同步电机PPT课件
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《电机学同步电机》课件
同步电机的运行
1
同步电机的起动和饱和
解释同步电机的起动过程，包括对饱和现象的讨论。
2
同步电机与电源的同步性
探究同步电机与电源之间的同步性要求和影响因素。
3
同步电机的转速控制
探讨同步电机转速控制方法，包括定子电压和转子电流的控制。
同步电机的应用
同步电机在空调中的应用
讲解同步电机在空调系统中的作 用和优势。
《电机学同步电机》PPT课件
# 电机学同步电机PPT课件 ## 概述 - 什么是同步电机？ - 同步电机的工作原理 - 同分析永磁同步电机的内部组成和工作原理。
交流电动机的结构
讲解交流电动机的构造和工作原理。
同步电机的特点
介绍同步电机与其他电机的不同之处和特点。
同步电机在风机中的应用
介绍同步电机在风机系统中的应 用案例和效果。
同步电机在泵站中的应用
解释同步电机在水泵站系统中的 运行和应用场景。
同步电机的维护与保养
1
同步电机的检修
2
讲解同步电机故障排查和维修过程。
3
同步电机的保养
介绍同步电机的定期保养工作和注意事 项。
同步电机的故障排除
解决常见的同步电机故障问题，并提供 解决方案。
总结
同步电机的优缺点
分析同步电机的优点和局限性。
同步电机的发展趋势
探讨同步电机在未来的技术和市场发展趋势。
同步电机的未来发展前景
展望同步电机在工业和家用领域的未来应用和前景。
《同步发电机原理》课件
05
同步发电机的发展趋势与展望
高效、环保的同步发电机研究
高效能
随着技术的不断进步，同步发电机在 效率和能效方面取得了显著提升，未 来研究将进一步探索提高发电效率的 方法，降低能源损失。
环保设计
为应对全球气候变化和环境问题，同 步发电机将更加注重环保设计，减少 对环境的影响，如采用低碳材料、减 少噪音和振动等。
智能化的同步发电机控制技术
自动化和远程控制
通过引入先进的传感器和控制技术，实现同步发电机的自动化和远程控制，提 高运行稳定性和可靠性。
智能诊断和维护
利用大数据和人工智能技术，实现同步发电机的智能诊断和维护，及时发现潜 在问题，降低维护成本。
同步发电机在新能源领域的应用前景
可再生能源整合
随着可再生能源（如风能、太阳能）的普及，同步发电机将作为重要的能源转换 和调节设备，实现可再生能源的有效整合和利用。
《同步发电机原理》ppt课件
目 录
• 同步发电机概述 • 同步发电机的工作原理 • 同步发电机的特性 • 同步发电机的控制与保护 • 同步发电机的发展趋势与展望
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 在定子中产生三相交流电。
短路保护
当发电机发生短路故障 时，快速切断电源以保
护发电机不受损坏。
过载保护
当发电机过载运行时， 及时切断电源或降低负 荷，防止发电机过热损
坏。
欠压保护
当发电机电压过低时， 自动切断电源以防止发
电机受损。
过压保护
当发电机电压过高时， 自动切断电源或降低励 磁电流，以防止发电机
第3章三相同步电机ppt课件
大，铁心逐渐饱和，空 载 曲线弯 曲。
• 气隙线：不计铁心磁阻的空载 特性曲线。
• 空载特性是同步电机的一条基本 特性。
O
Ifo
If,
Ff
同步电机的空载特性
二、负载运行
空载时，同步电机的气隙磁场是由励磁磁动势所产生的主磁场B0。
E 0 A
接三相对称负载 E0B
E 0C
IA I - 0 IB I - 0 -120 0 IC I - 0 120 0
2、相量图
E0 U IRa jIX σ jIX a U IRa jIX s
a
0
900
0
I
E 0
E a
jIX a
E
E E0 Ea
0 a
U
IRa
jIX 0 — 内功率因数角 , I滞后E0 的角度 ； — 功率因数角 , I滞后U 的角度；
— 功率角 , U 滞后E0的角度 。
路径：气隙电枢齿
主磁通
电枢轭 磁极 极身 转子轭
作用：在三相绕组中感应
对称电动势
I f f 漏磁通
若主磁场B0 在气隙中正弦分布，且以同步速ns旋转，则在定
子绕组中产生对称三相电动势：
E 0 A E0 00 E 0B E0 -120 0 E 0C E0 120 0
空载电动势，激磁电动势
I
k (kw1N1 )2 a
二、考虑磁路饱和时
非线性，迭加原理不适用
Ff
F
B
E
Fa
• 已知磁动势F，由电机的空载
特曲线求得电动势E。
• 励磁磁动势在空间是梯形波，Ff 是其幅值，而电枢电动势在空间
是正弦波，Fa是基波磁动势的幅 值。为了利用空载特性，应把Fa 换算到励磁磁动势。
• 气隙线：不计铁心磁阻的空载 特性曲线。
• 空载特性是同步电机的一条基本 特性。
O
Ifo
If,
Ff
同步电机的空载特性
二、负载运行
空载时，同步电机的气隙磁场是由励磁磁动势所产生的主磁场B0。
E 0 A
接三相对称负载 E0B
E 0C
IA I - 0 IB I - 0 -120 0 IC I - 0 120 0
2、相量图
E0 U IRa jIX σ jIX a U IRa jIX s
a
0
900
0
I
E 0
E a
jIX a
E
E E0 Ea
0 a
U
IRa
jIX 0 — 内功率因数角 , I滞后E0 的角度 ； — 功率因数角 , I滞后U 的角度；
— 功率角 , U 滞后E0的角度 。
路径：气隙电枢齿
主磁通
电枢轭 磁极 极身 转子轭
作用：在三相绕组中感应
对称电动势
I f f 漏磁通
若主磁场B0 在气隙中正弦分布，且以同步速ns旋转，则在定
子绕组中产生对称三相电动势：
E 0 A E0 00 E 0B E0 -120 0 E 0C E0 120 0
空载电动势，激磁电动势
I
k (kw1N1 )2 a
二、考虑磁路饱和时
非线性，迭加原理不适用
Ff
F
B
E
Fa
• 已知磁动势F，由电机的空载
特曲线求得电动势E。
• 励磁磁动势在空间是梯形波，Ff 是其幅值，而电枢电动势在空间
是正弦波，Fa是基波磁动势的幅 值。为了利用空载特性，应把Fa 换算到励磁磁动势。
第十三章-同步电机的基本原理PPT课件
E a滞后 a9于 0 0 E a滞后 I9于 0 0
E a 可写成负电抗压降的形式：
Ea jIxa
x a 是对应电枢反应磁通的电抗，
称为电枢反应电抗。
x a 是一相的电抗值，在物理
意义上它综合反应了三相对称电流
产生的电枢反应磁场 B对a 于一相的
影响。
x a 的计算推导如下： 247页
Fa
1.35N1Kdp1 p
是线性叠加的关系。
F
可见：在饱和时：F E0E0 不饱和时： F E0E0
不考虑饱和时磁动势叠加、磁通叠加
转子磁极磁场 I f Ff 1 0 E0
电枢系统电流 I Fa
F
a Ea
E
合成气隙磁动势： F E
1、负载时不考虑饱和磁动势叠加
合成气隙磁动势： F Ff Fa
磁通叠加：
0a
2、电动势叠加
注意：电路中还存在同步电抗
xC
R
E 0
I
00 900 RL
1）三相对称电阻负载
00 900 F Ff1
F
F f 1
电枢反应为去磁
E 0
Fa
I
2）三相对称纯电容性负载；
xC
R
E 0
I
x xc x
2）三相对称纯电容性负载；
E 0
x xc
F
F f 1 Fa I
900
Fa 为直轴助磁磁动势
能从电流、电动势、磁动势等时间矢量间 的相位关系，直接求得电枢磁动势和励磁磁 动势等空间矢量间的相位关系。
由此可见，时—空矢量图是分析交流电机 的一个重要工具，必须很好地掌握。
例题：在下列情况下电枢反应是助磁还是去磁？
电机学课件同步电机结构ppt课件
曲线相似(成比例)
为磁路的磁化特性
1 c
一般将发电机的空载额定电压
设计于弯曲部分C点
0
10/2006 C.B.Zeng
d
If(Ff)
30
3.电机磁路的饱和系数
Ks
Ff0 F
ac ab
dn dc
(
Ks
1.1 ~ 1.25) E0 ( 0)
2 n
气隙线:将空载特性
ab
的直线部分延长得线
c
段2，称为气隙线。
设oa代表额定电压， 则 ac为产生额定电压所需
F
Ff0
0
gd
磁势:
Ff0 ac ab bc F FFe
10/2006 C.B.Zeng
1
31
Ff0 ac ab bc F FFe
ab=F：不计饱和时产生oa电压所需磁势，称为气隙磁势。
bc=FFe：由于饱和，使得产生 oa电压的磁势增大的部分，
电枢反应 概念：内功率因数角ψ 不同情况电枢反应分析
10/2006 C.B.Zeng
36
1、电枢反应的定义：
I f
F f
随转子旋转（n1) 基波F f 1(n1 ) E0
f1
Pn 60
接三相对称负载
或加三相对称电源 i三相对称，f1 电枢磁势Fa
大 转 转
小
速 向
Fa
1.35 WKW 1 P
亦如图示方向。此时A相
Fa 出现在A相轴线上。
F
1
d轴 Ff
B轴
q轴
A轴
Fa
Y
C
A
X
NS
Z n1 B
C轴
10/2006 C.B.Zeng
为磁路的磁化特性
1 c
一般将发电机的空载额定电压
设计于弯曲部分C点
0
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d
If(Ff)
30
3.电机磁路的饱和系数
Ks
Ff0 F
ac ab
dn dc
(
Ks
1.1 ~ 1.25) E0 ( 0)
2 n
气隙线:将空载特性
ab
的直线部分延长得线
c
段2，称为气隙线。
设oa代表额定电压， 则 ac为产生额定电压所需
F
Ff0
0
gd
磁势:
Ff0 ac ab bc F FFe
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1
31
Ff0 ac ab bc F FFe
ab=F：不计饱和时产生oa电压所需磁势，称为气隙磁势。
bc=FFe：由于饱和，使得产生 oa电压的磁势增大的部分，
电枢反应 概念：内功率因数角ψ 不同情况电枢反应分析
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1、电枢反应的定义：
I f
F f
随转子旋转（n1) 基波F f 1(n1 ) E0
f1
Pn 60
接三相对称负载
或加三相对称电源 i三相对称，f1 电枢磁势Fa
大 转 转
小
速 向
Fa
1.35 WKW 1 P
亦如图示方向。此时A相
Fa 出现在A相轴线上。
F
1
d轴 Ff
B轴
q轴
A轴
Fa
Y
C
A
X
NS
Z n1 B
C轴
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《同步电机》PPT课件
精选ppt
10
5、饱和系数： 饱和电机中E0一定时，气隙线
上的横坐标为气隙磁动势空载特性上的横坐标
为为励磁磁动势
饱和系数k=励磁磁动势/气隙磁动势=ac/ab= E0/UN
三、空载运行时空矢量图（见图6-7）
1、凸极机中： d轴-----直轴，转子磁极轴线
q轴-----交轴，N、S之间的中心线，与d轴垂直。
空载运行：原动机带动发电机在同步转速下运行,励磁（转子）绕组通过适 当的励磁电流,电枢（定子）绕组不带任何负载（开路）时的运行情况，称 为空载运行。
空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势Ff（励 磁磁势）单独建立，称励磁磁场。又经气隙与定子交链的磁通。为一以同步转 速旋转的旋转磁场，磁密波形沿气隙圆周近似作正弦分布，其基波分量的 每极磁通用0表示， 0参与电机的机电能量转换。
E0
3、 E0 = f(Ff)：改变If，可改变0 及E0，由此得空载特性曲线如图66。 空载特性与电机磁路的磁化曲线 具有类似的变化规律。
☆励磁电流较小时，由于磁通 较小，电机磁路没有饱和，空载特 性呈直线（将其延长后的射线称气 隙线）。
精选ppt 图6-6 空载特性曲线 9
随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，磁化曲线开始进入饱和段。为合理 利用材料，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处，如图中的c点。
2、时空矢量图（取定子绕组的时间参考轴即时轴与相轴重合）
Ff中的基波分量Ff1 (空间矢量）与由它产生的Bf1 (空间矢量）
☆空载特性可以通过计算或试验得到。试验测定的方法与直流发电机 类似。同步电机的空载特性也常用标么值表示，空载电势以额定电压为基 值，此时的励磁电流 (称为额定励磁电流)为励磁电流的基值。用标么值表 示的空载特性具有典型性，不论电机容量的大小，电压的高低，其空载特 性彼此非常接近。
第19章同步电动机.ppt
第19章 同步电动机
19-5 同步电动机的异步启动
• 电磁转矩T倾向于使转子逆 时钟转动；
• 定子磁场已转过180度，电 磁转矩T倾向于使转子顺时 钟转动。
• 定子磁场以同步速旋转，转
子上的力矩随时间以f =
50Hz作交变，平均转矩为 0。 • 同步电动机是不能自行起动 的。（1）定、转子磁场之 间相对运动速度很快；（2） 转子本身转动惯量的存在。
电动状态，功角δ <0
第19章 同步电动机
19.2、同步电动机的基本方程
按照发电机惯例，同步电动机可以看成是一台输出负的有功
功率的发电机，其电动势方程与发电机的方程相同，以隐极机为
例：
E0 U IRa jIX t
按照电动机惯例，把输出负电流看成是输入正电流即可，其 电动势方程：
隐极机：
U E0 IM Ra jIM X t
第19章 同步电动机
• 依次给C-C‘→A-A’→B-B‘相通电， 转子逆着励磁顺序以顺时钟方向 连续旋转；依次给B-B’ →AA‘→C-C’相通电，沿逆时钟方向 旋转。
• SR电动机的转向取决于相绕组通 电的顺序。
• 开关器件S1/S2导通时，A-A'相 绕组从直流电源Us吸收电能，而 当S1/S2关断时，绕组电流经续 流二极管D1/D2继续流通，并回 馈给电源Us。SR电动机具有再 生作用，系统效率高。
• 对凸极转子，转子上不装设励磁绕组，也会存 在电磁功率和对应的电磁转矩，其大小为
第19章 同步电动机
• 电磁转矩与功角δ的关系 是按(sin2δ)规律变化的。 空力载线情不况 发， 生扭TM弯≈。0，磁
• 负载，转子直轴落后于 定子旋转磁场轴线δ角， 这个磁场被扭歪了。磁 通具有使其所经路径的 磁阻为最小的性质，使 转子直轴方向与定子磁 场轴线取得一致, 同转向 TM ，和负载转矩平衡。
第六章 同步电机PPT课件
感应电动机增加负载以后，转速会下降，重新达到平衡。同步电动 机转速不下降，如何达到新的平衡？
电磁转矩的大小与两磁场夹角有关。
n1
N
N
N
N
S
S
S
S
N
N
S
S
N
N
N
S
N
真实的同步电动机，两个旋转磁场分别由真实的旋转磁极和三相对 称绕组中通入三相对称电流产生。即定子结构与感应电机完全一 致，转子磁极是由直流电励磁或永磁磁极。
不计饱和时，直流电机的交轴电枢反应是去磁还是助磁？计及饱和 呢？
不助磁也不去磁，去磁。
为什么不计饱和，同步电机的交轴电枢反应会助磁呢？
由于电刷和换向器的作用，使得电流的流向以电刷为分界，有效的 每极磁通中的“每极”所包含的范围是固定的，而同步电机则不是。
二、电枢电流滞后于励磁电动势一个锐角时的电枢反应
变换过程中，统一 时间相量是纽带。
将ABC坐标系中的正弦量，先变换成αβ坐标系下的量(Clarke变换 或3S/2S变换或3/2变换)，再变换成dq坐标系下的量(PARK变换或 3S/2r变换或同步旋转坐标变换），进行分析计算，最后得到的结 果再经过反变换，变换到ABC坐标系中的量。
直轴电枢电流对电磁转矩的贡献
Iq
Iq产生的磁动势是交轴磁动势，作用与前面一样。Id产生的是直轴 磁动势，是助磁还是去磁？
如果电枢电流的大小、频率不变，那么Id和Iq是正弦量还是一个固 定的常数（直流量）？ 常数（直流量）！ 三相对称正弦量每一相的瞬时值可以用一 个在复平面中恒速等幅旋转的统一时间相 量在三相参考轴上的投影来表示。
(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
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
同步电机PPT课件
2.功率因数可调: 如在一定的负载下，调节直流激磁电流 时， 可以引起定子电流的相位和大小发生变化，所以，同 步电动机的功率因数可以用调节激磁电流大小的方法来调 节。有时，同步电动机不带负载，专门用来改善电网的功 率因数，这样运行的同步电动机称为同步补偿机。
6
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。
2
1、同步电机结构
定子结构：
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，则 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， 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，异步机则有
接线：发电机定子绕组通常采用Y 形连接，减小 三次谐波影响。
电动机的电流： 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。
9
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：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 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＜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：同步发电机就变成了 同步电动机。
6
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。
2
1、同步电机结构
定子结构：
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，则 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， 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，异步机则有
接线：发电机定子绕组通常采用Y 形连接，减小 三次谐波影响。
电动机的电流： 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。
9
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：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 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＜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：同步发电机就变成了 同步电动机。
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隐极机：气隙均匀、结构牢固， 主要应用于汽轮发电机； 凸极机：气隙不均匀、结构简 单，主要应用于水轮发电机；
300MW水氢冷发电机结构
二、隐极同步发电机的结构
隐极同步发电机主要用于汽轮发电机，由转子与定子组 成。由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子只有一对 磁极，在额定转速每分钟3000转时输出50赫兹的三相交流电。
由于大型汽轮发电机转速高，转子磁极表面线速度达 150m/s以上，离心力很大，故转子直径不能过大，大型发电 机转子都为细长型。一般转子的L/D=2.5~6.5,容量愈大，比 值愈大。
1、定子部分 铁心：采用0.5mm厚 的硅钢片叠压而成。 作用是构成电机主 磁路。
绕组：采用多股导 线整体成型。作用 是产生电枢磁场并 感应电枢电动势。
国产200MW汽轮发电机定子
2、转子部分
转子铁芯与轴用高强 度高磁导率的合金钢 材整体制作，在转子 铁芯部分有一些轴向 与径向的孔隙，用来 通风冷却。作用构成 主磁路。
转子励磁绕组由多 个线圈组成，嵌放 在转子铁芯的槽中， 多个线圈串联起来 组成转子绕组，作 用通入直流电形成 主极磁场。
集电环
பைடு நூலகம்
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
第六章 同步电机
同步电机的特点是稳态运行时转速n与电网频率f之间具有 n=ns=60f/p的固定关系，与负载大小无关。同步电机主要用作 发电机，现代水电站、热电厂和核电站的交流发电机组几乎全 部都是同步发电机。
• 6.1 同步电机的基本结构和运行状态 • 6.2 同步发电机的空载运行 • 6.3 同步发电机的负载运行 • 6.4 同步发电机的功率方程和转矩方程 • 6.5 同步发电机的运行特性
1N 2
f if
Ff1 kfFf
2、三相对称感生电动势
当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一
个旋转磁场，它“切割”对称的三相定子绕组后，就会在定子
绕组内感应出一组频率为f1的对称三相电动势，称为激磁电动
势 。 E0
j 4.44f1Nkw 1 0,其中f1
pn
60
.
E 0A
3、冷却方式 大型发电机产生的热量很大，必须有强有力的冷却措施，主要 的冷却介质是氢气与水，也有用空气。
冷却水管
三、凸极同步发电机的结构
凸极同步发电机主要用作水轮发电机，水轮机的转速 都比较低，特别是立式水轮机，为了能发出50Hz的交流电，水 轮发电机采用多对磁极结构。
由于大型水轮发电机转速较低，为了避免水头变化引 起转速的改变，保持较高的转动惯量，并减少立式结构厂房的 高度，一般大型发电机转子都为粗扁型。一般转子的D/L=5~7, 容量愈大，比值愈大。
2、转子部分
同步电机的转子上 还常装有阻尼绕组。 阻尼绕组与笼型感 应电机转子的笼形 绕组结构相似，它 由插入主极极靴槽 中的铜条和两端的 端环焊成一个闭合 绕组
四、同步电机的运行状态
同步电机有三种运行状态：发电机、电动机和补偿机。发 电机把机械能转换为电能，电动机把电能转换为机械能，补偿 机中没有有功功率的转换，专门发出或吸收无功功率、调节电 网的功率因数。
旋旋转转磁电极枢式式
电刷、滑环
六、额定值
• 额定容量SN(或额定功率PN) —— 指额定运行时电机的输 出功率
• 额定电压UN ——指额定运行时电枢的线电压 • 额定电流IN ——指额定运行时电枢的线电流 • 额定功率因数cosΦ ——指额定运行时电机的功率因数
• 额定频率fN ——指额定运行时电枢的频率。我国标准工 频规定为50Hz
E 000
.
E 0B
E 01200
.
E 0C
E 0 1200
.
.
.
E 0A E 0B E 0C
一、空载时的电磁过程
原动机拖动
主极磁场Bf
旋转磁场
1、基波主极磁动势 隐极同步电机
主磁通 漏磁通
e0 E 0 4.44f1Nkw 10
思考：有感生电势吗？
Y
C
1
+A 1'
2
A
3
2'
X
3'
4
4'
2
Z
B
+A
0
2
Ff
Ff 1
3
2
凸极同步电机
Y
C
+A
A
z0
X
B
f+
A
0
Ff
• 额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，对同步电机 而言，即为同步转速
6.2 同步发电机的空载运行
空载运行：当原动机带动发电机在同步转速下运行，励磁 绕组通过适当的励磁电流，电枢绕组不带任何负载时（相 当于开路）的运行情况。
空载运行时气隙磁场仅仅由励磁电流If产生的主极磁场。
从图可见，主极磁通分成主 磁通Φ0和漏磁通Φfσ两部 分，前者通过气隙并与定子 绕组相交链，后者不通过气 隙，仅与励磁绕组相交链。 主磁通所经过的主磁路包括 空气隙、电枢齿、电枢轭、 磁极极身和转子轭等五部分
同步电机运行于哪一种状态．主要取决于气隙合成磁 场与转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角。
1、发电机状态： δ>0
气隙合成磁场
S
N
ns
No
主极
Te
So
主极
发电机状态时电磁转矩为制动性质，与原动机输入转矩平衡。
2、电动机状态： δ<0
S
ns
N
Te
No
So
电动机状态时电磁转矩为驱动性质，与负载转矩平衡。
• 同步发电机与电网的并联运行 • 6.7 同步发电机的三相突然短路
6.1同步电机的基本结构和运行状态
三种应用
同步发电机：主要应用为汽轮发电机和水轮发电机 同步电动机：转速恒定、能调节功率因数 同步调相机：用于提高功率因数
一、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（Salient-pole） 凸极式（Cylindrical-Rotor）