第6章同步电机
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第六章-同步发电机
同步电机知识点（整理：王子铟、包振）1.同步电机概述：主要用于发电机，也可用于电动机，其定子结构与异步电机相同，区别主要在转子侧。
同步电机的转子装有磁极，通入直流电流励磁，具有确定的极性。
“同步”的体现：转子旋转的速度必须严格和定子磁场同步。
2.同步电机的转速与负载的大小无关，计算公式为pfn 60=，当同步电机并入无穷大电网时，其转速固定，无法通过各类调节来改变。
3.同步电机的结构和分类：同步电机有旋转电枢式（磁极装在定子上，用于小容量同步电机中）和旋转磁极式（磁极装在转子上，为大中型同步电机的基本形式）两种，主要以旋转磁极式为主。
旋转磁极式同步电机又分为隐极式和凸极式两种隐极式电机的代表：汽轮发电机；凸极式代表：水轮发电机。
4.同步发电机的额定值①额定电压UN （V 、kV ）：额定运行时定子三相绕组上的线电压。
②额定电流IN （A 、kA ）：额定运行时流过定子绕组的线电流。
③额定功率因数cos φN:额定运行时输出有功功率和视在功率比值。
④额定效率ηN ：额定运行时的效率⑤额定容量S N =NN I U 3对发电机是出线端额定视在功率，单位为VA ，kVA 或MVA 对调相机是出线端额定无功功率，单位为var ，kvar 或Mvar ⑥额定功率P N对发电机是额定输出有功电功率P N =S N cos ϕN =N N I U 3cos ϕN对电动机是轴上输出额定机械功率P N =S N cos ϕN ηN =N N I U 3cos ϕN ηN5.同步发电机的空载运行（1）过程建立：转子励磁绕组通以直流励磁电流→形成静止磁场→转子由原动机拖动以同步转速旋转→静止磁场跟随转子一起转动，形成运动的磁场→交变的磁场在定子的三相对称绕组中感应出电动势。
因为定子电枢绕组开路，电枢电流为零，磁场全部由转子电流建立，因此漏磁通仅与转子励磁绕组交链。
感应电动势的计算：若主磁场B0在气隙中正弦分布，且以同步速n1旋转，则在定子绕组中产生对称三相电动势：︒∙︒∙︒∙∠=∠=∠=240,120,0000000E E E E E E C B A 有效值：0111044.4φN k N f E =(601pn f =)隐极机的励磁磁动势是矩形波，凸极机的励磁磁动势是阶梯波。
电机学第六章同步电机
交流副励磁机（中频）
交流主励磁机（100Hz）
～
自励 恒压器
可控 整流器
～
不可控 整流器
主发电机 ～
电流互感器
电压互感器
静止整流器励磁
电压 调整器
优点：运行、维护方便，没有直流励磁机，使励磁容量得以提高，因而在大 容量汽轮发电机 中得到了广泛的应用。
缺点：存在电刷、集电环的滑动接触（薄弱环节）。
• 自励式 主发电机发出的功率经静止整流器整流为直流，然后通过电刷和集电环通入到主发电机的励磁 绕组中。
当ψ角为不同值的电枢反应
Ψ=00 Ψ=900 Ψ=-900 00<Ψ<900 -900<Ψ<00
位置 q轴 d轴 d轴 d、q轴 d、q轴
电枢反应性质 交轴
直、去 直、增 交、直去 交、直增
负载性质 R L C
R、L R、C
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波波形
幅值大小
位置
转速
励磁 磁动势
正弦波
恒定，由励磁电流决 由转子位置决定 由原动机的转速
Z
N
ns S
B
X
Fa
Y n s A相轴线 C Faq
电流超前电动势的向量图
FaqFacoψs 交磁
Fad Fa sin ψ 与Ff同 向，对 d轴磁场有加 强作用称之为助磁。
直轴电枢反应的影响 • 电机单机运行时，直轴电枢反应将直接影响端电压的大小。去磁时，端电压降低；助磁时 端电压升高。
• 并网运行时，直轴电枢反应影响电机输出的无功功率。
D2 5 ~ 7 L2
• 励磁绕组为集中绕组
• 立式结构
• 阻尼绕组
水轮发电机的转子结构
交流主励磁机（100Hz）
～
自励 恒压器
可控 整流器
～
不可控 整流器
主发电机 ～
电流互感器
电压互感器
静止整流器励磁
电压 调整器
优点：运行、维护方便，没有直流励磁机，使励磁容量得以提高，因而在大 容量汽轮发电机 中得到了广泛的应用。
缺点：存在电刷、集电环的滑动接触（薄弱环节）。
• 自励式 主发电机发出的功率经静止整流器整流为直流，然后通过电刷和集电环通入到主发电机的励磁 绕组中。
当ψ角为不同值的电枢反应
Ψ=00 Ψ=900 Ψ=-900 00<Ψ<900 -900<Ψ<00
位置 q轴 d轴 d轴 d、q轴 d、q轴
电枢反应性质 交轴
直、去 直、增 交、直去 交、直增
负载性质 R L C
R、L R、C
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波波形
幅值大小
位置
转速
励磁 磁动势
正弦波
恒定，由励磁电流决 由转子位置决定 由原动机的转速
Z
N
ns S
B
X
Fa
Y n s A相轴线 C Faq
电流超前电动势的向量图
FaqFacoψs 交磁
Fad Fa sin ψ 与Ff同 向，对 d轴磁场有加 强作用称之为助磁。
直轴电枢反应的影响 • 电机单机运行时，直轴电枢反应将直接影响端电压的大小。去磁时，端电压降低；助磁时 端电压升高。
• 并网运行时，直轴电枢反应影响电机输出的无功功率。
D2 5 ~ 7 L2
• 励磁绕组为集中绕组
• 立式结构
• 阻尼绕组
水轮发电机的转子结构
电机学 第6章 同步电机 - 2
阻尼绕组对突然短路电流和励磁电流的影响：
转子装上阻尼绕组后，A相电流的表达式为：
iA
1 2E0[ X d
( 1 Xd
1 Xd
t
)e Td
( 1 X d
1 Xd
t
)e Td ]cos(t
0 )
2E0 X d
t
cos0e Ta
由于阻尼绕组的“屏蔽作用”，励磁绕组中直流感应电流的 初始幅值和峰值，将比无阻尼绕组时稍小。
5.同步补偿机
同步补偿机: 实质是一台不带任何机械负载 、专门用以改 善功率因数的同步电动机。
工作原理(按电动机惯例叙述) 正常励磁时，电枢电流很小，接近0 过励磁时，电流超前电压，即补偿机从电网 吸收超前的无功 欠励磁时，电流滞后电压，即补偿机从电网 吸收滞后的无功
过励补偿的工作原理
电力系统中大部分复杂为感性的，从电网吸收 一定的滞后无功，使电网功率因数很低。传输 一定功率时，电流偏大，线路损耗增加。
2E0
sin
t
e Ta
Xd
2. 无阻尼绕组时突然短路电流的表达式
突然短路时，电枢的短路电流中有交流分量和直流分量两部 分，即：
i i i
2E0[
1 Xd
( 1 Xd
1 Xd
t
)e Td ]sin(t )
2E0
sin
t
e Ta
Xd
突然短路时，定、转子电流的对应关系：
➢ 励磁电流的稳态分量If0将产生稳态短路电流；励磁电流的直 流瞬态分量△if=，与定子的瞬态交流分量相对应，两者均以 瞬态时间常数Td＇衰减；励磁电流中的交流分量，则与定子 电流中的直流自由分量相对应，两者均以电枢时间常数Ta衰 减。
转子装上阻尼绕组后，A相电流的表达式为：
iA
1 2E0[ X d
( 1 Xd
1 Xd
t
)e Td
( 1 X d
1 Xd
t
)e Td ]cos(t
0 )
2E0 X d
t
cos0e Ta
由于阻尼绕组的“屏蔽作用”，励磁绕组中直流感应电流的 初始幅值和峰值，将比无阻尼绕组时稍小。
5.同步补偿机
同步补偿机: 实质是一台不带任何机械负载 、专门用以改 善功率因数的同步电动机。
工作原理(按电动机惯例叙述) 正常励磁时，电枢电流很小，接近0 过励磁时，电流超前电压，即补偿机从电网 吸收超前的无功 欠励磁时，电流滞后电压，即补偿机从电网 吸收滞后的无功
过励补偿的工作原理
电力系统中大部分复杂为感性的，从电网吸收 一定的滞后无功，使电网功率因数很低。传输 一定功率时，电流偏大，线路损耗增加。
2E0
sin
t
e Ta
Xd
2. 无阻尼绕组时突然短路电流的表达式
突然短路时，电枢的短路电流中有交流分量和直流分量两部 分，即：
i i i
2E0[
1 Xd
( 1 Xd
1 Xd
t
)e Td ]sin(t )
2E0
sin
t
e Ta
Xd
突然短路时，定、转子电流的对应关系：
➢ 励磁电流的稳态分量If0将产生稳态短路电流；励磁电流的直 流瞬态分量△if=，与定子的瞬态交流分量相对应，两者均以 瞬态时间常数Td＇衰减；励磁电流中的交流分量，则与定子 电流中的直流自由分量相对应，两者均以电枢时间常数Ta衰 减。
同步电机的基本工作原理与结构
机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。
转子
转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成 励磁绕组：铜线制成 护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出 中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动 滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组
第二页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
转子
C A
定子绕组
B
900
q轴 U轴
F f 与Fa之间夹
角为 900
V2 W1
记Fa为Fad
d轴
Fa N
Ff
U1
电枢反应性质：
直轴助磁电枢反应
V轴
W2
S U2
V1
W轴
第二十三页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
6.3.4 一般情况下的电枢反应
空枢载 电电流动势角I E,超0 前电
00 900
q轴 U轴
引进600MW汽轮发电机
第十页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产300MW汽轮发电机
第十一页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产200MW汽轮发电机定子
第十二页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产200MW汽轮发电机定子铁心
第十三页，编辑于星期六：二十点 四分。
同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。
第十七页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
６.1.3 同步电机的额定值
额定容量SN 额定功率PN
指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输出 的额定视在功率或有功功率，单位是KVA或KW。电动机额定容 量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是KW。调相机 用KVA或Kvar表示。
转子
转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成 励磁绕组：铜线制成 护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出 中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动 滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组
第二页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
转子
C A
定子绕组
B
900
q轴 U轴
F f 与Fa之间夹
角为 900
V2 W1
记Fa为Fad
d轴
Fa N
Ff
U1
电枢反应性质：
直轴助磁电枢反应
V轴
W2
S U2
V1
W轴
第二十三页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
6.3.4 一般情况下的电枢反应
空枢载 电电流动势角I E,超0 前电
00 900
q轴 U轴
引进600MW汽轮发电机
第十页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产300MW汽轮发电机
第十一页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产200MW汽轮发电机定子
第十二页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产200MW汽轮发电机定子铁心
第十三页，编辑于星期六：二十点 四分。
同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。
第十七页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
６.1.3 同步电机的额定值
额定容量SN 额定功率PN
指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输出 的额定视在功率或有功功率，单位是KVA或KW。电动机额定容 量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是KW。调相机 用KVA或Kvar表示。
电力系统分析第6章
第六章 同步电机的数学模型
第六章 同步电机的数学模型
三、绕组的电压和磁链方程
一、电势方程和磁链方程
ua u b uc u f 0 0 0 Ra 0 0 0 0 0 0 0 Ra 0 0 0 0 0 0 0 Ra 0 0 0 0 0 0 0 Rf 0 0 0 0 0 0 0 RD 0 0 0 0 0 0 0 Rg 0 0 ia a 0 ib b 0 ic c d 0 i f f dt i 0 D D 0 i g g RQ i Q Q
第六章 同步电机的数学模型
第六章
同步电机的数学模型
之前的研究：电力系统稳态分析，主要内容：潮流分布计算 和电力系统稳态调整（电压、频率、有功、无功、运行方式 优化）。 此章之后的内容：电力系统暂态分析，主要内容：故障分析、 稳定性分析。 暂态过程：发电机机械暂态和电磁暂态过程相互作用，直接 影响发电机自身的运行状态，进一步影响到电力系统的暂态 行为，又反过来影响发电机的运行。
[ i a sin ib sin ( 1 2 0 ) i c sin ( 1 2 0 )]
第六章 同步电机的数学模型
二、d，q，0系统的电势方程和磁链方程 1）电势方程 应用派克变换对abc坐标中的所有电量进行变换，可得：
u d d q R a id u q q d R a iq u R i 0 0 a 0
D*
｝
• 常用的转子运动方程式
第六章 同步电机的数学模型
第二节 abc坐标系统下的同步电机方程
运动控制系统-第6章 同步电动机变压变频调速系统
2
当负载转矩加大为 TL4时，转子减速使角θ 增加，电磁转矩 Te减4 小，导致θ继续，最 终，同步电动机转速偏离同步转速，这种 现象称为“失步”。
2
在 的范围 内，2 同步电动机不 能稳定运行，将产 生失步现象。
Te
Te3
Te4
0
3 4
2
图6-4 在 的范围内，
2
Te1
TL1
3U s Es
m xd
sin1
0
2
当负载转矩加大为 时，转子减速使角θ增加，
当 衡，
，电磁 转 2矩 2
和TL负2 载转矩
Te 2
又达到平
TL2
Te 2
TL2
3U s Es
m xd
s in 2
同步电动机仍以同步转速稳定运行。
0
2
若负载转矩又恢复
为 TL1，则角 恢 复
3. 梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直 流电动机——以梯形波永磁同步电动机为 核心的自控变频同步电动机，由于输入方 波电流，气隙磁场呈梯形波分布，性能更 接近于直流电动机，但没有电刷，故称无 刷直流电动机。
无刷直流电动机实质 上是一种特定类型的
iA eA eA
同步电动机，气隙磁 场和感应电动势是梯
第6章
同步电动机变压变频 调速系统
同步电动机直接投入电网运行时，存在 失步与起动两大问题，曾一直制约着同 步电动机的应用。同步电动机的转速恒 等于同步转速，所以同步电动机的调速 只能是变频调速。
变频调速的发展与成熟不仅实现了同步 电动机的调速问题，同时也解决了失步 与起动问题，使之不再是限制同步电动 机运行的障碍。
永磁同步电动机的转子用永磁材料制 成，无需直流励磁。
第6章5同步电动机和调相机
前，同步电动机相当于容性负载，要从电网吸取超前无功
3. V形曲线
同步电动机的V形曲线I=f(If) ：同步电动机在有功功率恒定、 励磁电流变化时，电枢电流随励磁电流变化的曲线
在欠励区，励磁电流减小到一定 数值时，电动机将失步，不能稳 定运行（原因）
改变励磁可以调节电动机的功率因 数 利用同步电动机功率因数可调的特 点，让其工作于过励状态，从电网 吸收容性无功，可以改善电网的无 功平衡状况，从而提高电网的功率 因数和运行性能及效益。
随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，用 同步电动机、特别是特种同步电动机(如永磁式同步电 动机、磁阻式同步电动机、开关磁阻式同步电动机等) 构成高品质交流变速传动系统已成为调速研究领域的 主要发展趋势。
四、调相机
1. 原理：利用不带机械负载的同步电动机改变励磁可以调节功
率因数的原理，并联运行于电网上提供感性无功功率，提高功 率因数，降低线路压降和损耗，提高发电设备的利用率和效率。
电力系统在大多数情况下呈感性，故调 相机通常都是在过励状态下运行，作为 无功功率电源，提供感性无功，改善电 网功率因数，保持电网电压稳定
三、起动与调速
1. 起动方法
同步电动机不能自起动，必须借助其它起动方法 原因：定子旋转磁场将以同步转速相对于转子磁场运动， 转子上承受的是交变的脉振转矩，平均值为零。 常用起动方法
➢ 辅助电动机起动
➢ 变频起动
➢ 异步起动
2. 同步电动机调速
同步电动机通常应用于不需要调速的场合，少数情 况下(如风机、水泵的节能运行)，需要两至三种转速，也 都用变极方式实现。
2. 用途：在适当地点装上调相机，就地补偿负载所需的感性
无功功率，即吸收容性无功、发出感性无功，就能显著提高 电力系统的经济性与供电质量。
3. V形曲线
同步电动机的V形曲线I=f(If) ：同步电动机在有功功率恒定、 励磁电流变化时，电枢电流随励磁电流变化的曲线
在欠励区，励磁电流减小到一定 数值时，电动机将失步，不能稳 定运行（原因）
改变励磁可以调节电动机的功率因 数 利用同步电动机功率因数可调的特 点，让其工作于过励状态，从电网 吸收容性无功，可以改善电网的无 功平衡状况，从而提高电网的功率 因数和运行性能及效益。
随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，用 同步电动机、特别是特种同步电动机(如永磁式同步电 动机、磁阻式同步电动机、开关磁阻式同步电动机等) 构成高品质交流变速传动系统已成为调速研究领域的 主要发展趋势。
四、调相机
1. 原理：利用不带机械负载的同步电动机改变励磁可以调节功
率因数的原理，并联运行于电网上提供感性无功功率，提高功 率因数，降低线路压降和损耗，提高发电设备的利用率和效率。
电力系统在大多数情况下呈感性，故调 相机通常都是在过励状态下运行，作为 无功功率电源，提供感性无功，改善电 网功率因数，保持电网电压稳定
三、起动与调速
1. 起动方法
同步电动机不能自起动，必须借助其它起动方法 原因：定子旋转磁场将以同步转速相对于转子磁场运动， 转子上承受的是交变的脉振转矩，平均值为零。 常用起动方法
➢ 辅助电动机起动
➢ 变频起动
➢ 异步起动
2. 同步电动机调速
同步电动机通常应用于不需要调速的场合，少数情 况下(如风机、水泵的节能运行)，需要两至三种转速，也 都用变极方式实现。
2. 用途：在适当地点装上调相机，就地补偿负载所需的感性
无功功率，即吸收容性无功、发出感性无功，就能显著提高 电力系统的经济性与供电质量。
第6章 同步电动机变压变频调速系统
添加标题
挑战：随着电力系统的复杂性和不确定性的增加，同步电动机变压变频调速系统在应用过程 中面临着许多挑战，如稳定性、可靠性和经济性等方面的问题
添加标题
未来研究方向：为了进一步提高同步电动机变压变频调速系统的性能和应用范围，需要加强 对其基础理论和关键技术的研究，如矢量控制、直接转矩控制和智能控制等
添加项标题
传统控制策略：通过改变电压、频率等参数实现调速，但调速 范围有限，且容易产生转矩脉动。
添加项标题
现代控制策略：采用矢量控制、直接转矩控制等先进技术，提 高调速性能和范围，但算法复杂，对控制精度要求较高。
添加项标题
混合控制策略：结合传统和现代控制策略的优点，降低算法复 杂度，提高调速性能和范围。
添加文档副标题
目录
01.
02.
03.
04.
05.
06.
同步电动机的基本结构 同步电动机的工作原理 同步电动机的启动方式 同步电动机的调速方法
变压变频调速的基本概念 变压变频调速的原理 变压变频调速的优点 变压变频调速的应用
电源部分：提供变 频电源，实现电压 和频率的调节
控制器部分：控制 变频器的输出，实 现电动机的调速
添加标题
实际应用案例：介绍一些同步电动机变压变频调速系统在实际应用中的案例，如地铁、电梯 和工业自动化等领域中的应用情况
调速范围宽：可 以实现从零到最 大转速的无级调 速，满足各种不 同的应用需求。
调速精度高：可 以实现高精度的 速度控制，提高 生产效率和产品 质量。
节能环保：在调 速过程中，可以 减少能源浪费和 环境污染，符合 绿色制造的要求。
变频器部分：将电 源的电压和频率转 换为适合电动机的 电压和频率
电机学答案第6章《同步电机》
第六章 同步电机6．1 同步电机和异步电机在结构上有哪些区别？同步电机：转子直流励磁，产生主磁场，包括隐极和凸极异步电机：转子隐极，是对称绕组，短路，绕组是闭合的，定子两者都一样。
6．2 什么叫同步电机？怎样由其极数决定它的转速？试问75r/min 、50Hz 的电机是几极的？同步电机：频率与电机转速之比为恒定的交流电机601f pn =，16060507540f n P ⨯===（极）6．3 为什么现代的大容量同步电机都做成旋转磁极式？∵励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较为方便，而电枢绕组电压高 ，电流大，放在转子上使结构复杂，引出不方便，故大容量电机将电枢绕组作为定子，磁极作为转子，称为旋转磁极式。
6．4汽轮发电机和水轮发电机的主要结构特点是什么？为什么有这样的特点？气轮发电机：转速高，一般为一对极，min 3000r n =，考虑到转子受离心力的作用，为很好的固定励磁绕组，转子作成细而长的圆柱形，且为隐极式结构。
转子铁心一般由高机械强度和磁导率较高的合金钢锻成器与转轴做成一个整体，铁心上开槽，放同心式励磁绕组。
水轮发电机：n 低，2P 较多，直径大，扁平形，且为立式结构，为使转子结构和加工工艺简单，转子为凸极式，励磁绕组是集中绕组，套在磁极上，磁极的极靴行装有阻尼绕组。
6．6 为什么水轮发电机要用阻尼绕组，而汽轮发电机却可以不用？水轮发电机一般为凸极结构，为使转子产生异步转矩，即能异步起动，加阻尼绕组。
汽轮发电机一般为隐极结构，它起动时的原理与异步机相同，∴不必加起动绕组。
6．7 一台转枢式三相同步发电机，电枢以转速n 逆时针方向旋转，对称负载运行时，电枢反应磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的转速又是多少？对电枢的转速为n ，为定子的转速为0，方向为顺时针。
原因是：要想产生平均转矩，励磁磁势与电枢反应磁势必然相对静止，而现在励磁磁势不变。
∴电枢反应磁势对定子也是相对静止的，而转子逆时针转，∴它必须顺时针转，方能在空间静止。
华中科技大学_电机学_第六章_同步电机(完美解析)概要
汽轮发电机完工后的定子
汽轮发电机转子加工
5
凸极同步电机
凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的 基本相同，所不同的只是转子结构。
凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕 组等部分构成。
6
凸极同步电机结构实物图
带阻尼绕组的凸极同步电机转子 水轮发电机定子分段铁心
7
三、 同步电机的励磁方式
21
双反应理论：
当 处于任意位置且不计饱和时：
分解
I Fa
E Fad ad ad
E Faq aq aq
或
I
分解
I d Fad ad Ead
I q Faq aq Eaq
气隙合成磁场：
B
E E E E ad aq 0
U＝U Nφ，必须增加 If △AEF称为特性三角形，其中：
AE IX σ AF I f 为等效励磁电流
I 不变， 特性三角形不变
33
四、外特性及电压调整率
n=nN、If=常数、cos =常数时， U= f (I) 的关系曲线称为外特性。 电流 I 引起电压 U 变化的原因： 定子漏阻抗压降影响 电枢反应影响 电压调整率：
34
五、同步发电机稳态参数的计算与测定方法
1. 由空载和零功率因数特性确定定子Xδ,Ifa(Ffa)
由空载与零功率因数特性两特性之间存 在特性三角形的关系，确定Xσ, Ifa (Ffa)
IX σ Ffa
UN
磁路不饱和时， I X σ在线性段： 1）作直线OB； 2）过UN作直线平行于x轴，交零功 率因素曲线于A'，取A'O'=AO 3）过O'作OB的平行线O'B'， 三角形A' B' C'为所求的特性三角形。
电机第liu章习题答案
第六章 同步电机
5. 同步发电机与无穷大电网并联运行，过励时向电网输出 感性无功功率，欠励时向电网输出容性无功功率。
6. 一台汽轮发电机并联于无穷大电网运行，欲增加有功功 率输出，应增大进汽量，欲增加感性无功功率输出，应增加励 磁电流。（填如何调节）
7. 汽轮发电机气隙增稳定性能增加。
第六章 同步电机
（三）选择题：
1. 同步发电机带容性负载时，其调整特性是一条：（ ③ ） ① 上升的曲线； ② 水平直线； ③ 下降的曲线。
2. 同步发电机的V形曲线在其欠励时有一不稳定区域，而 对同步电动机的V形曲线，这一不稳定区应该在（ ③ ）区域。
① If>If0；
② If=If0；
③ If<If0。
3. 同步发电机过励运行较欠励运行稳定，满载运行较轻载 运行稳定。（ × ）
4. 同步发电机采用准同期法并车，当其他条件已满足，只 有频率不同时，调节发电机的转速，使其频率与电网频率相等 时，合上并联开关，即可并车成功。（ × ）
5. 汽轮同步发电机与无穷大电网并联运行，只调节气门开 度，既可改变有功功率又可改变无功功率输出。（ √ ）
3. 工作于过励状态的同步调相机，其电枢反应主要是： （②）
① 交轴电枢反应；
② 去磁的直轴电枢反应；
③ 增磁的直轴电枢反应。
第六章 同步电机
4. 与无穷大容量电网并联运行的同步发电机，过励时欲增 加励磁电流，则（ ② ）。
① 发出的容性无功功率增加，功角减小；
② 发出的感性无功功率增加，功角减小；
6.16 一台50MW，13.8kV，Y联结，cosφ= 0.8（滞后）的 水轮发电机并联于一无穷大电网上，其参数Ra≈0，Xd*=1.15， Xq*=0.7，不计饱和的影响，试求：当输出功率为10000kW， cosφ= 1.0时发电机的励磁电动势E0*及功角δ；（2）若保持此 输入有功功率不变，当发电机失去励磁时的δ，此时发电机还 能稳定运行吗？ （答案）
第六章同步电机的基本结构和运行状态
第六章同步电机的基本结构和运⾏状态第六章同步电机的稳态分析6.1 同步电机的基本结构和运⾏状态⼀、同步电机的基本结构按照结构型式，同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。
旋转电枢式——电枢装设在转⼦上，主磁极装设在定⼦上。
这种结构在⼩容量同步电机中得到⼀定的应⽤。
旋转磁极式——主磁极装设在转⼦上，电枢装设在定⼦上。
对于⾼压、⼤容量的同步电机，通常采⽤旋转磁极式结构。
由于励磁部分的容量和电压常较电枢⼩得多，电刷和集电环的负载就⼤为减轻，⼯作条件得以改善。
⽬前，旋转磁极式结构已成为中、⼤型同步电机的基本结构型式。
在旋转磁极式电机中，按照主极的形状，⼜可分成隐极式和凸极式，如图6-l所⽰。
隐极式——转⼦做成圆柱形，⽓隙为均匀；凸极式——转⼦有明显凸出的磁极，⽓隙为不均匀。
对于⾼速的同步电机(3000r／min)，从转⼦机械强度和妥善地固定励磁绕组考虑，采⽤励磁绕组分布于转⼦表⾯槽内的隐极式结构较为可靠。
对于低速电机(1000r／min及以下)，转⼦的离⼼⼒较⼩，故采⽤制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构较为合理。
⼤型同步发电机通常采⽤汽轮机或⽔轮机作为原动机来拖动，前者称为汽轮发电机，后者称为⽔轮发电机。
由于汽轮机是⼀种⾼速原动机，所以汽轮发电机⼀般采⽤隐极式结构。
⽔轮机则是⼀种低速原动机，所以⽔轮发电机⼀般都是凸极式结构。
同步电动机、由内燃机拖动的同步发电机以及同步补偿机，⼤多做成凸极式，少数两极的⾼速同步电动机亦有做成隐极式的。
隐极同步电机以汽轮发电机为例来说明隐极同步电机的结构。
现代的汽轮发电机⼀般都是两极的，同步转速为3000r／min(对50Hz的电机)。
由于转速⾼，所以汽轮发电机的直径较⼩，长度较长。
汽轮发电机均为卧式结构，图6-2表⽰⼀台汽轮发电机的外形图。
汽轮发电机的定⼦由定⼦铁⼼、定⼦绕组、机座、端盖等部件组成。
定⼦铁⼼⼀般⽤厚0.5mm的DR360硅钢⽚叠成，每叠厚度为3-6cm，叠与叠之间留有宽0.8～lcm的通风槽，整个铁⼼⽤⾮磁性压板压紧，固定在机座上。
第6章 同步电机的动态分析
第六章同步电机的动态分析在《电机学》和电力专业课学过同步电机基本理沦的基础上，本章着重讨论同步电机的异步运行、小值振荡和自激问题，作为机电能量转换理论的应用实例，也作为电力专业课程的补充。
为了突出本质和使计算简化，本章的分析采用以下近似假定：(1)忽略磁路饱和、磁滞和涡流的影响；(2)定、转子绕组所产生的气隙磁场按正弦分布，忽略磁场的高次谐波分量；(3)转子结构对直轴和交轴对称；(4)将转子阻尼绕组简化为直轴和交轴两个独立的等效阻尼绕组。
6—1用dg0坐标系统表示的同步电机运动方程同步电机也可采用综合矢量进行分析。
但由于转子磁路不对称，一般都采用dQo坐标系统，以克服abc坐标系统中电压方程是带有周期性变系数的微分方程给求解带来的困难。
在研究同步电机运行的领域内，由于各个作者规定各物理量的正方向不一致，同样采用dQo 坐标系统所写出的基本方程中的正负号也互不相同。
本章采用的规定正方向与上章一致，重申于下：P177(1)电压电流和感应电动势的正方向：所有回路都按电动机惯例来规定，凉意如图6-1(a)。
照此规定，瞬时功率山为正时，表示从外部输入功率；当电机作发电运行时，ui为负，表示输出功率。
(2)磁链的正方向：规定当绕组通过正向电流时产生的磁链为正向磁链见图6-1(a)。
(3)dq轴的正方向：d轴的正方向规定为主极磁通的正方向，g轴的正方向规定超前于d轴正方向90。
电角度。
如图6—l(b)，与上章同。
(4)电磁转矩y信和外加机械转矩TN6。
的正方向，都规定与电机转子的转向相同，如图6-1(c)。
图6—1同步电机的规定正方向照此规定，作电动机运行时Tm为正，负载转矩Tmec为负，作发电机运行时Tm为负，原动机的驱动转矩Tmec为正。
在5-2节已导出从abc系统到dqo系统的变换关系。
其物理意义是用与相绕组相同的在dg轴线上的两个假想的d、q绕组以代替原来三相绕组，二者所产生的基波磁效应完全相同，用图6-2示意。
第六章 同步电机
电枢反应：电枢磁动势对主极磁场的影响。 电枢反应除使气隙磁场发生畸变，从而直接关 联到机电能量转换外，还有去磁或增磁作用， 对同步电机的运行性能产生重要的影响。同步 电动机的励磁系统分为直流发电机励磁系统和 半导体 励磁系统。 电枢反应的性质取决与电枢磁动势和主磁场在 空间的相对位置。分析表明，这一相对位置与 激磁电动势
即
P M
m ax
UE 0 m Xs
它正比于E0（即励磁电流）,反比于同步电 抗。从功角特性可以决定电磁转矩与功角 之间的关系，由此可以得出相应的电磁 转矩，为 mUE 0 PM T s in 1 1 X s 式 中 ， 单 位 是 W； 单 位 是 rad/s； 单 位 是 N· m。
PM mUI a cos muI a cos( ) mUI a cos cos mUI a sin sin
从图得：
U sin I a X s cos
E0 U cos I a X s sin
U sin I a cos Xs 所以有 E 0 U cos I a sin Xs
6.1.3 冷却问题简述 ： 在中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。 当电机的容量很大时，电机内部的损耗及发热 量迅速增加，冷却问题显得格外重要，此时必 须加强通风或采用其他的冷却方式。 1）在大型汽轮发电机中，为了提高其冷却效 率，往往用氢气冷却，是氢气与空气混合后， 有爆炸危险，必须有一套控制设备来保证外界 空气不会渗入到电机内部。 目前在更大容量的发电机中，可以采用导线内 部直接冷却。例如采用空心导体（如图），冷 却介质直接在导体中流通而把热量带走，这样 能更有效地降低电机的温升。所采用的冷却介 质一般有氢气 及水等。
同步电机(第六章)
列出电压方程：
E 0 E ad E aq U I Ra j I X
Fad Fa sin 0 Faq Fa cos 0
I f Ff 0 E 0
I
Id
Fad ad E ad Faq aq E aq
U E I ( Ra jX )
Ea a Fa I
所以：
Ea j I Xa
Xa是电枢反应磁通相应的电抗，称为电枢反应电抗。 （电枢电流产生电枢反应磁场，在定子每相绕组中感应 电势可以表示为电枢绕组相电流与电枢反应电抗的乘积） 所以：
E 0 U E a I ( Ra jX ) U I Ra jI ( X X a ) U I Ra j I X s
(3) 灯泡贯流式水轮发电机
(4)转子结构
10000kw水轮机转子
凸极极通常有卧式和立式两种结构，通常同步电动机、 同步补偿机、内燃机和冲击式水轮机拖动同步发电机采用 卧式结构，而大型水轮发电机采用立式结构，立式水轮发 电机的推力轴承是关键部件。
除了转子励磁绕组，通常在转子上还装有阻尼绕组。 起抑制转子转速的作用。在同步电动机和补偿机中，主要
汽轮发电机一般采用细长结构
（国产200MW汽轮发电机）
（国产600MW汽轮发电机）
Stator of Turbo-dynamo with 330MW Made in China （国产330MW汽轮发电机）
Stator Core of Turbo-dynamo with 330MW Made in China （国产330MW汽轮发电机定子铁心）
第6章 同步电机《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
交轴电枢电流 Iq IN cos 0 45.82cos 60 22.91A
直轴同步电抗 X d
E0 U cos Id
102.2Ω
交轴同步电抗 X q
U sin Iq
62.36Ω
6-10 有一台 70000kVA、60000kW、13.8kV(星形联结)的三相水轮发电机，交、
* p
Xp Zb
3.05 12.7
0.24
源程序
% Exercises 6-13
% Calculate voltage regulatinon & rated field current
clc;
clear;
EE0=[0 0.251 0.452 0.791 0.979 1.117 1.199 1.255 1.299];%pu volue IIf=[0 45 80 150 200 250 300 350 400];%A U=1.0;% pu volue Pf=0.8; Xp=0.24;% pu volue Ifk=158;% A IN=1.0;% pu volue Ra=0.0;% pu volue fai=acos(0.8); pufai=atan((U*sin(fai)+IN*Xp)/(U*cos(fai)+IN*Ra)); E=sqrt((U*cos(fai)+IN*Ra)^2+(U*sin(fai)+IN*Xp)^2); F=interp1(EE0,IIf,E); KadFa=135; FfN=sqrt(F^2+KadFa^2-2*F*KadFa*cos(pi/2+pufai)); E0=interp1(IIf,EE0,FfN); deltaU=(E0-U)/U*100; disp(['Voltage regulation(%)= ',num2str(deltaU)]); disp(['Rated field current= ',num2str(FfN)]); 运行结果：Voltage regulation(%)= 28.6146
同步电机PPT
下面我们分四种情况考虑：
交轴q
•
•
1、 I 和 E0 同相（ 0 0)
交轴电枢反应使合成磁动
势从空载时的直轴处逆转
向后移了一个锐角 ，幅
值有所增加。
直轴d
F
磁极位置
Ff
Bf
•
0
•
E0
•
I
Fa
•
•
2、I 滞后 E 0 90（0 0 90 0 )
直轴去磁性电枢反应
直轴d Ff
交轴q
•
E0
磁极位置
1、定子部分
发电机定子铁芯由导磁良好的 硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀 分布着许多槽，用来嵌放定子 线圈 ，每相绕组由多个整体成 型的线圈组成 ，按一定规律排 列。
大型水轮发电机通常都是立式 结构，整个机组传动部分的重 量以及作用在水轮机转轮上的 水推力均有推力轴承支撑，并 通过机架和机座传递到地基上
3、补偿机状态： δ=0
S
N
ns
No
Te 0
So
补偿机状态时电磁转矩为零，电机内无有功功率的转换。
五、同步电机的励磁方式
供给同步电机励磁的装置，称为励磁系统 。 1、直流励磁机励磁
2、整流器励磁
整流器励磁又分为静止式和旋转式两种。
静止式指的是整流 装置外放静止状态
旋转式指的是整流装置 随主轴一同旋转
3、相量图及等效电路
已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cosφ及参数
Ra 、Xs，当功率因数滞后时的相量图：
其等效电路：
E&0
jIX s
IRa
U&
其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电枢反
应和电枢漏磁场的作用
电机与拖动大学课程 第六章 同步电机
Fa
a
Ea
F E
Ff
1
F
E
Fa
感应电动势的正方向与产生它的磁通 的正方向不符合右手螺旋关系。与电 流方向相反，为反电势。
E0 j4.44 f1N1kw10 Ea j4.44 f1N1kw1a
对吗？
E j4.44 f1N1kw1
E j4.44 f1N1kw1
为便于分析，假设磁路不饱和，不考虑铁耗，转子为隐极，则电
Ea与
a
符合左手螺旋关系，Ea超前
90
a
度电角度，即超前 I 90度电角度。
Fa
a
Ea
I
Ea jIa X a
Xa为电枢反应电抗，相当于感应电机的励磁电抗，当磁路不饱和
气隙磁动势是由电枢磁动势与励磁磁动势的合成，当电机为隐极， 气隙均匀，若不计饱和，可根据气隙磁动势求出气隙磁场的分布。F HB0H0F
当电机为凸极，气隙不均匀，无法用解析表达式来求解。双反应理 论应运而生。
利用合成磁动势的方法走不通，在不计磁路饱和的情况下，先把 交直轴电枢磁动势及励磁磁动势各自形成的磁场分布求出来，然后 把我们所关心的基波磁场的效果进行叠加。这种分别计算交轴和直 轴电枢反应的方法，就是双反应理论。
(5)额定转速nN 是指同步电机的同步转速，单位r/min (6)额定效率ηN 额定运行时的效率 (7)额定功率因数cosφN 额定运行时的同步电机的功率因数
对于三相同步发电机：
PN SN cosN 3UN IN cosN
对于三相同步发电机：
PN 3UN INN cosN
§6-2 同步电机的电枢反应
这种负载时电枢电动势对主极基波磁场的影响称为电枢反应。
电枢反应与电流的大小、主磁路的饱和程度有关，与电枢磁动势与 励磁磁动势在空间中的相对位置有关，还与转子结构有关。
华中科技大学_电机学_第六章_同步电机(完美解析)
对电动机是轴上输出的额定机械功率
PN 3U N I N cos N N
额定转速nN：电机额定运行时的转速
额定频率f (Hz) 额定励磁电流IfN(A) 额定励磁电压UfN(V)
10
6.2 同步电机的运行原理
同步发电机空载运行 同步电机的电枢反应 隐极同步发电机的负载运行
凸极同步发电机的负载运行
Ra I
E
U
由 得到：
Xd=Xσ+Xad Xq=Xσ+Xaq
27
四、凸极同步发电机的负载运行
2. 考虑饱和
计及饱和后，叠加原理不能应用，气隙合成磁场由合成磁动 势来决定，即交、直轴各自的合成磁动势及感应电动势可分别根 据实际饱和情况由空载特性求取。 ' E If Fd Ff d d ' F I d ad E I ' F E I q aq aq aq
U＝U Nφ，必须增加 If △AEF称为特性三角形，其中：
AE IX σ AF I f 为等效励磁电流
I 不变， 特性三角形不变
33
四、外特性及电压调整率
n=nN、If=常数、cos =常数时， U= f (I) 的关系曲线称为外特性。 电流 I 引起电压 U 变化的原因： 定子漏阻抗压降影响 电枢反应影响 电压调整率：
1. 定义
If Ff 随转子旋转 转速为 n
基波
E0（
）
接三相对称负载
三相对称电流 iabc(f)
旋转磁势基波 (电枢磁势)
与
在空间相对静止，联合建立气隙磁场 Bδ 电枢绕组感应电动势 E δ
Фδ
电枢反应：电枢电流产生的磁动势对励磁磁场的影响
第6章 同步电机
即
1.功率方程和电磁功率
由图6—27可见 故同步电机的电磁功率亦可写成
上式的第一部分与感应电机的电磁功率 表达式相同，第二部分则是同步电机常用的。 对于隐极同步电机，由于EQ＝E0，故有
图6-27 从相量图导出 Ecosψ=Ucosφ+IRa
2.转矩方程
把功率方程(6—18)除以同步角速度，可得转矩方程
和 E 可以用相应的负电抗压降来表示 E ad aq
（6-15） 式中，Xad和Xaq分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，将 I I ，可得 式(6-15)代入式(6-13)，并考虑I
d q
式中，Xd和Xq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直轴或交轴电枢反应的一个综合参数。上式就 是凸极同步发电机的电压方程。图6-20表示与上式相对应的相量图。
1.不考虑磁饱和
采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时，电枢的电压 方程为 (6—6) 因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa，不计磁饱和时，Φa 又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即
与I 滞后于 Φ 以90°电角度，若不计定子铁耗,Φ 在时间相位上， E a a a 以90°电角度，于是亦可写成负电抗压降的 同相位，则 E 将滞后于 I a 形式，即
1.双反应理论
图6-19 凸极同步电机的气隙比磁导和直轴、交轴电枢反应 a)电枢表面不同位置处的气隙比磁导 b)直轴电枢磁动势所产生的直轴 电枢反应 c)交轴电枢磁动势所产生的交轴电枢反应
2.不考虑磁饱和时凸极同步发电机的电压方程和相 量图
不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关系：
If
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Fad
Φ 不计磁路饱和时有下列关系
Ead jI d X ad Eaq jI q X aq E jIX
q
Faq
Φad Φ
aq
E ad E
则电动势平衡方程
E0 U IRa jId Xd jIq Xq
转子
第６章
同步电机
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
第６章
同步电机
返回
第６章
同步电机
（1）定子铁心
1、汽轮发电机结构
返回
第６章
同步电机
返回
第６章
1、汽 轮发电 机结构
同步电机
返回
第６章
同步电机
(2)卧式水轮发电机
2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
第６章
同步电机
2、水轮发电机结构转子结构
按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴 油发电机等。 汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速 为3000转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。 同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。
第６章
同步电机
６.1.3 同步电机的额定值
额定容量 N 额定功率 N S P
F f 与 Fa 之间夹 角为 90 0
同步电机
00 时的电枢反应
q轴 U轴
F
V2
900
d轴
Fa W1
N
S U2 V1
W轴
记Fa为Faq
电枢反应性质：
Ff
V轴
U1
交轴电枢反应
W2
第６章
同步电机
E0 超 I 900
q轴 U轴
900时的电枢反应 ６.3.2
空载电动势 前电枢电流
第６章
同步电机
一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负 载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流 的变化影响发电机的电压。 为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变 化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。 综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机——电能量转 换的关键。
第６章
同步电机
励磁磁势和电枢磁势的区别
基波 波形
大小
位置
转速
转向
励磁磁动 势 电枢反应 磁动势
正弦 波 正弦 波
恒定，由励 由转子位置 由原动机的转速 磁电流决定 决定 决定 恒定，由电 由电流瞬时 由磁极对数和电 枢电流决定 值决定 流频率决定
由原动机 决定 由电流相 序决定
第６章
６.3.1
空载电动势 E0 和电枢电流 I 同相位.
电磁关系：
If
Ff
Φ f Φ0
E0
空载电动势 E0大小：
E0 4.44 fN1kw10
空载特性：
n nN ,I 0,E0 f ( I f )
第６章
同步电机
６.3 同步电机的电枢反应
电枢反应:电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙 磁通的大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应. 电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波 Fa 和励磁磁动势基波 F f 之间的相对位置，即与空载电动势E0 和电枢电流 I 之间的夹角 有关.
F f 与 Fa 之间夹 角为 90
0
V2
W1
记Fa为Fad
电枢反应性质：
d轴
N
S
Ff
U1
V轴
U2 V1
Fa
W轴
直轴去磁电枢反应
W2
第６章
6.3.3
同步电机
q轴 U轴
900时的电枢反应
空载电动势 E0 滞后 电枢电流 I 900
F f 与 Fa 之间夹 角为 90 0
V2
第６章
二、短路特性
同步电机
定义： n n1 ,U 0, I S f ( I f ) 短路时的等效电路 短路特性曲线 短路特性与 空载特性配合可 以求出电机的同 步电抗。
第６章
三、外特性
同步电机
n 定义： n1 , I f C ,cos C ,U f ( I )
不计磁路饱和时有下列关系
E a jIX a E jIX
表征在对称负载下，单位三相电流 产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中 感应的电动势。
第６章
等效电路
同步电机
相量图
二、等效电路和相量图
根据相量图可求出
E0
U cos Ra I U sin X t I
2
2
X t I U sin arctan Ra I U cos
第６章
同步电机
当忽略电枢回路电阻时得到的等效电路称为简化等 效电路,对应的相量图称为简化相量图
思 考 题
分别作出汽轮同步发电机带阻性、 纯感性、纯容性、电感性、电容性负 载时的简化相量图？并说明各种情况 下电枢反应的性质？
S
U2
电枢反应性质：
Ff
V轴
U1 V1
既有交轴,还有直轴 去磁电枢反应
W2
W轴
第６章
此种情况下
同步电机
I Id Iq
I d I sin ---直轴分量 Id与E0成900 I q I cos ---交轴分量 I q与E0同相位
Fa Fad Faq Fad Fa sin ---直轴分量电流产生的合成磁动势 Faq Fa cos ---交轴分量电流产生的合成磁动势
６.4 同步电机的负载运行
6.4.1 凸极同步发电机的电动势方程和相量图 一、凸极同步发电机的电动势方程 由于 I I d I q 电磁关系： Φ f X d X ad X 且令 If Φ0 X q X aq X E0 F
f
I
Id I
６.1.2 同步电机的基本工作原理与分类 一、同步发电机的基本工作原理 励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁 场，原动机拖动转子以转速 n 旋转时，其 磁场切割定子绕组而感应交流电动势 E0 .
pn f 60 大小： E 4.44 fN k 0 1 w1 0
频率： 波形：由e B( x )lv 可知，波 B 形取决于( x ) 的空间分布。
10000kW水轮机转子
第６章
同步电机
1.发电环节——各种电机
引进600MW汽轮发电机
第６章
同步电机
国产300MW汽轮发电机
第６章
同步电机
国产200MW汽轮发电机定子
第６章
同步电机
国产200MW汽轮发电机定子铁心
第６章
同步电机
现场运行的水轮发电机
第６章
同步电机
６.1同步电机的基本工作原理与结构
X d --直轴同步电抗 X q --交轴同步电抗
aq
E
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。
第６章
作图步骤
同步电机
二、凸极同步发电机的相量图
( 1 )根据已知条件绘出和I ; U
( 2 )根据EQ U IRa jIX q 作出EQ 及EQ 与I的夹角 ;
第６章
6.3.4
同步电机
负载 性质
一般情况下的电枢反应（总结）
电枢反 应性质 对电机的影响
Fa
00
900
位置
F f Fa
夹角
Fa
记作
F
波形 畸变
n( f )
U
q轴 d轴
F aq
交轴
直轴 去磁
下降
R L
F ad
900
削弱 不变 下降
90
0
d轴
F ad
00 900 d、q 轴
F ad F aq
直轴 增强 助磁 交轴直 削弱 轴去磁
轴助磁
不变 上升
C
下降 下降 R、L
900 00 d、q
轴
F ad F aq 交轴直 增强 下降 上升 R、C
第６章
6.3.5
同步电机
电枢反应与机--电能量转换
电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象，它不 仅是引起端电压变化的主要原因，而且也是电机实现机---电能 量转换的枢纽。
指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指 输出的额定视在功率或有功功率，单位是KVA或KW。电动机额定 容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是KW。调相 机用KVA或Kvar表示。
额定电压U N (kV )
额定电流I N (A)
在额定运行状 额定运行时加在 态下三相定子 三相定子绕组上 绕组的线电流. 的线电压。 对同步发电机额定值之间关系为：
额定功率因数cos N 额定频率f N 额定效率 N 额定转速nN 额定励磁电流I fN 额定励磁电压U fN
PN SN cos N 3U N I N cos N
第６章
同步电机
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 I f ，定子绕组开路的运行称为空载运行。
当 0 0 时 , 交 轴 电 枢 反 应 磁 动 势 与 空 载 电 动 是 势E 同 相 的 产 生 的, I 可 以 认 为 是的 有 功 分 量 I I .
0 q q
交轴的电枢反应磁场与 励磁电流共同作用 在 ， 转轴上产生制动性质的 电磁转矩 em . T