增加，效率降低等。
27
第二节 三相同步电机带对称负载 时的电枢反应
同步发电机空载：
励磁绕组外接 产生恒
原动机拖动
恒定直流电源
转子磁场 以n1旋转
定磁场
转子旋转( n1)
同步发电机空载：气隙中只有转子的励磁磁势产生的 28 主极磁场。
(2)=0的电枢反应
主磁通：同时与定、转子交链的磁通为主磁通0 。 主极漏磁通：仅与转子励磁绕组交链的为主极漏 磁通f 。 3
凸极同步电机空载内部磁通分布图
4
1.空载运行时的电磁过程
主磁路(0的路径)：主磁通所经过的路径。 主此路的路径：主极铁心→气隙→电枢齿→电枢磁 轭→电枢齿→气隙→另一主极铁心→转子磁轭，形成 闭合回路。 漏磁路：主要由空气和非磁性材料组成。 主磁路磁阻较漏磁路磁阻小，主磁通远远大于漏 磁通。
(r/min)
60 f n1
p
（3）转向：通电相序A、B、C的方向，与转子同向； （4）极对数：和转子极对数p相同，决定于绕组的节 距y。 31
1.三相同步电机带对称负载后的磁动势 转子磁势
转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势Ff1 ： Ff 1
1 Ff 1 k f N f if 2
3)发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性 以及励磁系统的故障。
24
3.对空载电动势波形的要求
三相对称 频率恒定 波形接近正弦 有一定幅值 以上要求标志发电机输出电能的质量。
25
3.对空载电动势波形的要求
工程上将空载线电压的波形与正弦波形偏差的程度， 用电压波形正弦性的畸变率来表示。根据GB7552000《电机基本技术要求》规定，电压波形正弦性畸 变率可按下式算出：
（1） 大小：正比于励磁电流； （2） 转速：和转子转速一样为同步速； （3） 转向：和转子转向一致；
（4） 极对数：和转子磁极的极对数相同。
32
1.三相同步电机带对称负载后的磁动势 定子、转子磁势的关系
• 转速均为同步速，转向一致，在空间处于相对静止， 称为“同步”。
结论：励磁磁势和电枢磁势以相同转速，相同 转向旋转，彼此无相对运动，共同建立负载时 气隙的合成磁f
空载特性：空载时励磁电势与励磁电流之间的关系曲 线 E0 f ( I f )
E0 0 Ff I f
空载特性也表示主磁通和励磁磁势之间的 关系，即电机的磁化曲线。
13
2.空载特性
14
2.空载特性
讨论： 励磁电流较小时，磁通较小，磁路未饱和，空载 特性呈直线。励磁电流↑，磁路逐渐饱和，曲线开 始进入饱和段。 铁磁饱和后，空 载电动势增加一 点，励磁磁动势 增加很多。
36
几个角度的定义
内功率因数角 : 是 E 0 与 I 的时间相位角, 与电机参数及负载有关 外功率因数角 : 是U 与 I 的时间相位角, 与负载有关 功率角(功角) : 是 E 0 与U 的时间相位角三者关系 : .
内功率因数角 ，大小与同步发电机的内阻抗及 外加负载性质有关，即外加负载性质不同（电阻，电 感，电容）， 0和 I 的相位角 随之不同，电枢反应性 E 质也不同。
11
2.空载特性
原动机拖动同步电机转子以n1速度转动，0切割 定子绕组，在定子中感应电势E0。 感应电势有效值
E0 4.44 fNKW 1 0
其中，0为磁极的每极基波磁通，N为每相定子绕 组串联匝数，f为励磁电动势频率。
pn1 f 60
12
2.空载特性
空载时：定子电流为零，电枢电压等于空载电势。
39
(1)时空相矢图
• A相电流最大，Fa的幅值与A相绕组轴线重合，Fa在 A相轴方向上。 • 一般情况，电枢电流 IA 超前或滞后励磁电动势E0 A任 意相位时，Fa的幅值位置也超前或滞后A相绕组轴 线电角度。
40
(1)时空相矢图
由于Fa与Ff1同步旋转，故在一般负载的情况下，Fa 与Ff1的空间相位差等于90+电角度。 为了分析方便，将时间相量和空间矢量画在一起构 成时空相矢图。 时空相矢图的作图步骤： (1)根据负载性质定出； (2)选时轴、相轴和q、d轴； (3)画Ff1在d轴上，E0在q轴上；
1.三相同步电机带对称负载后的磁动势
励磁绕组外接 产生恒 原动机拖动 恒定直流电源 定磁场 转子旋转( n1) 转子磁场 切割定 定子绕组感应 以n1旋转 子绕组 三相对称的电势 三相电势相位互差1200 三相绕组中有三相对 称电流 产生电枢磁势 同步发电机负载：气隙中同时有励磁磁势和电枢磁势 共同建立的磁场，由于电枢磁势的存在，感应电势改 变，端电压也改变。
2.空载特性
3.空载特性的工程应用 1)设计的空载特性曲线与标准曲线比较，两者接近， 说明电机设计合理，反之，说明电机磁路过于饱和 或材料未充分利用。若太饱和，励磁绕组用铜过多， 电压调节困难；若饱和度太低，则负载变化时电压 变化较大，且铁心利用率低，铁心耗材较多。 2)空载特性结合短路特性与零功率因数负载曲线可求 取同步电机参数。
ac dn E0 ks ab oa U N E′0为气隙线上电压。 •普通同步电机ks约在1.1～
1.25. •表明：磁路饱和后，由励 磁磁动势Ff建立的基波主磁通 和感应的基波电动势都降为未饱和值的1/ks，即所需 磁动势是未饱和时的ks倍（即Ff=ksF）。 17
2.空载特性
15
2.空载特性
讨论： 为了合理利用材料，不因过饱和增加励磁磁动势 而增加电机用铜量，空载额定电压一般设计在空载 特性的弯曲处。 将空载特性曲线的 直线部分延长得到气 隙线，表示气隙磁动 势F与励磁电动势E0 间的关系。
16
2.空载特性
饱和系数Ks •取 oa 代表额定电压UN，饱和系数定义为
37
(1)时空相矢图
• 两极同步发电机示意 图，电枢绕组每一相 用一个集中线圈表示， 主磁极凸极式，电枢 绕组中电流的方向为 流出用⊙、流入用 表示。
坐标轴图示
38
(1)时空相矢图
• 穿过A相绕组的磁通为零，A相绕组的感应电动势 最大，正好在时轴上。 • 若=0，则此时A相电流在时轴上。
三相时间相量图
(4)画出与对应的 I ；
(5)Fa与I同“相”。
41
(2)=0的电枢反应
• 负载（定子）电流与空载电势同相。
时轴
.
q轴
Fa Fδ
Y C
E0A
.
IA
d轴
.
Ψ +90
0
Ff
A
N
S
X
E 0C
. IC
. IB
.
E 0B
Z
B
a相绕组导体处于旋转的转子磁极轴线位置，交链的主磁通为 零，电势滞后产生它的磁通90度，所以a相电动势瞬时值为最大， 42 定子电流与感应电势同相，电流瞬时值也最大。
34
励磁磁势和电枢磁势的区别
基波 波形
大小
位置
转速
励磁磁 正弦 恒定，由励 由转子位 由原动机的 势 波 磁电流决定 置决定 转速决定 电枢反 正弦 恒定，由电 由电流瞬 由电流的f 应磁势 波 枢电流决定 时值决定 和p决定
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2.电枢反应