电机学同步电机第六章第7讲
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电机学同步电机第六章第7讲
4.2 V形曲线
（6）V形曲线左侧存在着一个不稳定区(对应于θ>90°)， 且与欠励状态相连，因此，同步发电机不宜在 欠励状态下运行。
同步发电机的功角特性 同步发电机的有功功率调节
重点内容
同步发电机的无功功率调节和v形曲线
mE0UsinmUIcos常 数
Xt
E0sinIcos常数
Xt
4.1无功功率调节
E0sinIcos常数
Xt
当调节励磁电流使E0变化时 （1）Icosφ=常数，定子电流相量I的末端在一条与U垂直的
直线上（AB）
4.1无功功率调节
E0sinIcos常数
Xt
当调节励磁电流使E0变化时 （2）E0sinθ=常数，E0的末端在一条与U平行的直线上（DC）
3.2静态稳定
比整步转矩（整步转矩系数）： Tsyn=Psyn/Ω
3.2静态稳定 过载能力(静态过载倍数)----最大电磁功率与额定功率之比，用kM表示。
kM
Pem max PN
隐极电机：
3.2静态稳定
kM
1
sin N
实际电机，要求kM>1.7，即额定负载时最大允许的功率角θN≈35° 设计：25°<θN<35°
3.2静态稳定 静态稳定：
当电网或原动机偶然发生微小扰动时，若在扰动消失后发电机能自行回复到原运行状态稳 定运行；
静态不稳定： 不是静态稳定
3.2静态稳定 A:输入功率为PT，稳态运行，功率角θ A:输入功率波动，ΔPT, 功率角增加 Δ θ B点：稳态运行，PT + ΔPT = PemB
3.2静态稳定
电机学同步电机第六章第7 讲
上讲内容
电压调整率和额定励磁磁势的求法 同步发电机稳态参数的测定 同步发电机的并联运行 功率关系
《电机学》课程教学大纲
《电机学》课程教学大纲Electric Machinery适用专业：电气工程及其自动化执笔者：武惠芳刘慧娟编写日期：2002年3月14日一、课程的性质和目的课程性质：《电机学》是电气工程及其自动化专业的专业基础课。
主要任务：使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题，为后续专业课的学习打好必要的基础。
电机实验是本课程的重要教学环节，使学生掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力。
二、课程教学内容《电机学》（I）必修课课程编号：学时：64 学分：4讲课学时：56 实验学时：8绪论（讲课2学时）绪论是学习一门课程的重要环节。
通过绪论的学习，首先要了解课程的主要内容和电机在国民经济各行各业中的作用，明确《电机学》课程在电气工程及其自动化专业中的地位，从而明确学习目的；其次要了解本课程的性质、任务、特点和电机理论的一般分析方法，克服畏难思想，转变学习方法；最后要对电机常用的电磁定律进行复习，并要求学生熟练掌握。
重点：本课程的性质、任务、特点和一般分析方法难点：常用的电磁定律在电机中的应用第一篇变压器（讲课18学时，实验4学时）第一章变压器的基本知识及结构（讲课2学时）本课程的特点之一是所研究的对象是一个实物，因此电机的理论分析的第一步除了分析电机的基本知识之外，同时要分析电机的结构。
通过本章学习，首先要掌握变压器的基本变压原理和熟悉变压器主要结构部件的名称、作用及材料；其次要熟悉变压器的铭牌并掌握额定值的含义和它们之间的关系。
重点：变压器的基本变压原理难点：三相变压器额定值的含义和关系关键：搞清楚三相变压器两种连接方式相、线电压和相、线电流的关系第二章变压器的基本原理（讲课10学时，实验2学时）本章是电机理论分析的第二步。
它通过对变压器运行时的电磁物理过程分析，找出各物理量的之间的关系，然后抽象为数学模型（方程式）、物理模型（等效电路）和相量模型（相量图）——方程式、等效电路和相量图是对同一物理过程的不同的表达形式，最后用这些模型去研究变压器的运行性能。
《同步电机》课件
总结词：关键角色
详细描述：同步电机在电力系统中扮演着至关重要的角色。作为发电机，它可以将机械能转化为电能 ，为电力系统提供电源。作为电动机，它可以将电能转化为机械能，驱动各种设备和机械。此外，同 步电机还用于调节电力系统中的无功功率、稳定系统电压和改善电能质量。
CHAPTER 02
同步电机的结构与工作原理
同步电机的故障诊断与维护
同步电机的常见故障及原因分析
故障一
振动过大：可能原因是转子不 平衡、轴承损坏、气隙不均等
。
故障三
声音异常：可能原因是转子松 动、轴承损坏、气隙不均等。
故障二
温度过高：可能原因是负载过 大、通风不良、绕组短路等。
故障四
输出功率不足：可能原因是绕 组短路、转子断路等。
同步电机的故障诊断方法
同步电机的结构组成
01
02
03
转子
同步电机的主要旋转部分 ，通常由励磁绕组和铁芯 组成。
定子
固定部分，包括三相绕组 和机座。
气隙
转子和定子之间的间隙， 对电机性能有重要影响。
同步电机的工作原理
励磁绕组通电产生磁场
励磁绕组通电后产生磁场，该磁场与转子相互作用产生转矩。
旋转磁场与转子的相互作用
旋转的磁场与转子上的导体相互作用，产生转矩，使转子旋转。
智能化
未来同步电机技术将更加注重智能化，实现电机 的远程监控和智能控制。
绿色化
未来同步电机技术将更加注重绿色化，推动电机 的环保和可持续发展。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
直接控制
通过控制电机的输入电 压或电流，实现对电机 转矩和转速的直接控制
。
间接控制
通过控制电机的输入频 率或极数，实现对电机 转矩和转速的间接控制
详细描述：同步电机在电力系统中扮演着至关重要的角色。作为发电机，它可以将机械能转化为电能 ，为电力系统提供电源。作为电动机，它可以将电能转化为机械能，驱动各种设备和机械。此外，同 步电机还用于调节电力系统中的无功功率、稳定系统电压和改善电能质量。
CHAPTER 02
同步电机的结构与工作原理
同步电机的故障诊断与维护
同步电机的常见故障及原因分析
故障一
振动过大：可能原因是转子不 平衡、轴承损坏、气隙不均等
。
故障三
声音异常：可能原因是转子松 动、轴承损坏、气隙不均等。
故障二
温度过高：可能原因是负载过 大、通风不良、绕组短路等。
故障四
输出功率不足：可能原因是绕 组短路、转子断路等。
同步电机的故障诊断方法
同步电机的结构组成
01
02
03
转子
同步电机的主要旋转部分 ，通常由励磁绕组和铁芯 组成。
定子
固定部分，包括三相绕组 和机座。
气隙
转子和定子之间的间隙， 对电机性能有重要影响。
同步电机的工作原理
励磁绕组通电产生磁场
励磁绕组通电后产生磁场，该磁场与转子相互作用产生转矩。
旋转磁场与转子的相互作用
旋转的磁场与转子上的导体相互作用，产生转矩，使转子旋转。
智能化
未来同步电机技术将更加注重智能化，实现电机 的远程监控和智能控制。
绿色化
未来同步电机技术将更加注重绿色化，推动电机 的环保和可持续发展。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
直接控制
通过控制电机的输入电 压或电流，实现对电机 转矩和转速的直接控制
。
间接控制
通过控制电机的输入频 率或极数，实现对电机 转矩和转速的间接控制
电机学同步电机1-11页文档资料
20.1 同步电机的基本结构 20.2 同步电机的运行状态和励磁方式 20.3 同步电机的冷却方式 20.4 同步电机的额定值
20.1 同步电机的基本结构
旋转电枢式
同步电机
旋转磁极式
隐极式：细长 凸极式：短粗
(a) 凸极式
(b) 隐极式
1-定子； 2-凸极转子；3-隐极转子；4-滑环
20.2 同步电机的运行状态和励磁方式
20.3 同步电机的冷却方式
1. 空气冷却 空气冷却主要采用内扇式轴向和径向混合通风系统，适用于容量为50MW以下的汽轮 发电机。 2. 氢气冷却 氢气冷却的效果明显优于空气冷却，在汽轮发电机中被广泛应用，并从外冷式发展为 内冷式，应用中注意防漏和防爆问题。 3.水冷却 水的冷却效果优于氢气。主要方式为内冷式，并且以定子绕组内冷的应用为多，但面 临泄露和积垢堵塞问题。
1. 运行状态 同步电机运行状态，取决于定子合成磁场与转子主极磁场之间的夹角，即功率
角δ 发电机——转子主极磁场超前于定子合成磁场，δ>0, 把机械能转换为电能 电动机——转子主极磁场滞后于定子合成磁场，δ<0, 把电能转换为机械能 补偿机——转子主极磁场轴线与定子合成磁场轴线重合，δ=0, 没有有功功率的转换，只发出或吸收无功功率。
21.1 同步发电机的空载运行
同步发电机的空载运行: 即电枢电流为零时的运行情况。 空载时电机磁场由励磁电流产生。 左下图为4极直流电机磁路的一部分。整个主磁路分气隙、电枢齿、电枢磁轭、主磁 极及定子磁轭五个组成部分；漏磁路不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定 子铁轭形成闭合回路。
空载时直流电机内的磁场
同步电机的 基本结构
第六篇 同步电机
同步发电 机的运行 原理
20.1 同步电机的基本结构
旋转电枢式
同步电机
旋转磁极式
隐极式：细长 凸极式：短粗
(a) 凸极式
(b) 隐极式
1-定子； 2-凸极转子；3-隐极转子；4-滑环
20.2 同步电机的运行状态和励磁方式
20.3 同步电机的冷却方式
1. 空气冷却 空气冷却主要采用内扇式轴向和径向混合通风系统，适用于容量为50MW以下的汽轮 发电机。 2. 氢气冷却 氢气冷却的效果明显优于空气冷却，在汽轮发电机中被广泛应用，并从外冷式发展为 内冷式，应用中注意防漏和防爆问题。 3.水冷却 水的冷却效果优于氢气。主要方式为内冷式，并且以定子绕组内冷的应用为多，但面 临泄露和积垢堵塞问题。
1. 运行状态 同步电机运行状态，取决于定子合成磁场与转子主极磁场之间的夹角，即功率
角δ 发电机——转子主极磁场超前于定子合成磁场，δ>0, 把机械能转换为电能 电动机——转子主极磁场滞后于定子合成磁场，δ<0, 把电能转换为机械能 补偿机——转子主极磁场轴线与定子合成磁场轴线重合，δ=0, 没有有功功率的转换，只发出或吸收无功功率。
21.1 同步发电机的空载运行
同步发电机的空载运行: 即电枢电流为零时的运行情况。 空载时电机磁场由励磁电流产生。 左下图为4极直流电机磁路的一部分。整个主磁路分气隙、电枢齿、电枢磁轭、主磁 极及定子磁轭五个组成部分；漏磁路不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定 子铁轭形成闭合回路。
空载时直流电机内的磁场
同步电机的 基本结构
第六篇 同步电机
同步发电 机的运行 原理
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。
电机学-三相交流绕组
F 1 0 .9 a I 2 q 2 a p 1N q k q 1 ky 1 0 .9 Ip N 1k N 1
绕组系数:
kN1 kq1ky1
• 单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦分布脉振磁势，磁 势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。
f1F1c整理o 课件 c sost
§7-3 单相绕组的磁势
整理课件
§7-3 园形旋转磁势
• F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度 速ω旋转，转速为：
1 60f n160pf p (r/min) • 单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相 反的园形旋转磁势。
整理课件
§7-4 三相基波磁势合成旋转磁势
ia 2I cos t • 三相对称电流： ib 2I cos( t -1200 )
y1
为多匝线圈和单匝线圈。
与线圈相关的概念包括： 有效边；端部；线圈节距等
节距Y1（跨槽数）—— 一个线圈的两个线圈边之间沿电枢气隙圆周上的跨距称为节距，用
y 1 表示。节距可用长度单位表示，常用槽数表示。
整理课件
第六章 三相交流绕组基本概念
• 单层绕组一个槽中只放一个元件边； • 双层绕组一个槽中放两个元件边。
•分析思路
1）双层整距绕组可以等 效为两个整距单层绕组
2）两个等效单层绕组在空 间分布上错开一定的角度， 这个角度等于短距角；
3）双层短距绕组的磁势
等于错开一个短距角的两
个单层绕组的磁势在空间
叠加。
kq1qFqF c11 q ssiniq2 n
F1 2Fq1
sin2 2si2n
2 整理课件
2
§7-2 （2）双层短距绕组的磁势
F0或 F0
每极合成磁动势幅值大小为： F 1 2 3 F 1 2 3 0 .9 Ip N 1k N 1 1 .3I5 p N 1k N 1
绕组系数:
kN1 kq1ky1
• 单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦分布脉振磁势，磁 势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。
f1F1c整理o 课件 c sost
§7-3 单相绕组的磁势
整理课件
§7-3 园形旋转磁势
• F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度 速ω旋转，转速为：
1 60f n160pf p (r/min) • 单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相 反的园形旋转磁势。
整理课件
§7-4 三相基波磁势合成旋转磁势
ia 2I cos t • 三相对称电流： ib 2I cos( t -1200 )
y1
为多匝线圈和单匝线圈。
与线圈相关的概念包括： 有效边；端部；线圈节距等
节距Y1（跨槽数）—— 一个线圈的两个线圈边之间沿电枢气隙圆周上的跨距称为节距，用
y 1 表示。节距可用长度单位表示，常用槽数表示。
整理课件
第六章 三相交流绕组基本概念
• 单层绕组一个槽中只放一个元件边； • 双层绕组一个槽中放两个元件边。
•分析思路
1）双层整距绕组可以等 效为两个整距单层绕组
2）两个等效单层绕组在空 间分布上错开一定的角度， 这个角度等于短距角；
3）双层短距绕组的磁势
等于错开一个短距角的两
个单层绕组的磁势在空间
叠加。
kq1qFqF c11 q ssiniq2 n
F1 2Fq1
sin2 2si2n
2 整理课件
2
§7-2 （2）双层短距绕组的磁势
F0或 F0
每极合成磁动势幅值大小为： F 1 2 3 F 1 2 3 0 .9 Ip N 1k N 1 1 .3I5 p N 1k N 1
电机学讲义
具有相当强的理论性（基础性）和实践性（技术性）
内容：绪论～第六章 同步电机 考核： 出勤 15 平时 15 实验 25 期末 40 其它 5
Yanshan University
第六章
同步电机的稳态分析
同步电机的特点：稳态运行时，转子转速与电网频率之间具 有固定不变的关系，即 同步电机主要用作发电机。现代发电站中的交流发电机几乎 都是同步发电机。 也可以用在不需要调速的大型电动机和改善电力系统供电性 能的同步补偿机。 1.同步电机的基本结构、运行状态 2.空载和负载时同步发电机的磁势和磁场 3.同步发电机的基本方程、等效电路、功率和 本章 转矩方程 主要内容 4.分析同步发电机运行特性和与电网的并联 5.同步电动机和同步补偿机 Yanshan University 6.同步发电机的不对称运行
Yanshan University
Yanshan University
二、同步电机的运行状态 稳态情况下，定子产生的气 隙旋转磁场和转子绕组通过 直流产生的转子磁极之间一 直保持相对静止。 它们之间相互作用产生电磁 转矩，进行能量转换。 电动机——把电能转换为机械能
补偿机——没有有功功率的转换， 只发出或吸收无功功率 发电机——把机械能转换为电能
相量图和等效电路图
Yanshan University
6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图
凸极同步电机的气隙沿电枢圆周是不均匀的。因此做定量 分析时常采用双反应理论。 一、双反应理论 凸极同步电机的气隙是不均匀的，极面下气隙较小， 两极之间气隙较大，故直轴下单位面积的气隙磁导 要比交轴下单位面积的气隙磁导 大很多。 当正弦分布的电枢磁动势作用在直轴上时，由于 较 大，故在一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值 相对较大，而交轴基波磁场幅值 将明显较小。
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。
电机学(辜承林)第6章 同步电机
6.8 特殊用途的同步电机...................................................................................................352 6.8.1 磁阻同步电动机.................................................................................................352 6.8.2 磁滞同步电动机.................................................................................................354 6.8.3 反应式步进电动机.............................................................................................356
同步电机主要用作发电机，世界上的电力几乎全都由同步发电机发出。同步电机也作电 动机运行，其特点是可以通过调节励磁电流来改变功率因数。正因为如此，同步电动机有一 种特殊运行方式，即接于电网作空载运行，称之为调相机，专门用于电网的无功补偿，以提 高功率因数，改善供电性能。
设产生定子侧旋转磁场的交流电流的频率为 f，电机的极对数为 p，则同步电机转速 n 与
电流频率 f 和极对数 p 的基本关系为
n = 60 f
(6.1)
p
我国规定交流电网的标准工作频率(简称工频)为 50Hz，即同步速与极对数成反比，最 高为 3000r/min，对应于 p=1。极对数愈多，转速愈低。
第六章 同步电机...............................
同步电机主要用作发电机，世界上的电力几乎全都由同步发电机发出。同步电机也作电 动机运行，其特点是可以通过调节励磁电流来改变功率因数。正因为如此，同步电动机有一 种特殊运行方式，即接于电网作空载运行，称之为调相机，专门用于电网的无功补偿，以提 高功率因数，改善供电性能。
设产生定子侧旋转磁场的交流电流的频率为 f，电机的极对数为 p，则同步电机转速 n 与
电流频率 f 和极对数 p 的基本关系为
n = 60 f
(6.1)
p
我国规定交流电网的标准工作频率(简称工频)为 50Hz，即同步速与极对数成反比，最 高为 3000r/min，对应于 p=1。极对数愈多，转速愈低。
第六章 同步电机...............................
电机学第6章同步电机
0
C
d轴
900
Fa
S
X
N
电枢反应性质：
Ff
B轴
A B
既有交轴,还有直轴 去磁电枢反应
Z
C轴
此种情况下
I Id Iq
I d I sin ---直轴分量 I d 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
00 900 d、q
轴
F ad F aq
交轴直 削弱 轴去磁 交轴直 增强 轴助磁
下降 下降 R、L 下降 上升 R、C
900 00 d、q
轴
F ad F aq
6.3 隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路 隐极(Cylindrical-rotor)发电机的电磁过程: 不考虑磁饱和
转子
汽轮发电机结构
返回
汽轮发电机结构
定子铁心
返回
汽轮发电机结构
国产200MW汽轮发电机定子
汽轮发电机结构
国产200MW汽轮发电机定子铁心
汽轮发电机结构
返回
汽轮发电机结构
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
汽轮发电机结构
返回
汽轮发电机结构
国产300MW汽轮发电机
汽轮发电机结构
0
f
空载时电磁关系：
If
Ff
Φ fσ Φ
0
E0
E0 0
气隙线
空载电动势 E0大小：
C
d轴
900
Fa
S
X
N
电枢反应性质：
Ff
B轴
A B
既有交轴,还有直轴 去磁电枢反应
Z
C轴
此种情况下
I Id Iq
I d I sin ---直轴分量 I d 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
00 900 d、q
轴
F ad F aq
交轴直 削弱 轴去磁 交轴直 增强 轴助磁
下降 下降 R、L 下降 上升 R、C
900 00 d、q
轴
F ad F aq
6.3 隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路 隐极(Cylindrical-rotor)发电机的电磁过程: 不考虑磁饱和
转子
汽轮发电机结构
返回
汽轮发电机结构
定子铁心
返回
汽轮发电机结构
国产200MW汽轮发电机定子
汽轮发电机结构
国产200MW汽轮发电机定子铁心
汽轮发电机结构
返回
汽轮发电机结构
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
汽轮发电机结构
返回
汽轮发电机结构
国产300MW汽轮发电机
汽轮发电机结构
0
f
空载时电磁关系：
If
Ff
Φ fσ Φ
0
E0
E0 0
气隙线
空载电动势 E0大小：
电机学同步电机 全套课件
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47
48
49
50
51
52
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55
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+ 画在同一坐标平面上的时间相量图和空
间矢量图称为时空矢量图。 + 参考轴的选取是任意的。但一般
– – – – – 把相绕组轴线作为空间矢量参考轴 时间相量： E , , I ,U 令时间相量参考轴与空间矢量参考轴重合 空间矢量： F, B 相绕组轴线－相轴； 转子绕组轴线－直轴； 相轴，交轴 时轴 与直轴正交（90度电角度）－交轴 定义为内功率因数角。
66
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电枢反应的性质（内功率因数角
0 ）
与 与 同方向， 同方向 相矢图中，按参考轴设 定，有： F F f 0 a a
f1
0
ff
Ff F f 1
x
最大幅值 Ff 之比为 k f， 称为电机的励磁磁动势波 形系数，即
f1
大齿
kf
Ff 1 Ff
42
43
凸极同步电机的绕组式集中
绕组，它所产生的磁动势是矩形 Ff 波，幅值为 ， 基波分量的振幅为 4
Ff 1
Ff
4 励磁磁动势的波形系数 kf
44
45
式中： 0 为每极的主磁通量
36
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38
39
40
41
f
隐极式同步电机的转子绕组为分布绕组， 在每极下有一个大齿和若干个小齿，转子磁 If Ff I f N f 动势的空间分布波形为阶梯波形，如下图所 Nf 示，幅值为 （其中 为励磁电流， 定义磁极磁动势的基波分 为励磁绕组的每极匝数） f 量振幅 F 与实际磁动势
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
电机学-同步电机的基本知识和结构ppt课件
➢水轮发电机
转子
特点：转速低，转轴短粗，为凸极式转子。 作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。
定子
特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。 作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
同步电机工作时必须供给励磁绕组直流电流，以便建立励磁磁场。 提供直流的电源及附属设备统称为励磁系统。获得励磁电流的方 法称为励磁方式。
励磁系统的形式很多，按照励磁系统和发电机的关系，可分为他 励式(separately excited)和自励式(self-excited)两类。
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
一、他励式励磁系统 他励式励磁系统主要有下列几种。 1．直流励磁机励磁系统
if
If
L
Rf
A
K
～G V
同步电动机：PN是指轴上输出的有效机械功率，也用千瓦(kW) 或兆瓦(MW)来表示。对于同步调相机，则用线端的额定无功 功率来表示其容量。以千乏(kVAR)或兆乏(MVAR)为单位。
同步电机的基本知识和结构
§7-5 同步电机的额定值
➢额定电压UN 指在额定运行时电机定子三相线电压，单位为伏(V)或千伏(kV)。
Y
C
Y
C
A
.N
S
XA
n1
Z
B
Z
横截面图 凸极式
N
S
X
.n1
B
隐极式
同步电机的基本知识和结构
§7-2 同步电机的基本工作原理
➢同步发电机
作为发电机运行时，用一原动机拖动转
子旋转，转子励磁绕组中通入直流电，
Y
从而在气隙中产生一旋转的磁场，该磁
电机学课件第6章 同步电机
，整体或低碳钢片迭成。
直流励磁绕组
:
同心式绕组或集中绕组
。
电刷和集电环
同步电机又分为隐极式和凸极式两种。
N
+
S
N
SS
+
N
隐极式
转子圆柱形，气隙均匀，转子机 械强度高，励磁绕组固定容易。
适合于高速发电机
凸极式
有明显的凸出的磁极，气 隙不均匀，制作简单。
适合于低速发电机
汽轮发电机 由汽轮机驱动的同步发电机
• 极对数多
•采用凸极结构
• 转子粗而短
D2 5 ~ 7 L2
• 励磁绕组为集中绕组
• 立式结构
• 阻尼绕组
阻尼绕组的结构与笼型感应电机的转子的笼型绕组相似。
阻尼绕组的作用作用 同步发电机中：抑制转子机械振荡 同步电动机和同步补偿机中：起动绕组 与感应电机一样同步电机定转子极数应相同。
二、同步电机的运行状态 同步电机有发电机、电动机、补偿机三种运行状态。 运行状态取决于磁场的相对位置
• 额定电压UN 单位为kV • 额定电流IN 单位为A, kA
• 额定频率 f N 单位为Hz • 额定功率因数 cos N
• 额定转速n N 单位为r/min • 额定温升θN • 额定励磁电流和电压 IfN 、UfN
6.2 同步发电机的空载磁场和电枢反应
一、空载运行
ns If I=0
1.空载磁场——主磁场
第六章 同步电机
同步电机转子转速是常值且与同步速相等，与负载的大 小无关。
n ns
60 f p
(r/ min)
同步电机主要用作发电机，也可以用作电动机和补偿机。
同步发电机的稳态对称运行 主要内容 同步电动机和调相机
第六章 同步电机.ppt
对于凸极电机，电机圆周气隙变化很大 ，而电枢磁势随负载大小变化，其幅值
大小、和空间位置是变化的；产生的磁密波形是不断变化的，将使气隙磁场发生
畸变 ，磁势关系难以用磁密关系、磁通关系进一步用电势关系分析。
为解决凸极电机电枢磁势对气隙磁场的影响，（Blondel）提出“双反应”理
论：不考虑饱和，将电枢磁势分解为直轴分量和交轴分量，然后分别求出直轴
E、 0 90 （滞后）： 电枢反应性质既有交磁又有直轴（d轴）助磁。
第 六章同步电机
电机学 华侨大学电气工程与自动化系
‹#›页
（2）凸极电机的双反应理论
势关对系F隐a进产极行生电分电机析枢而。磁言场，B因a 所电对机应圆的周气气隙隙磁均阻匀一，样转，子因磁此势两F磁f 产势生的空关载系磁可场用BfB、f 、电B枢a 的磁
汽轮发电机运行现场
水轮发电机组装现场 第 六章同步电机
电机学 华侨大学电气工程与自动化系
‹#›页
（一）定子
一、同步电机的基本结构
三相对称绕组与异步机并无多大区别，如第四章所述。起输入或输出电功率，并 产生旋转磁场。同样结构上包含导磁的定子铁芯、导电的三相绕组、机座和端盖。
（二）转子
1、凸极：有明显磁极如图
考虑数值和相位则有： Ea jIxa
第 六章同步电机
电机学 华侨大学电气工程与自动化系
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凸极：应用双反应理论，类似上面可同样分析有：
Ead jId xad
Eaq jIq xaq
（2）电枢漏电抗
Ead ad Fad Fad I d
（交轴，不在转子励磁处即直轴位置，不能利用
电机学 华侨大学电气工程与自动化系
‹#›页
§1 三相同步电机
12电机学-同步电机
凸极式同步电机 隐极式同步电机
School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University
2、同步电机结构
定子铁心内圆均匀分 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。
转子铁心装有制成一定形 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
School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University
二、励磁形式
概念
励磁方式——同步电机获取直流励磁电 流的方式 励磁系统——供结励磁电流的整个系统， 包括装置和线路
励磁机 励磁调节器（手动、自动） 灭磁装置
School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University
• 励磁绕组建立起主磁场 ; • 原动机拖动转子旋转, 励磁 磁场随轴一起旋转并顺次切 割定子各相绕组 ; • 电枢绕组三相对称交变电势。 通过引出线，输出交流电 。
运行方式：发电机，电动机，调相机。
School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University
§6-1 同步电机结构和工作原理
一、同步电机结构： 1、按磁极的安装位置分类：
旋转电枢式——电枢装设在转子上，主磁极装 设在定子上 旋转磁极式——主磁极装设在转子上，电枢装 设在定子上
School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University
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2、同步电机结构
定子铁心内圆均匀分 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。
转子铁心装有制成一定形 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
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二、励磁形式
概念
励磁方式——同步电机获取直流励磁电 流的方式 励磁系统——供结励磁电流的整个系统， 包括装置和线路
励磁机 励磁调节器（手动、自动） 灭磁装置
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• 励磁绕组建立起主磁场 ; • 原动机拖动转子旋转, 励磁 磁场随轴一起旋转并顺次切 割定子各相绕组 ; • 电枢绕组三相对称交变电势。 通过引出线，输出交流电 。
运行方式：发电机，电动机，调相机。
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§6-1 同步电机结构和工作原理
一、同步电机结构： 1、按磁极的安装位置分类：
旋转电枢式——电枢装设在转子上，主磁极装 设在定子上 旋转磁极式——主磁极装设在转子上，电枢装 设在定子上
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p m ec
P1
p Fe p ad
Pem
p cu1
P2
PemP2pcu1 P1pmec pFe pad
1功率和转矩平衡方程
电磁功率方程
P1
Pem P2 pcu1
p m ec
p Fe p ad
p cu1
Pem
P2
mUIcosmI2Ra
m I(UcosIRa)
mEIcosi
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不饱和的隐极电机
2功角特性
P e m m U Iqc o s m U Idsin
IqUsin/Xq Id(E 0U cos)/X d
P emm E 0U X sd inm U 22(X 1qX 1d)sin2
2功角特性
P emm E 0U X sd inm U 22(X 1qX 1d)sin2
励磁（基本）电磁功率
1.1电磁功率方程
E0 EQ
Id X d
IX q
Id X q
E 0 U IR ajIdX djIqX q
EUIRajIX
jIq X q
jIX
E
IR
U
Iq
i
I
Id
E cosi
不饱和的凸极电机
1.1电磁功率方程
E0 EQ
Id X d
E cosi EQ cos [E0 (Id Xd Id Xq)]cos
3.1有功功率调节 （1）发电机并入电网但不输出有功功率时
➢ 原动机输入的功率恰好补偿各种损耗，θ=0，Pem=0 。
➢ 可能E0>U而有电流输出，但是无功电流，即只有直轴 分量Id，而没有交轴分量Iq 。
3.1有功功率调节 （2）增加原动机输入功率P1 ➢ 增大输入转矩T1，使T1>T0，则转轴上就会出现剩余转矩
凸极（附加/磁阻）电磁功率
2功角特性
隐极同步电机
Xq Xd
P emm E 0U X sd inm U 22(X 1qX 1d)sin2
励磁（基本）电磁功率
0
2功角特性
隐极同步电机
Pem
mE0Usin
Xt
2功角特性
凸极同步电机
Pem
m
E0U sin
Xd
m U 2 ( 1 1 ) sin 2
2 Xq Xd
P e m m E 0 Ic o s m Id Iq (X d X q )
jIq X q
E jIX
IR a
U
Iq
i
I
Id
E cosi
1.2转矩平衡方程
p m ec
p Fe p ad
p cu1
P1
Pem
P2
P emP 1(p m ecpfep a d)
等式两端同除以转子机械角速度
Tem T1 T0
2.2功角特性
2功角特性
P1
p m ec
p Fe p ad
p cu1
Pem
P2
P e m P 2 p c u 1 m U Ic o s m I2 R a
忽略电枢 绕组铜耗
P emP 2m U Icos
2功角特性
P emm U Icosm U Icos() m U Icoscosm U Isinsin
2功角特性 凸极同步电机
P emm E 0U X sd inm U 22(X 1qX 1d)sin2
没有励磁电流，甚至于没有励磁绕组情况下，能通过磁阻功率实施机电能量转换，这是凸 极同步电机独有的运行特点。
2功角特性
相同条件下： ➢ 凸极电机的最大电磁功率大于隐极电机 ➢ 凸极电机最大电磁功率对应的功率角小于90度
E U
i
2功角特性
i
功率角θ：可近似认为是Ff和Bδ之间的空间相角差 即主磁极轴线和气隙合成磁场轴线之间的夹角
2功角特性
转子主极轴线超前气隙合成磁场轴线θi角，则磁通从主极发出后向后扭斜，产生的切向电磁力使转子受到一 个制动的电磁转矩，它与原动机的驱动转矩相平衡，从而将转轴输入的机械能转换为定子绕组输出的电能， 实现机电能量转换。 θi=θ称为功率角
➢ 转子瞬时加速，并使发电机的励磁磁动势Ff开始超前于气隙 合成磁场Bδ
3.1有功功率调节 （2）增加原动机输入功率P1
➢ 励磁电动势E0就会超前于电机端电压亦即电网电压U一个θ角
➢ Pem>0，发电机开始向电网输出有功电流，即出现交轴分量Iq，从而转 子会受到相应的电磁转矩Tem的制动作用
1.1电磁功率方程
E 0 U IR ajIX jIX a
EUIRajIX
Ecosi E0cos
E jIX
i
不饱和的隐极电机
1.1电磁功率方程
PemmEIcosi
Ecosi E0cos
PemmE0Icos
1.1电磁功率方程
PemmEIcosi
隐极电机
PemmE0Icos
E jIX
i
不饱和的凸极电机
电机学同步电机第六章第7 讲
上讲内容
电压调整率和额定励磁磁势的求法 同步发电机稳态参数的测定 同步发电机的并联运行 功率关系
同步发电机的并联运行
并联的条件 并联的方法
本讲内容
电磁功率方程、转矩平衡方程 功角特性 有功功率调节和静态稳定 无功功率调节和V形曲线
功率流程
1功率和转矩平衡方程
2功角特性
P emm E 0U X sd inm U 22(X 1qX 1d)sin2
只有当交轴电流分量不等于零，功率角才不等于零，电机才有电磁功率产生。
交轴电枢反应是电机实施机电能量转换的基本条件
3有功功率调节和静态稳定 3.1有功功率调节
• 以隐极电机为例 • 不计饱和影响，忽略电枢电阻 • 视电网为“无穷大电网”，即U和f保持恒定
Iq
Id
P e m m U Iqc o s m U Idsin
2功角特性
P e m m U Iqc o s m U Idsin
IqXq Usin
Iq Usin/Xq
2功角特性
P e m m U Iqc o s m U Idsin
IdXdE0Ucos
Id(E 0U cos)/X d
2功角特性 电磁功率与功率角之间的关系
功率角？
2.1 功率角
2功角特性
励磁电动势和电压之间的夹角，用θ表示。
θ物理意义是什么？
2功角特性 内功率角：励磁电动势和气隙合成电动势之间的夹角，用θi表示。 内功率角θi又表示励磁磁动势和气隙合成磁动势之间的夹角。
2功角特性
EUIRajIX
忽略电阻和漏抗压降
IX q
Id X q
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Iq
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不饱和的凸极电机
1.1电磁功率方程
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1功率和转矩平衡方程
电磁功率方程
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不饱和的隐极电机
2功角特性
P e m m U Iqc o s m U Idsin
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2功角特性
P emm E 0U X sd inm U 22(X 1qX 1d)sin2
励磁（基本）电磁功率
1.1电磁功率方程
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不饱和的凸极电机
1.1电磁功率方程
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3.1有功功率调节 （1）发电机并入电网但不输出有功功率时
➢ 原动机输入的功率恰好补偿各种损耗，θ=0，Pem=0 。
➢ 可能E0>U而有电流输出，但是无功电流，即只有直轴 分量Id，而没有交轴分量Iq 。
3.1有功功率调节 （2）增加原动机输入功率P1 ➢ 增大输入转矩T1，使T1>T0，则转轴上就会出现剩余转矩
凸极（附加/磁阻）电磁功率
2功角特性
隐极同步电机
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P emm E 0U X sd inm U 22(X 1qX 1d)sin2
励磁（基本）电磁功率
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隐极同步电机
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凸极同步电机
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1.2转矩平衡方程
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等式两端同除以转子机械角速度
Tem T1 T0
2.2功角特性
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忽略电枢 绕组铜耗
P emP 2m U Icos
2功角特性
P emm U Icosm U Icos() m U Icoscosm U Isinsin
2功角特性 凸极同步电机
P emm E 0U X sd inm U 22(X 1qX 1d)sin2
没有励磁电流，甚至于没有励磁绕组情况下，能通过磁阻功率实施机电能量转换，这是凸 极同步电机独有的运行特点。
2功角特性
相同条件下： ➢ 凸极电机的最大电磁功率大于隐极电机 ➢ 凸极电机最大电磁功率对应的功率角小于90度
E U
i
2功角特性
i
功率角θ：可近似认为是Ff和Bδ之间的空间相角差 即主磁极轴线和气隙合成磁场轴线之间的夹角
2功角特性
转子主极轴线超前气隙合成磁场轴线θi角，则磁通从主极发出后向后扭斜，产生的切向电磁力使转子受到一 个制动的电磁转矩，它与原动机的驱动转矩相平衡，从而将转轴输入的机械能转换为定子绕组输出的电能， 实现机电能量转换。 θi=θ称为功率角
➢ 转子瞬时加速，并使发电机的励磁磁动势Ff开始超前于气隙 合成磁场Bδ
3.1有功功率调节 （2）增加原动机输入功率P1
➢ 励磁电动势E0就会超前于电机端电压亦即电网电压U一个θ角
➢ Pem>0，发电机开始向电网输出有功电流，即出现交轴分量Iq，从而转 子会受到相应的电磁转矩Tem的制动作用
1.1电磁功率方程
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不饱和的隐极电机
1.1电磁功率方程
PemmEIcosi
Ecosi E0cos
PemmE0Icos
1.1电磁功率方程
PemmEIcosi
隐极电机
PemmE0Icos
E jIX
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不饱和的凸极电机
电机学同步电机第六章第7 讲
上讲内容
电压调整率和额定励磁磁势的求法 同步发电机稳态参数的测定 同步发电机的并联运行 功率关系
同步发电机的并联运行
并联的条件 并联的方法
本讲内容
电磁功率方程、转矩平衡方程 功角特性 有功功率调节和静态稳定 无功功率调节和V形曲线
功率流程
1功率和转矩平衡方程
2功角特性
P emm E 0U X sd inm U 22(X 1qX 1d)sin2
只有当交轴电流分量不等于零，功率角才不等于零，电机才有电磁功率产生。
交轴电枢反应是电机实施机电能量转换的基本条件
3有功功率调节和静态稳定 3.1有功功率调节
• 以隐极电机为例 • 不计饱和影响，忽略电枢电阻 • 视电网为“无穷大电网”，即U和f保持恒定
Iq
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P e m m U Iqc o s m U Idsin
2功角特性
P e m m U Iqc o s m U Idsin
IqXq Usin
Iq Usin/Xq
2功角特性
P e m m U Iqc o s m U Idsin
IdXdE0Ucos
Id(E 0U cos)/X d
2功角特性 电磁功率与功率角之间的关系
功率角？
2.1 功率角
2功角特性
励磁电动势和电压之间的夹角，用θ表示。
θ物理意义是什么？
2功角特性 内功率角：励磁电动势和气隙合成电动势之间的夹角，用θi表示。 内功率角θi又表示励磁磁动势和气隙合成磁动势之间的夹角。
2功角特性
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忽略电阻和漏抗压降
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不饱和的凸极电机
1.1电磁功率方程
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