同步发电机结构与工作原理
同步发电机的基本工作原理和结构
8/16/2015
临沂电力学校
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同步发电机的主要构成部件包括两大部分：定子 （工作时不运动部分）和转子（工作时转动部分）。 定子部分主要有：定子铁心（硅钢片叠成），其 内表面开槽用于嵌放定子绕组；定子三相对称绕组， 用于切割磁场感应电动势，将动能转换成电能。
转子部分主要有：转子铁心及磁极；转子绕组（ 也称为励磁绕组），用于通过直流电流（励磁电流） 形成恒定磁场。 对照原理结构图，说明同步发电机的工作过程： 电生磁：转子绕组通直流电流后产生恒定磁场。 磁生电：该恒定磁场在原动机带动下旋转，切割 定子上的三相对称绕组，在定子绕组上产生感应电动 势，在其引出端就有了三相对称交流电压输出。
相关部件的散热（冷却）方式：通过空气、水、 氢气等冷却介质进行冷却。
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临沂电力学校
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第二节 同步发电机的基本结构 目前电力系统中的发电机主要有两大类：汽轮发 电机和水轮发电机，这两类发电机的工作原理是一样 的，不同的是在工作过程中一类是高转速发电机，一 类是低转速发电机，这使其结构有一点不同。 一、汽轮发电机的基本结构 汽轮发电机是在高转速下工作，定子结构与水轮 发电机是一样的，其转子采用隐极式结构，直径小、 轴向尺寸长，全为卧式布置，理由——
推力轴 承 上机 架 转子
转子
下机架
8/1Байду номын сангаас/2015
推力轴承
悬式
临沂电力学校
伞式
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水轮发电机组也有采用卧式机组形式的，主要用 于高水头、小流量的小型机组，这样可降低整个厂房 的修建高度，从而降低修建成本。如青城电站——
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临沂电力学校
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第三节 三相同步发电机的励磁方式 从原理分析已知，同步发电机运行时必须在转子 绕组中通入直流电流建立磁场，这个电流就叫励磁电 流。我们把供给励磁电流的电源及其附属设备（励磁 调节器、灭磁装置）统称为励磁系统。 获取励磁电流的方式有多种，在实际应用中常用 的有以下几种： 一、直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统的构成见下图示：
同步发电机结构及工作原理PPT
火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转
速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通 常称为汽轮发电机。
核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站
用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都 较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电 站的大。
水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较 多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式。
在火电厂，发电机用汽轮机作原动机，称为汽 轮发电机；在核电站是以核反应堆来代替火电站的 锅炉，原动机仍然是汽轮机；
在水电厂，发电机用水轮机作原动机，称为水 轮发电机；
有的地方用柴油机用作原动机，称为柴油发电 机。
18.06.2020
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三相同步发电机的基本工作原理
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• 同步发电机基本工作原理：导 体切割磁力线感应电动势。
磁势Fa
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(同步电机) 10
三相同步发电机的基本工作原理
定子绕组三相感应电势
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定子外接负载，形成回路，有三相电流。 机械能转化为电能
18.06.2020
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同步电机的类型
• 按运行方式不同分为：发电机、电动机和调相机。
• 按结构形式不同分为：电枢旋转式（简称转枢式） 和磁极旋转式（简称转场式）。磁极旋转式按转 子结构不同又分为凸极式和隐极式。
• 按安装方式不同分为：卧式和立式。
• 按原动机类型不同分为：汽轮发电机、水轮发电 机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、 太阳能发电机等等。
同步发电机结构及工作原理
电源频率固定，采用转子结构与转速有关。
火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转 速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通 常称为汽轮发电机。
核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站 用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都 较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电 站的大。
水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较 多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式。
• 有足够的刚度。 • 大型同步电机，由于端部漏磁通较大，所以固定端
盖的螺栓宜加以绝缘，以防止漏磁通引起的涡流流 过螺栓而使其发热。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
汽轮发电机结构
（2）定子铁心
定子铁心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的电工钢 片叠成。各段叠片间有宽约10mm的通风槽，以改善 定子铁心散热。
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三相对称负 载运行时
三相对称电 枢电流 iabc
旋磁转势基Fa波Fa
2021/4/11
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三相同步发电机的基本工作原理
2021/4/11
定子端部 电力工程技术（china-dianli）
汽轮发电机结构
2．转子
转子组成 ✓ 转子铁芯 ✓ 励磁绕组 ✓ 阻尼绕组 ✓ 紧固件 ✓ 风扇
功能：传递原动机供给的机械能、支撑旋转的励磁 线圈、形成良好的磁通路径和转子散热通道，因此 对转子结构、材料和加工工艺要求较高。
2021/4/11
气隙不均匀，极弧 底下气隙较小，极间部 分较大。
第十四章同步发电机结构及工作原理课件
机座和端盖是同步发电机的支撑 和保护部件。
组成
机座主要用于支撑和固定发电机各 部件，端盖则主要用于安装轴承和 密封发电机端部。
特点
机座和端盖的强度和刚度必须足够 ，以承受运行时的各种力和力矩， 同时还要具有良好的散热性能和防 震性能。
03
同步发电机的工作原理
同步发电机的工作过程
同步发电机的基本结构
第十四章同步发电机 结构及工作原理课件
目录
• 同步发电机概述 • 同步发电机的基本结构 • 同步发电机的工作原理 • 同步发电机的维护与保养
01
同步发电机概述
同步发电机的定义
同步发电机：一种将机械能转换为电能的旋转电机，通 过原动机（如汽轮机、水轮机等）驱动转子旋转，从而 在定子中产生交流电。
同步发电机的并网运行
并网运行的条件
同步发电机并网运行需要满足一定的条件，包括发电机的电压、频率和相位与 电网一致。此外，还需要满足并网点的条件，即并网点两侧的电压差在允许范 围内。
并网运行的控制
在并网运行过程中，需要通过控制发电机的输出功率和励磁电流来调节发电机 的电压和无功功率，以保证电网的稳定运行。同时，还需要注意防止发电机过 载和电网故障对发电机的影响。
同步发电机的工作原理基于电磁感应定律和全电流的电 磁力定律。
同步发电机的分类
01 按照冷却方式分类
分为空冷、水冷和氢冷等类型。
02 按照原动机类型分类
分为汽轮发电机、水轮发电机和燃气轮发电机等 类型。
03 按照相பைடு நூலகம்分类
分为单相、两相和三相同步发电机。
同步发电机的应用场景
01 电力系统
同步发电机广泛应用于电力系统，作为主要的电 源设备，为电网提供电能。
《同步发电机》课件
清洁保养
保持同步发电机的清洁 ，定期进行保养，如更 换润滑油、清洗空气过
滤器等。
故障处理
及时发现并处理同步发 电机运行中的故障，防
止设备损坏。
记录管理
建立并维护同步发电机 的运行记录，以便对设
备进行跟踪和管理。
04
同步发电机的故障诊断 与处理
同步发电机常见故障类型
机械故障
包括转子、定子、轴承等部件的故障 ，如转子不平衡、轴承磨损等。
03
对于热故障，可能需要 加强冷却系统或调整负 载以降低温度。
04
对于控制和保护系统故 障，可能需要修复或更 换失灵的调节器或保护 装置。
05
同步发电机的未来发展 与展望
同步发电机技术发展趋势
01
02
03
高效能化
随着技术的不断进步，同 步发电机在材料、设计和 制造方面将更加高效，提 高发电效率和降低能耗。
电气故障
包括定子绕组、转子绕组、励磁系统 等部分的故障，如匝间短路、励磁绕 组开路等。
热故障
由于发电机过热引起的故障，如定子 绕组过热、轴承过热等。
控制和保护系统故障
包括励磁调节器、控制系统等部分的 故障，如调节器失灵、保护装置误动 作等。
度监测
通过监测发电机的振动和声音，可以发现 机械和电气故障。
同步发电机的应用场景
水力发电
核能发电
利用水轮机带动同步发电机转动，将 水能转换为电能，广泛应用于水电站 。
利用核反应堆产生的热能驱动汽轮机 ，进而带动同步发电机转动，将核能 转换为电能，广泛应用于核电站。
火力发电
利用汽轮机带动同步发电机转动，将 热能转换为电能，广泛应用于火电站 。
同步发电机的结构和工作原理
同步发电机的结构和工作原理一、引言同步发电机是一种常见的发电机类型，它在电力系统中扮演着重要的角色。
本文将介绍同步发电机的结构和工作原理。
二、结构同步发电机由转子、定子和励磁系统组成。
其中，转子是旋转部件，定子是静止部件，励磁系统用于提供磁场。
1. 转子同步发电机的转子通常采用三相交流发电机，它由轴心线上的几个铜棒组成。
这些铜棒被称为“极”，每个极之间都有一个空隙，用于安装定子绕组。
2. 定子同步发电机的定子通常采用三相绕组，这些绕组被称为“臂”。
臂的数量与极数相等，并且它们都均匀地分布在整个定子上。
3. 励磁系统励磁系统用于提供磁场。
它通常由直流励磁机和调节器组成。
直流励磁机负责产生直流电流，而调节器则控制直流励磁机输出的电流大小。
三、工作原理同步发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力。
当转子旋转时，它会切割定子绕组中的磁场，从而在定子绕组中产生电动势。
这个过程可以用法拉第电磁感应定律来描述。
同时，当电流通过定子绕组时，它会产生磁场。
这个磁场与转子极的磁场相互作用，从而产生一个力，即洛伦兹力。
这个力将使得转子继续旋转，并且将机械能转化为电能。
同步发电机的输出电压和频率取决于旋转速度和极数。
具体来说，输出频率等于旋转速度乘以极数除以120。
四、总结同步发电机是一种常见的发电机类型，在电力系统中扮演着重要的角色。
它由转子、定子和励磁系统组成。
同步发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力。
当转子旋转时，它会切割定子绕组中的磁场，从而在定子绕组中产生电动势。
同时，当电流通过定子绕组时，它会产生磁场，并且与转子极的磁场相互作用，从而产生一个力，将机械能转化为电能。
同步发电机的输出电压和频率取决于旋转速度和极数。
永磁同步发电机的结构和工作原理
永磁同步发电机的结构和工作原理1. 结构
永磁同步发电机由以下几个主要组成部分构成：
1.1 转子
- 转子是永磁同步发电机主要的转动部件；
- 转子上附着着磁铁或永磁体，产生磁场；
- 转子可分为内转子和外转子两种类型。
1.2 定子
- 定子是永磁同步发电机中固定的部件；
- 定子上布置有线圈，产生旋转磁场；
- 定子可分为内定子和外定子两种类型。
1.3 接线盒
- 接线盒用于连接定子线圈和外部电路；
- 接线盒通常位于发电机的外部。
1.4 轴承
- 轴承用于支撑转子；
- 轴承可以是滚动轴承或滑动轴承。
1.5 终端盒
- 终端盒用于连接发电机输出端和外部电路；
- 终端盒通常位于发电机的外部。
2. 工作原理
永磁同步发电机利用磁场的作用原理进行发电，其工作原理如下：
1. 当外部励磁电流流过转子上的磁铁时，转子产生磁场；
2. 由于转子上的磁场与定子上的线圈磁场相互作用，产生转子在定子中旋转的力；
3. 定子上的线圈通过不断交流变化的电流产生旋转磁场；
4. 旋转磁场与转子上的磁场相互作用，使转子保持旋转状态；
5. 由于转子的旋转，发电机产生交流电。
综上所述，永磁同步发电机通过转子和定子之间的磁场相互作用产生电能输出。
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以上是关于永磁同步发电机的结构和工作原理的简要介绍。
如需进一步了解，请参考相关资料或参考专业领域的研究成果。
同步发电机原理
同步发电机原理一、引言同步发电机是电力系统中最常用的发电机类型之一，其原理基于旋转磁场和感应电动势。
本文将详细介绍同步发电机的工作原理。
二、同步发电机的结构同步发电机由转子和定子两部分组成。
转子通常采用永磁体或者电枢绕组，定子则是由三相绕组和铁芯构成。
三、旋转磁场的产生当三相交流电源加在定子上时，会在定子中产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场的频率与供电频率相同，通常为50Hz或60Hz。
四、感应电动势的产生当旋转磁场与转子中的永磁体或者电枢绕组相互作用时，会在转子中产生感应电动势。
这个感应电动势会驱动转子旋转，并将机械能转化为电能输出。
五、同步速度同步速度是指当旋转磁场与永磁体或者电枢绕组完全匹配时，所需要达到的旋转速度。
同步速度可以通过下面公式计算：n = f / p其中n表示同步速度（单位：r/min），f表示供电频率（单位：Hz），p表示极对数。
六、同步发电机的稳态运行当同步发电机达到同步速度后，会产生一个与供电频率相同的感应电动势。
这个感应电动势会与供电端子上的电压相平衡，使得发电机可以稳态运行。
七、励磁系统为了保持同步发电机的稳态运行，需要在转子中加入励磁系统。
励磁系统通常由直流发生器和整流器组成，它们可以为转子提供所需的磁场。
八、调节系统当负载变化时，需要通过调节系统来控制同步发电机的输出功率。
调节系统通常由自动调压器和自动调频器组成，它们可以自动调整输出功率和频率。
九、总结同步发电机是一种基于旋转磁场和感应电动势原理工作的发电机。
其结构包括转子和定子两部分，通过旋转磁场产生感应电动势来驱动转子旋转并输出电能。
为了保持稳态运行，需要加入励磁系统和调节系统来控制输出功率和频率。
同步电机的基本工作原理与结构_图文
额定运行时加在 在额定运行状
三相定子绕组上 态下三相定子
的线电压。
绕组的线电流
对同步发电机额定值.之间关系为：
６.2 同步发电机的空载运行
同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流 电流 ，定子绕组开路的运行称为空载运行。 电磁关系：
空载电动势 大小：
空载特性：
此种情况下
---直轴分量 ---交轴分量
--直轴同步电抗 --交轴同步电抗
分别表征在对称负载下，单位直轴或 交轴三相电流产生的总电枢磁场在电 枢每一相绕组中感应的电动势。
二、凸极同步发电机的相量图 作图步骤
6.4.2隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路
一、电动势方程
电磁关系：
令
电动势平衡方程
不计磁路饱和时有下列关系
--同步电抗
称为“V”形
曲线。
对于一个给定的有功功率输出就有一条V形曲线，有功功率 越大，曲线向上移，因此可是以得到一簇“V”形曲线。
６.6 同步电动机和同步调相机
6.6.1 同步电动机
一、同步电机的可逆原理
同步电机的运行是可逆 的，既可以用作发电机，还 可以用作电动机。
同步电机运行于发电 机状态时，如图所示。
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
返回
1、汽轮发电机结构 （1）定子铁心
返回
1、汽 轮发电 机结构
返回
2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
2、水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
1.发电环节——各种电机 引进600MW汽轮发电机
国产300MW汽轮发电机
同步电机原理和结构
6018.1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 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， E o = 4.44fN ① f k w（ 8-1-1 ）式中f ――电源频率；①f ――每极平均磁通； N ——绕组总导体数；k w ---------------- 绕组系数；E 0是由励磁绕组产生的磁通 ①f 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 旋转机械能转化为三相对称的交变电能。
感应电势的频率决定于同步电机的转速 n 和极对数p ,即同步电机图8-1-1 同步电机结构模型2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。
同步发电机的基本结构和工作原理
同步发电机的基本结构和工作原理同步发电机是一种采用电磁感应原理将机械能转化为电能的设备。
它是电力系统中最常用的发电机类型之一，其结构和工作原理对于我们深入了解发电机的工作机制具有重要意义。
本文将介绍同步发电机的基本结构和工作原理。
一、基本结构同步发电机的基本结构包括定子、转子、励磁系统和机械部分。
1. 定子：定子是发电机的不动部分，通常由一组三相绕组和铁心构成。
三相绕组均匀分布在铁心上，并通过定子上的三个相序对称的绕组实现电能的产生。
2. 转子：转子是发电机的旋转部分，通常由一组绕组和铁心构成。
转子的绕组称为励磁绕组，其目的是通过旋转产生磁通，并与定子磁通相互作用，从而引发电磁感应。
3. 励磁系统：励磁系统是发电机提供直流电源的部分，通常由励磁机、整流器和调压器组成。
励磁机通过机械能驱动，产生直流电流，并经过整流器和调压器进行稳定和调节。
励磁系统的主要功能是提供足够的电流，以激励转子产生磁通。
4. 机械部分：机械部分包括轴、轴承和飞轮等设备，用于支持转子的旋转以及传递机械能。
二、工作原理同步发电机的工作原理基于电磁感应和电磁力的相互作用。
1. 励磁：当发电机启动时，励磁机产生的直流电流通过励磁绕组，形成转子磁通。
转子磁通的大小和方向决定了转子在定子磁场中受到的电磁力。
若磁通与定子磁场同相，转子将受到斥力；若磁通与定子磁场反相，转子将受到吸力。
通过调整励磁电流的大小和方向，可以控制电机的输出功率和功角。
2. 电磁感应：当励磁电流形成转子磁通后，转子通过与定子磁场的相互作用，产生感应电动势并输出电能。
根据电磁感应定律，当转子绕组被电磁力驱动旋转时，绕组中将产生感应电动势，从而产生电流。
这些感应电流通过定子绕组，形成电磁场，并与转子磁场相互作用，维持着发电机的运转。
3. 同步：同步是指发电机输出的频率和电流与电网频率和电流相匹配。
在发电机输出电能时，通过调整励磁电流和转速来保持发电机的同步，以确保发电机与电网的稳定运行。
同步发电机结构及工作原理
同步发电机结构及工作原理一、引言同步发电机是一种将机械能转化为电能的发电机。
同步发电机以其高效环保、维护简单、输出电能清洁等优势，逐渐取代传统的发电机结构，成为发电行业的主流。
本文旨在介绍同步发电机的结构及其工作原理。
首先，我们将从发电机各个部分的组成结构入手，详细介绍同步发电机的构造；其次，我们将探讨同步发电机的工作原理，带您了解其发电过程的全貌。
二、同步发电机结构同步发电机的结构非常复杂，主要可分为定子、转子、调节系统等三部分。
下面我们将详细了解这些结构部件。
1.定子定子是同步发电机最关键的部分之一。
它包括定子核心、绕组、接线盒和支架四个部分。
a. 定子核心定子核心是由硅钢片叠压而成，具有较高的磁导率和较低的磁滞损耗。
定子核心的作用是增强磁场，使同步发电机在发电时稳定工作。
b. 绕组绕组是定子的另一关键部分。
它是由一系列互相交错的线圈组成的。
定子绕组通常由铜线制成，这样可以减少电能损失。
绕组的作用是在磁场中产生电磁感应，从而产生电压。
c. 接线盒接线盒是定子的一个重要组成部分。
它主要用于将定子上的绕组与汽轮机组或其他输电线路相连接。
一般来说，同步发电机的接线盒都是封闭并防水的，以避免损坏。
d. 支架支架是定子的支撑结构。
它主要由铸铁或钢材制成，并通过铆钉与定子上的绕组和接线盒相连。
支架的作用是确保定子在高速旋转时保持平衡和稳定。
2.转子转子是同步发电机的旋转部分。
它是由转子轴、极套和转子互感器等组成的。
a. 转子轴转子轴是将转子固定在汽轮机的轴上的主轴。
它通常是由高强度合金钢制成，以支撑转子高速旋转时的重量。
b. 极套极套是同步发电机转子的一个重要部分。
它位于转子的一端，从而承受了定子中产生的磁场。
因此，极套通常是由软磁材料制成，如电力钢或纯铁。
c. 转子互感器转子互感器是同步发电机中一个非常重要的部分。
它主要用于将定子中的电能转换为转子中的电能，并将电能输出。
转子互感器是由线圈和磁芯组成的。
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。
同步发电机的工作原理
同步发电机的工作原理
同步发电机是一种能够与电网同步运行的发电设备，它的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 传动机械能：同步发电机通常由涡轮机、水轮机等传动机械能的装置驱动，使转子旋转。
2. 激励电流：同步发电机中的励磁系统会产生一定的激励电流，这个激励电流是通过直流电源提供的，并且会通过励磁力调节装置进行控制。
3. 产生磁场：通过激励磁体，激励电流在转子中产生磁场。
这个磁场会随着转子的旋转而旋转。
4. 电磁感应：当转子旋转时，转子的磁场就会与定子中的线圈相互作用，引起电磁感应。
这个感应电压会通过定子绕组的输出端子输出。
5. 同步运行：输出的感应电压会与电网的电压进行匹配，通过控制发电机的励磁系统，保持感应电压与电网电压的同频同相，使发电机能够与电网同步运行。
通过以上的工作原理，同步发电机可以稳定地向电网供电，并且保持与电网的频率和相位同步，实现对电网的有源功率调节。
同时，它还具备一定的励磁控制特性，能够实现对发电机的有功和无功输出进行调控。
同步发电机的基本知识及结构及工作原理
定子铁芯是电机的主要部件，它起着构成主 磁路和固定定子绕组的重要作用。
定子绕组又称电枢绕组，是发电机进行能量 转换的心脏部位。
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一、发电机的定子
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一、发电机的定子
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隐极式同步电机的转子
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隐极式同步电机的转子
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凸极式同步电机的转子
卧式凸极同步电机 转子的典型结构
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凸极式同步电机的转子
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凸极式同步电机的转子
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三峡电站
三峡70万机组左岸发电机由Alstom/ABB和 VGS联合体供货，右岸实现国产。采用推力 轴承置于下机架的三导轴承半伞式结构，由 转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、 导轴承、空气冷却器和永磁机等部分组成。 额定容量777.8MVA/700MW，最大容量840MVA， 额定电压20kV，额定电流22453A，额定转速 75rpm，推力轴承总负荷5520吨，采用定子 绕组水冷、转子空冷的冷却方式，发电机总 重量达3443吨，是世界最大的水轮发电机。 一台机组1小时发电量约为55万度，足够10 万户家庭用一天。
三、同步发电机的冷却方式
空气冷 水氢氢：定子绕组—水内冷，转子绕组—
氢内冷，铁芯—氢冷却 双水内冷：定子绕组、转子绕组—水内冷，
铁芯—空气冷却 超导发电机
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5.3 大型同步电机的基本系统
励磁系统是指为同步发电机提供可调励磁电 流所需设备组成的系统。
同步发电机的基本知识及结构
温升与绝缘等级
温升
指同步发电机在运行过程中各部分温度 相对于环境温度的升高值。温升过高会 影响发电机的性能和寿命，因此需要对 发电机的冷却系统进行合理设计。
绝缘等级
指同步发电机绝缘材料的耐热等级，即 绝缘材料在连续运行条件下能够承受的 最高温度。绝缘等级越高，发电机的耐 热性能越好，但成本也相应增加。
应用领域与前景
• 大型电站：作为主力电源，为电网提供稳定、可靠的电能。 • 分布式能源：在分布式能源系统中，如微电网、智能电网等，同步发电
机可以作为重要的电源组成部分。 • 可再生能源：在风力发电、太阳能发电等可再生能源领域，同步发电机
作为并网逆变器的重要组成部分，实现电能的并网传输。 • 前景：随着电力系统的不断发展和完善，以及可再生能源的大规模应用，
灭磁装置
在发电机停机或故障时， 迅速切断励磁电流，避免 发电机因磁场过强而损坏。
冷却系统
冷却介质
通常采用空气或水作为冷 却介质，将发电机内部产 生的热量带走。
冷却器
冷却器是将冷却介质进行 冷却的装置，如散热器、 冷却塔等。
冷却风扇或水泵
驱动冷却介质循环流动的 装置，如冷却风扇或水泵 等。
03 同步发电机的工作原理
无松动现象。
检查发电机的滑环和电刷，确 保其表面光滑、无磨损、无裂 纹，电刷长度符合要求。
检查发电机的轴承和润滑系统 ，确保轴承无异常声响、无过 热现象，润滑油油位正常、油 质良好。
常见故障及处理方法
发电机无法启动或启动困难
01
检查电源线路、启动电机、控制系统等，确保电源供应正常、
启动电机工作良好、控制系统无故障。
同步发电机的需求将持续增长。未来，同步发电机将朝着更高效率、更 低排放、更高可靠性和更智能化的方向发展。同时，随着新材料、新工 艺和先进控制技术的应用，同步发电机的性能将得到进一步提升。
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。
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凸极式电机结构特点
气隙不均匀，极弧 底下气隙较小，极间部 分较大。
28.07.2020
1—定子 2—凸极式转子
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隐极式电机结构特点
转子上没有凸出 的磁极，气隙均匀， 转子呈圆柱形。
28.07.2020
1—定子 3—隐极式转子
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凸极式和隐极式电机应用场合
电源频率固定，采用转子结构与转速有关。
交流电势频率f的确定
f pn 60
n转子转速r，/ min
结论：同步发电机定子绕组感应电势的频率取决于它 的极对数p和转子的转速n。
同步发电机极对数一定时，转速与电枢电势的频率 有严格对应关系。
当电力系统频率f一定，发电机转速 n60f /p为恒
定值，这是同步发电机的主要特点。
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现代发电厂中所发出的交流电能几乎全
部是同步发电机发出，尽管目前有其他发电
型式，如磁流体发电，太阳能发电等，但电
力系统中仍是同步发电机占绝对优势。
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3
概述
同步电机指电机转子的转速n与旋转磁场 转速n1相同的交流电机。
同步电机的转速：n=60f1/p f1 --电网频 率。
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ea
N
If
n
S
随转子旋转 电枢感应 eeOaAEEmmcsionstt
角速度ω 电势
eeObBEEmmcsionstt (112 20)00
22f f
f
f
ppnn 6600
eeOcBEEmmcsionstt (11220)00
ec
eb
三相对称负 载运行时
三相对称电 枢电流 iabc
旋磁转势基Fa波Fa
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同步电机与异步电机
同步电机的气隙较同容量的异步电机大。
异步电机励磁电流由电网供给，需从电网吸取 感性无功功率，若气隙大，则励磁电流大，电机的 功率因数低，因此在机械允许的条件下，气隙要尽 量小一些。
13
三相同步发电机的基本工作原理
结论：我国标准工频为50Hz，所以同步发电机的极 对数和转速成反比。
p 3000 n
汽轮发电机转速较高，极对数较少，如转速 n=3000r/min，则极对数p=1。 水轮发电机转速较低，极对数较多，如转速 n=125r/min，则极对数p=24。
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• 按冷却介质不同分为：空气冷却、氢气冷却、水冷 却等。
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第二节 同步发电机的基本构造
• 同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极形状 可分为隐极和凸极两种型式。
➢ 凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合。
➢ 隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于高速
旋28.转07.2。020
在火电厂，发电机用汽轮机作原动机，称为汽 轮发电机；在核电站是以核反应堆来代替火电站的 锅炉，原动机仍然是汽轮机；
在水电厂，发电机用水轮机作原动机，称为水 轮发电机；
有的地方用柴油机用作原动机，称为柴油发电 机。
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7
三相同步发电机的基本工作原理
N
If
n
S
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• 同步发电机基本工作原理：导 体切割磁力线感应电动势。
4
第十四章
三相同步发电机的基本 工作原理与结构
28.07.2020
5
本章主要内容
第一节 三相同步发电机的基本工作原理及分类 第二节 同步发电机的基本结构 第三节 大型同步发电机的基本系统 第四节 同步发电机的型号与额定值
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6
三相同步发电机的基本工作原理
• 同步发电机(synchronous generator)是将机械 能转变为交流电能的设备。
• 转子：转动的部分，转子上有 磁极和励磁绕组，产生磁场。
• 定子（又叫电枢）：固定的部 分，定子铁心上有齿和槽，槽 内设置有绕组，是切割磁场的 导体。
• 气隙：定转子之间有气隙。
动画
8
三相同步发电机的基本工作原理
• 定子：有三相定子绕组，每相 结构完全相同，它们在空间上 互差120°电角度对称分布放置 在定子铁心槽内。
11
三相同步发电机的基本工作原理
交流电势频率f的确定
当转子为1对磁极时，转子旋转一周，定子绕组 中感应电势变化一个周期；当同步发电机有p对极 时，转子旋转一周，感应电势交变p个周期。
当转子转速为每分n转时，交变电势频率为：
f pn 60
n转子转速
三相同步发电机的基本工作原理
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nn11
6600 ff pp
nnnn1 1
(同步电机) 10
三相同步发电机的基本工作原理
定子绕组三相感应电势
eOAEmsi nt
eOB Emsi nt(12)0
eOC E ms（ in t24 ） 0
定子外接负载，形成回路，有三相电流。 机械能转化为电能
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同 步 电 机篇
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1
昆明石林
本篇主要内容
•同步发电机的基本电磁关系 •同步发电机对称运行时的特性 •同步发电机并网运行
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2
概述
同步电机：交流旋转电机。
用途：主要作发电机用，也可作电动机带 动具有恒速要求的机械，还可作调相机，向 电力系统发出无功功率，用于改善电力系统 的功率因数及调整电网电压。
火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转 速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通 常称为汽轮发电机。
核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站 用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都 较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电 站的大。
水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较 多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式。
• 转子：有p对磁极，磁极上有直 流励磁绕组，当直流电流通过 电刷和滑环流入转子绕组后， 产生主磁通，主磁通由N极经气 隙，定子铁心，再经气隙进入S 极，构成主磁路。
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三相同步发电机的基本工作原理
同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁
转子通直流电流 If
励磁磁场Bf
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同步电机的类型
• 按运行方式不同分为：发电机、电动机和调相机。 • 按结构形式不同分为：电枢旋转式（简称转枢式）
和磁极旋转式（简称转场式）。磁极旋转式按转 子结构不同又分为凸极式和隐极式。 • 按安装方式不同分为：卧式和立式。
• 按原动机类型不同分为：汽轮发电机、水轮发电机、 燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、太阳能 发电机等等。