第五章 同步电机 电机学原理
同步电机原理
同步电机原理
同步电机是通过电磁场的作用使转子与电磁场同步转动的电动机。
它的转速与电源频率保持恒定，通过调节电源频率可以改变电机的转速。
同步电机的工作原理基于磁场作用力和转子磁场相互作用。
当电机通电时，定子绕组产生的磁场会诱导转子内部产生磁场，使得转子与定子的磁场相互作用。
由于转子与定子磁场的相互作用，使得转子受到一定的作用力，从而开始旋转。
当转子和定子的磁场达到同步状态时，转子就能够稳定地与电磁场同步转动。
同步电机的转速取决于电源的频率，通常以每分钟转数（rpm）表示。
当电源的频率增加时，转子的速度也会相应增加；反之，当电源频率减小时，转子的速度也会减小。
这种关系是由电磁感应定律决定的，即电源频率的改变会影响磁场的变化速度，从而影响到转子的旋转速度。
同步电机具有稳定的转速和较高的效率，常用于要求稳定转速的应用，如时钟、计时器等。
此外，同步电机还广泛应用于工业生产中的压缩机、风机、泵等设备，以及轨道交通系统中的列车牵引、供电等方面。
同步电动机的工作原理
同步电动机的工作原理同步电动机是一种常见的交流电动机，它的工作原理基于电磁感应和同步转子的特性。
在工业和家用设备中广泛应用，例如风力发电机、水泵、空调和电动车等。
同步电动机的工作原理可以分为两个部分，电磁感应和同步转子。
首先，让我们来了解电磁感应的原理。
根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动时，就会在导体两端产生感应电动势。
这就是电磁感应的基本原理。
在同步电动机中，通过交流电源产生的交变磁场，使得定子绕组中产生感应电动势，从而产生电流。
这些电流在定子绕组中形成旋转磁场，进而推动转子转动。
接下来，让我们来了解同步转子的特性。
同步转子是由永磁体或感应绕组构成的，它的特点是转速与旋转磁场的频率完全同步。
这意味着当同步电动机的定子绕组中产生的旋转磁场的频率与转子的同步转速匹配时，转子就会跟随旋转磁场的旋转而旋转。
这就是同步电动机的工作原理。
在实际应用中，同步电动机通常需要外部的激励磁场，以确保转子能够与旋转磁场同步。
这可以通过永磁体或直流电源来实现。
当外部激励磁场与定子绕组中的旋转磁场相互作用时，转子就会保持同步转动。
同步电动机的工作原理还涉及到一些重要的参数，例如极数、同步转子的同步转速和定子绕组的频率。
极数决定了同步电动机的转速，而同步转子的同步转速取决于交流电源的频率。
定子绕组的频率则是由电源的频率确定的。
这些参数之间的关系对于同步电动机的设计和应用非常重要。
总的来说，同步电动机的工作原理基于电磁感应和同步转子的特性。
通过交变磁场在定子绕组中产生感应电动势，形成旋转磁场，进而推动同步转子转动。
外部的激励磁场确保转子能够与旋转磁场同步。
这些原理和参数的相互作用决定了同步电动机的性能和应用范围。
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理同步电机是一种由交流电源驱动的电动机，其工作原理基于电磁感应和电机的转子与磁场的同步运动。
同步电机的构造和感应电机类似，由定子和转子组成。
定子是由绕组和磁场产生元件组成，而转子是由导体形成的，通常是绕成圆环或细长棒状。
定子绕组由若干个相同的线圈构成，每个线圈都在一定角度上相连，形成形状类似于多边形的闭环。
定子的绕线被连接到交流电源，产生的磁场经过转子，使其产生旋转。
同步电机的工作基于电磁感应的原理。
当电源通电时，由于电流的流动，定子线圈会产生磁场。
由于绕组被连接到交流电源，因此磁场会随着电源的频率而变化。
此时，转子的导体会感受到定子磁场的作用，并产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，导体中产生的感应电动势会使电流通过导体，并产生磁场。
这个磁场会与定子的磁场相互作用，并且由于电源的频率，转子的磁场会随着时间的变化而旋转。
由于定子和转子磁场的相互作用，同步电机的转子会与定子的磁场同步旋转。
它的旋转速度是由交流电源频率的倍数决定的，因此同步电机的转速是固定的。
如果电源的频率改变，同步电机的转速也会相应改变。
这个转子速度与定子磁场之间的同步关系使得同步电机具有很高的效率和较低的转速波动。
同步电机常常用于需要精确控制转速的应用中。
为了实现同步电机的正常运行，还需要一种叫做励磁的技术。
励磁是指施加于同步电机的磁场，用于形成定子和转子之间的同步关系。
通常励磁有两种方式：直流励磁和交流励磁。
直流励磁是通过在定子上施加恒定的直流电流来产生磁场，而交流励磁是通过在定子线圈上通电来产生磁场。
励磁的作用是使转子与定子的磁场同步，并确保同步电机的正常运行。
总的来说，同步电机的工作原理是基于电磁感应和磁场的作用。
电源产生交流电流，使得绕在定子上的线圈产生磁场。
磁场通过转子，感应导体产生感应电动势。
这个感应电动势产生的磁场与定子磁场相互作用，使得转子与定子的磁场同步旋转。
励磁技术用于确保同步电机的磁场与转轴的同步关系，从而使其能够稳定工作。
同步电动机原理
同步电动机原理
同步电动机是一种根据电磁原理工作的电机，其工作原理是利用电磁感应现象。
当三相交流电通过定子绕组时，会在定子中形成一个由电流产生的旋转磁场，这个磁场的旋转速度正好与电源频率相关。
同时，在转子中也存在一个磁场，其旋转速度由定子磁场的旋转速度决定。
在正常运行时，两个磁场会保持同步运动，使得转子旋转与定子磁场的旋转速度相同。
这样，转子就会随着定子磁场的旋转而旋转，达到同步转速。
当转子达到同步转速时，同步电动机的运行就稳定了。
同步电动机的同步转速与电源频率和极对数有关，可以通过改变电源频率或改变转子极对数来控制同步电动机的转速。
同时，同步电动机还具有良好的功率因数，可以在运行过程中自动调整，提高电能的利用效率。
总之，同步电动机的工作原理是利用定子与转子之间形成的旋转磁场，使得转子能够同步运动。
通过控制电源频率或转子极对数，可以实现对同步电动机的转速控制。
同步电动机原理
同步电动机原理
同步电动机是一种交流电动机，其工作原理基于电磁感应和电磁力学原理。
当同步电动机接通电源后，电流在定子绕组中形成旋转磁场，该磁场的旋转速度取决于电源的频率和定子绕组的极数。
同时，转子内部也存在着一个磁场，这个磁场是由直流电源或恒流源提供的，该磁场的极数与定子绕组的极数相同。
当定子旋转磁场的速度与转子磁场的速度相等时，转子开始跟随定子旋转，这时同步电动机达到同步转速。
如果定子旋转速度改变，转子则会失去同步，这时同步电动机进入滑差状态。
在同步电动机工作的过程中，由于转子磁场的存在，转子会在旋转过程中受到电磁力的作用，这个电磁力称为拉力。
拉力的大小取决于定子磁场和转子磁场之间的相对位置和大小，当相对位置发生变化时，拉力的大小也随之改变。
由于这个拉力的存在，同步电动机可以产生较大的启动转矩和运行转矩，因此被广泛应用于各种工业领域。
同步电机的工作原理及应用
同步电机的工作原理及应用1. 同步电机的概述同步电机是一种将旋转磁场与电动机的转子转速同步的电动机。
它通过控制电源的频率和相位来实现稳定的工作,适用于多种应用领域。
2. 同步电机的工作原理同步电机采用磁通相互作用原理实现旋转。
当电流通过定子绕组时，会在定子上产生旋转磁场，而转子上的永磁体或电磁体则会受到这个旋转磁场的作用而旋转。
3. 同步电机的分类同步电机可以分为永磁同步电机和感应同步电机两种类型。
3.1 永磁同步电机永磁同步电机是指转子上带有永磁体的同步电机。
其转子磁场与定子磁场同步，通过调整电源频率和相位，可以实现对电机的转速控制。
3.2 感应同步电机感应同步电机是指转子上没有永磁体，而是通过感应磁场的方式来实现同步。
感应同步电机需要外加磁场激励，通常通过外部提供的励磁电流来实现转子的同步旋转。
4. 同步电机的应用同步电机由于其高效率、高功率因数和良好的控制性能，在工业领域有着广泛的应用。
4.1 工业驱动同步电机常用于工业驱动系统，包括压缩机、泵、风机、机床等。
其稳定的转速和精确的控制能力使其特别适合需要稳定输出转矩和精确控制转速的应用。
4.2 交通运输同步电机广泛应用于轨道交通系统，包括电动列车、城市轨道交通等。
同步电机在交通运输中具有高效率和快速响应的特点，能够提供稳定而可靠的动力。
4.3 可再生能源同步电机在可再生能源领域也有重要的应用，如风力发电机和水力发电机。
同步电机能够通过控制转子转速来匹配风力或水力资源的变化，从而提高能源的利用效率。
5. 同步电机的优势和局限性同步电机具有以下优势： - 高效率：同步电机由于无刷子结构和磁体转子的设计，具有较高的效率。
- 高功率因数：同步电机具有较高的功率因数，使得电源能够更有效地提供电能。
- 精确控制：同步电机的控制性能较好，可以实现精确的转速和转矩控制。
然而，同步电机也有一些局限性：- 同步电机较复杂：同步电机的结构较复杂，需要较高的工程设计和制造成本。
同步电机的的工作原理
同步电机的的工作原理
同步电机是一种通过电磁感应原理来产生转矩和转速的电动机。
它的主要工作原理是利用电流通过电磁线圈所产生的磁场与永磁体或其他电磁线圈的磁场相互作用，从而实现转动。
具体来说，同步电机中通常包含一个定子和一个转子。
定子是由若干个电磁线圈组成，当通电时会产生一个旋转磁场。
转子则是由永磁体或另一个电磁线圈组成，它的磁场与定子的旋转磁场相互作用。
当定子的电流通过线圈时，产生的磁场会使得转子磁场受到引力或斥力，从而使转子开始旋转。
由于定子的磁场是以固定的频率旋转的，所以转子会以相同的频率进行同步旋转。
这样，通过不断改变定子的电流，可以控制同步电机的转速。
需要注意的是，同步电机需要外部提供一个交流电源来驱动，因为它是通过交流电源的频率来保持同步的。
同时，转子的磁场也会受到定子磁场的作用，使得同步电机在运行时需要保持一定的载荷才能正常工作。
总的来说，同步电机是通过定子和转子之间的磁场相互作用来实现转动的。
通过控制定子的电流，可以改变转速。
由于其高效率和稳定性，同步电机广泛应用于许多工业领域。
同步电机的的工作原理
同步电机的的工作原理
同步电机的工作原理是基于电磁感应原理。
当通过电流流过定子绕组时，产生的磁场会与转子上的永磁体磁场相互作用，从而使得转子开始旋转。
根据电磁感应定律，当磁场改变时，会产生感应电动势，这个感应电动势会引起电流在定子绕组中的流动，进而产生磁场。
这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使得转子继续旋转。
因此，通过交流电源向定子绕组提供电流，同步电机能够保持转速与电源频率的同步。
同步电机的旋转速度由电源频率决定，因此也称为频率控制同步电机。
同步电机的转速与电网（交流电源）频率之间存在一定的比例关系，通常以极数来表示。
同步电机还可以通过调整励磁电流来实现转速调节。
当调整励磁电流时，可以改变转子上的磁场强度，从而改变同步电机的转速。
需要注意的是，同步电机在启动时无法自行启动，其转子必须与电源的频率和相序同步。
而在运行过程中，若失去同步，转子将会停止旋转。
因此，同步电机通常需要通过其他装置（例如变频器）来控制电源频率和相序，以确保正常启动和稳定运行。
总结来说，同步电机的工作原理是通过电流在定子绕组中产生磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使得转子旋转，并通过电源频率和相序来保持转速与电源同步。
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理同步电机是一种常见的交流电机，其工作原理是利用交流电的频率和磁场的作用来产生旋转力，从而驱动机械设备运转。
在工业和家用电器中广泛应用，如风扇、空调、洗衣机等。
下面将详细介绍同步电机的工作原理。
1. 磁场的产生。
同步电机中通常有一个定子和一个转子。
定子上有一组绕组，通常是三相交流绕组，通过外部电源供电，产生旋转磁场。
而转子上通常有一组永磁体或者由直流电源供电的励磁绕组，产生一个恒定的磁场。
这两个磁场之间的相互作用是同步电机能够正常工作的基础。
2. 磁场的作用。
当定子绕组通电后，产生的旋转磁场会与转子上的恒定磁场相互作用，产生一个旋转力。
这个力会使得转子跟随着旋转磁场的变化而旋转，从而驱动机械设备进行工作。
这就是同步电机产生旋转力的基本原理。
3. 同步速度。
同步电机的转速是由供电频率决定的，通常情况下，同步电机的转速是与供电频率成正比的。
例如，如果供电频率是50Hz，那么同步电机的转速就是3000转/分钟。
这也是为什么同步电机的转速是固定的原因。
4. 同步现象。
同步电机之所以称为同步电机，是因为其转子的转速是与供电频率同步的。
也就是说，当供电频率保持不变时，同步电机的转子转速也会保持不变。
这种现象称为同步现象，是同步电机独特的特点之一。
5. 调速原理。
虽然同步电机的转速是固定的，但是可以通过改变供电频率来改变其转速。
当供电频率增加时，同步电机的转速也会增加；反之，当供电频率减小时，同步电机的转速也会减小。
这就是同步电机的调速原理，通过改变供电频率来实现转速的调节。
6. 同步电机的优点。
同步电机具有结构简单、运行可靠、效率高、功率因数高等优点。
因此在工业和家用电器中得到了广泛的应用。
同时，同步电机还具有较大的起动转矩和较好的恒转矩特性，适用于一些需要较大启动力和稳定转矩输出的场合。
总结，同步电机的工作原理是利用交流电的频率和磁场的作用来产生旋转力，从而驱动机械设备运转。
通过定子和转子之间的磁场相互作用，实现了同步电机的正常工作。
同步电机工作原理详细
同步电机工作原理详细
同步电机是一种依靠交流电源供电并与电源频率同步转动的电动机。
它的工作原理可以被分为电磁感应原理和磁通作用原理两个方面。
一、电磁感应原理：
同步电机主要由定子和转子两部分组成。
定子通常由三个对称分布的绕组组成，分别称为A相、B相和C相绕组。
当三个
相绕组接通交流电源后，它们就会在定子上产生旋转磁场。
转子上有一组磁极，通常是通过直流电源提供励磁电流来产生磁场。
由于定子旋转磁场的作用，转子控制电流与定子旋转磁场互相作用，导致转子开始自动旋转。
二、磁通作用原理：
同步电机的转子上的磁场受到定子旋转磁场的吸引力，这是通过磁通作用来实现的。
当转子开始转动后，磁通在转子上产生感应电动势，这个感应电动势导致了转子中的感应电流。
这个感应电流会产生新的磁场，这个磁场与定子旋转磁场相互作用，最终导致转子转动与定子旋转磁场保持同步。
同步电机的工作原理可以简单归纳为：定子产生旋转磁场，励磁转子形成磁场，定子旋转磁场与转子磁场相互作用导致转子旋转，并与定子旋转磁场保持同步。
需要注意的是，同步电机只能在特定的频率下正常工作，这个频率通常与电源供电的频率相同。
如果电源频率发生变化，同步电机可能会失去同步，导致无法正常工作。
因此，在同步电机的应用中，电源频率的稳定性非常重要。
同时，由于同步电机的控制较为复杂，所以在一些应用中，比如家用电器，通常采用异步电机来替代同步电机。
同步电机的工作原理
同步机电的工作原理同步机电是一种特殊的交流机电，它的工作原理与其他类型的机电有所不同。
本文将详细介绍同步机电的工作原理，包括其结构、工作方式和特点。
一、结构同步机电的结构包括定子和转子两部份。
定子通常由三相绕组组成，而转子则由磁极和磁极齿组成。
定子绕组产生的磁场与转子上的磁极齿产生的磁场相互作用，从而驱动转子旋转。
二、工作方式同步机电的工作方式可以分为两种：同步运行和异步运行。
1. 同步运行在同步运行时，定子绕组的电流与电源的频率彻底同步。
定子绕组产生的磁场与转子上的磁极齿的磁场彻底同步，导致转子与定子的旋转速度保持一致。
这种同步运行使得同步机电能够精确控制转速和角度，适合于一些需要精确控制的应用，如电力系统中的发机电。
2. 异步运行在异步运行时，定子绕组的电流与电源的频率不彻底同步。
这种情况下，转子与定子的旋转速度会有一定的差异，称为滑差。
滑差的存在使得同步机电能够产生一定的转矩，适合于一些需要启动和驱动负载的应用，如工业生产中的泵和风扇。
三、特点同步机电具有以下几个特点：1. 高效率：同步机电的效率通常较高，能够将大部份的电能转化为机械能。
2. 精确控制：同步机电能够精确控制转速和角度，适合于需要高精度控制的应用。
3. 启动难点：同步机电在启动时需要外部的启动装置来匡助其达到同步速度，否则无法正常工作。
4. 高成本：同步机电的创造成本较高，相对于其他类型的机电而言较为昂贵。
四、应用领域同步机电在许多领域都有广泛的应用，包括：1. 电力系统：同步机电作为发机电使用，能够将机械能转化为电能，为电力系统提供稳定的电源。
2. 工业生产：同步机电常用于驱动泵、风扇、压缩机等设备，提供动力支持。
3. 交通运输：同步机电在电动汽车、高铁、电动船舶等交通工具中被广泛应用，提供动力驱动。
4. 医疗设备：同步机电在医疗设备中的应用越来越广泛，如医用手术器械、医用影像设备等。
总结：同步机电是一种特殊的交流机电，其工作原理与其他类型的机电有所不同。
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理同步电机是一种常见的电动机类型，其工作原理是基于电磁感应和磁场相互作用的原理。
同步电机主要由定子、转子和励磁系统组成。
1. 定子：同步电机的定子是由三相绕组组成的，通常为星型连接或三角形连接。
定子绕组通过三相交流电源供电，产生旋转磁场。
2. 转子：同步电机的转子是由磁极和磁铁组成的。
磁极通常由硅钢片制成，用于集中磁场，并提供磁通路径。
磁铁则用于产生磁场。
3. 励磁系统：同步电机的励磁系统用于激励转子产生磁场。
励磁系统可以是直流励磁或交流励磁。
直流励磁通过直流电源提供电流，产生恒定的磁场。
交流励磁通过交流电源提供电流，产生可调节的磁场。
当同步电机通电后，定子绕组中的电流产生旋转磁场，该磁场与转子的磁场相互作用，使转子跟随旋转磁场进行同步旋转。
转子的磁场由励磁系统提供，其频率与定子电流的频率相同。
同步电机的工作原理可以通过以下步骤来描述：1. 三相交流电源将电流供给定子绕组，产生旋转磁场。
2. 励磁系统提供磁场，使转子与旋转磁场相互作用。
3. 转子受到旋转磁场的作用，跟随旋转磁场进行同步旋转。
4. 转子的旋转产生机械功，将电能转化为机械能。
5. 同步电机通过轴承和机械传动装置将机械功传递给负载。
同步电机具有以下特点：1. 同步性：同步电机的转速与供电频率成正比，称为同步速度。
当同步电机的负载变化时，转速会保持不变。
2. 高效性：同步电机的效率通常较高，特别适用于大功率应用。
3. 稳定性：同步电机的转速稳定，不受负载变化的影响。
4. 同步电机的起动需要外部助力，如起动电机或其他起动装置。
同步电机广泛应用于工业领域，如电力系统、压缩机、泵和风力发电等。
其高效性和稳定性使其成为许多应用的首选电动机类型。
总结：同步电机的工作原理是基于电磁感应和磁场相互作用的原理。
通过定子绕组产生旋转磁场，与转子的磁场相互作用，使转子跟随旋转磁场进行同步旋转。
同步电机具有同步性、高效性和稳定性等特点，在工业领域有广泛的应用。
同步电机工作原理
空载电动势 前电枢电流
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
滞后 空载电动势 E 0 电枢电流 I 900
F f 与 Fa 之间夹 角为 90 0
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
Φ ad Φ
aq
E ad E
则电动势平衡方程
E0 U IRa jId Xd jIq Xq
X d --直轴同步电抗 X q --交轴同步电抗
相序：由转子的转向决定。
第６章
同步电机
U1
发电机的物理过 程可用图示表示
W2
n
N
V2
V1
S
U2
W1
旋转示意图1 旋转示意图2
第６章
同步电机
Байду номын сангаас
二、同步电机的分类 按运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。 按结构型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。
旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。
第６章
同步电机
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：
Φ f Φ 0
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理同步电机是一种电能转换设备，其主要运用于高精度、高效率的工业自动化系统以及高端家用电器中。
那么，同步电机是如何工作的呢？在本文中，我们将会对其工作原理进行详细探讨。
首先，同步电机是一种特殊的交流电机，其转子与电网的频率同步运转。
具体而言，同步电机的转速和电网的电源频率是成正比的，通常在50Hz或60Hz电源下运转，另外还有一些设备可以在其它频率下工作，例如在航空航天领域中使用的400Hz电源。
由于同步电机的转速与电网同步，所以该电机的稳定性很高，且可以实现高效率。
同步电机主要由固定部分（即定子）和旋转部分（即转子）两部分组成。
定子是由一组定子线圈（电磁铁）和铁芯组成的，而转子是由一组透磁的材料，如硅钢片，以及封装了电磁线圈的木板或铁芯制成。
在运转时，定子线圈产生旋转磁场，然后通过转子产生感应电流，进而形成转子与旋转磁场的相互作用，最终实现同步运转。
同步电机的运转和电磁铁的原理非常相似，电磁铁在通电后会产生磁场，而同步电机的定子线圈产生更为复杂的磁场。
如果在电源上加入交变电压，就可以激活定子线圈并产生磁场。
这个磁场的极性会随着电源电压的变化而反向。
线圈上的磁场最终形成一个平均值为零的旋转磁场。
定子的磁场会激活转子上的电磁线圈，或称作极，进而产生相应的磁场。
该磁场会与定子的磁场连接并旋转，从而实现同步运转。
这时，转子上的极性会随着旋转磁场的改变而反向。
这个过程将不断循环，从而使同步电机始终在电网频率下同步…当与电网相连接的同步电动机转速的偏差增加时，该设备不再同步。
例如，如果负载突然增加，该电动机的转速会降低。
此时，与其相连的设备会将转速偏差反馈至控制器来进行纠偏，并根据实际转速逐步提高转矩以同步网络。
这是一种被称为“闭环控制”的技术，它使同步电机非常实用，尤其是在需要进行高精度的工作条件下。
最后，需要注意的是，同步电机具有一定的启动难度。
由于转子的转速已经与电网的频率同步，因此如果试图使其在未经任何控制的情况下从静止启动，则可能无法自行旋转。
同步电机的工作原理
同步机电的工作原理同步机电是一种常见的旋转机电，它的工作原理基于电磁感应和磁场的相互作用。
同步机电的主要特点是转速与电源频率同步，因此它通常用于需要精确控制转速的应用，如工业驱动系统、风力发电和电动车辆等。
同步机电的工作原理可以分为两个方面：磁场产生和转动力的产生。
首先，同步机电中的磁场产生是通过电磁感应实现的。
同步机电通常由一个定子和一个转子组成。
定子是由三个相互等间隔的绕组组成，每一个绕组都与一个电源相连。
当电源通电时，每一个绕组都会产生一个磁场。
这些磁场的方向和大小取决于电源的电流方向和大小。
在同步机电中，定子绕组的磁场是旋转的，因为它们与电源的交流电有关。
其次，同步机电中的转动力是通过磁场的相互作用实现的。
转子是由一个或者多个永磁体组成，它们的磁场与定子绕组的磁场相互作用。
当定子绕组的磁场旋转时，它会与转子磁场产生磁力的相互作用，从而使转子开始旋转。
这个磁力的大小和方向取决于定子绕组和转子磁场之间的相对位置和磁场强度。
同步机电的转速与电源频率直接相关。
在理想情况下，同步机电的转速等于电源频率乘以60除以极对数。
例如，当电源频率为50赫兹，极对数为2时，同步机电的转速为3000转/分钟。
这是因为同步机电的磁场旋转速度与电源频率同步，所以转速是固定的。
然而，在实际应用中，同步机电的转速可能会有一些差异。
这是由于负载的影响、电源波动和机械损耗等因素引起的。
为了实现精确的转速控制，通常需要使用控制器来调整电源频率或者改变负载。
总结一下，同步机电的工作原理是基于电磁感应和磁场的相互作用。
它通过定子绕组产生旋转磁场，然后与转子的磁场相互作用，从而产生转动力。
同步机电的转速与电源频率同步，但在实际应用中可能会有一些差异。
了解同步机电的工作原理对于理解其应用和进行相应的控制非常重要。
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理
同步电机是一种用于控制动力输出的电动机，是一种电机中最具广泛应用的一种，常用于调节和控制风机、水泵、空调机组以及各种传动应用。
同步电机的工作原理基于一种叫做“狭义的电磁同步”的原理，其基本原理是当某一电流经过一个有磁环的磁体时会产生一些同步
电动作用，而当电流经过另一个有磁环的磁体时会产生另一个同步电动作用，当两个有磁环的磁体的磁场在相同的方向时将产生一个同步电动作用，这种同步电动作用将使得电机输出的动力与其电流的频率一致。
基于这个原理，同步电机的特点是它可以很好地控制电机的输出动力，并能根据改变的频率而自动调节转速，使之能每次输出相同的动力，从而使应用的动力稳定。
另外，除了提供恒定动力输出外，同步电机还具有高精度控制的特性，可以用于控制复杂的机械系统中的转速。
在某些应用中，同步电机还可以替代传统的电机，从而提高效率和减少耗能。
- 1 -。
同步电机工作原理
定子和转子是同步电动机的两个基本组成部分。
定子由机座、定子铁芯和三相绕组组成。
转子为电极，其铁芯上绕有励磁绕组，采用直流励磁。
转子按其结构，有显极式和隐极式两种。
定子静止不动，可直接与外电路连接，因此小仅绝缘较为可靠，而且结构简单。
转子在空间转动，为了将励磁电流引入励磁绕组，必须装有电刷和滑环。
同步电动机必须采取一定的方法（如异步起动法）才能起动起来。
同步电动机工作时，定子的三相绕组中通入三相对称电流，转子的励磁绕组通入直流电流。
在定子三相对称绕组中通入三相交变电流时，将在气隙中产生旋转磁场。
在转子励磁绕组中通入直流电流时，将产生极性恒定的静止磁场。
若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等，转子磁场因受定子磁场磁拉力作用而随定子旋转磁场同步旋转，即转子以等同于旋转磁场的速度、方向旋转，这就是同步电动机的基本工作原理。
定子旋转磁场与转子的速度为，称为同步转速。
它的大小只决定于电源频率的大小和定、转子的极对数p，不会因负载变化而改变。
定子旋转磁场或转子的旋转方向决定于通入定子绕组的三相电流相序，改变其相序即可改变同步电动机的旋转方向。
常用的同步电动机启动方法为辅助电动机启动法、异步启动法、变频启动法。
启动时，先将同步电动机加速到接近同步转速，然后再通入励磁电流，依靠同步电机定、转子磁场的磁拉力而产生电磁转矩，把转子牵入同步。
同步电动机启动分两个阶段：异步启动和牵入同步。
采用以上两种启动方法启动时，转子绕组不能直接短接、也不能开路，应串接一定阻值（通常为转子绕组电阻值的5～10倍）的电阻后可靠闭合，以防止启动失败或损坏转子绕组的绝缘。
采用变频启动法可以实现平滑起动，变频启动法的应用越来越广泛。
启动时，先在转子绕组中通入直流励磁电流，借助变频器逐步升高加在定子上的电源频率，使转子磁极在开始启动时就与旋转磁场建立起稳定的磁拉力而同步旋转并在启动过程中同步增速，一直增速到额定转速值。
同步电动机的原理同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。
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根据发送电机的向量图 所示： E 0 U jXsI U XsIsin jXsIcos 230 78 j104 308 j104 32518.6 V 即空载电动势为 325V ，功率角为 。 18.6
退 出
例：一台三相Y形连接的隐极同步发电机，每相电抗 为2欧姆，每相电阻为0.1欧姆，当容量为500kvA， cosφ=0.8（滞后）时，端电压为2300v，求气隙磁场在 一相绕组中产生的电动势。
（1）机械特性
转速与负载转矩之间的关系。 n=f（M） 由于同步电动机转速恒定不随转 矩而变，这种特性成为绝对硬特 性，即恒转速特性。是同步电动 机的基本特性。 n n0
M
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（2）工作特性
指同步电动机外加电压、励磁电流为常数时电磁转矩、定 子电流、功率因数、效率、和输出机械功率P2之间的关系曲 线。
转子的电 流 同步电机 转子中通入电流 异步电动机 转子不通入电流，而是自动感 生出电流。
受力方式
转子速度
磁场异性相吸产 生吸力转动
转子转速与磁场 转速相等故称同 步。n=n0=60f/p
通过电磁转矩拖动
转子转速与磁场转速不相等。 n0=60f/p，n不等于n0。
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3、三相同步电动机的运行特性
U E jIXs IR I
-36.870
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2、三相同步发电机的特性 （1）空载特性
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空载特性曲线的校正
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空载试验还可检验励磁系统的工作情况，电枢绕 组连接是否正确。
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（2）外特性
在额定同步转速、励磁电流和负载功率因数不变下， 定子绕组的端电压和定子电流之间的关系。
5.2 控制电机
控制电机是实现控制信号的变换和传递，在自动控 制系统中作执行元件和信号元件，体积功率均较小， 要求有高精度、高灵敏度、高可靠性。而普通电机则 着重于机电能量转换，称为动力电机。 种类：伺服电动机、测速发电机、步进电动机、微型 同步电动机、自整角机、旋转变压器等。
退 出
5.1.3三相同步电动机
1、工作原理
• 定子绕组星形或三角形连接，通 入三相交流电产生旋转磁场。转 速为： n 6 0 f 0 p • 转子绕组通入直流励磁电流产生 转子磁场。 • 两磁场异性磁极相吸。 • 定子磁场吸引转子同方向等速度 旋转。转子轴上的负载转矩须小于 同步电机定子转子间吸引力产生的 转矩。 • 转子的转向与异步电动机一 样取决于定子磁场的旋转方向 与励磁绕组电流无关。 退 出
n n1 I f C cos C U f ( I ) 当负载分别为电容性、电阻性、电感性负载时， 该特性曲线不同（p120），这是因为电枢回路中的 阻抗压降及电枢反应的不同影响造成的。
作为发电机的端电压变化越小越好，用电压调整 率表示。其中U0是空载时的端电压，UN是额定电压。
U0 U N U % 100% UN
UL 2300 解：相电压U 1327.9V 3 3 S 500 103 相电流I 125.5 A） （ 3U L 3 2300
arccos0.8 36.87
设U U0 1327.9 0 V） （
I I 125.5 36.87 A） （
当定子绕组与负载相连，电枢绕组中通过电流即 进入负载运行状态。
转子绕组 产 生 的 磁 场 定子绕组 E0 产生旋转磁场Φ0
假设负载对称 I 三相对 0
称交流电
n0
Φa电枢磁场， 转速为n0
60f 60 pn n p p 60
Ea
所以Φa与转子相对静止，它们总是同步在空间旋转， 同步电机的名称由此而来。 电机中少量的漏磁通
退 出
额定容量S N 3U相 I相； 输出有功功率 S N cos； 输出无功功率 S N sin； 额定电压：线电压 L； U 额定电流：线电流 ； I SN SN 当Y形连接时，额定电流 3U相 3U L SN SN 当形连接时，额定电流 3U 相 3U L
退 出
解：)转子磁极对数p 3, 旋转磁场转速为 (1 60f 60 50 n 1000r/min p 3 U L 400 (2)发电机绕组是Y形连接，相电压 U 230V 3 3 S 15 103 额定电流为：I 21.7A 3U L 3 400
A、转子绕组中通直流电，产生磁场Φ0 B、原动机拖动转子旋转，产生旋转磁场，该磁场 沿气隙按正弦规律分布，定子绕组内磁通发生变 化产生感应电动势，也按正弦规律变化。定子三 相绕组结构相同，空间分布相差120度，因此三相 绕组感应的电动势幅值、频率相同，相位相差120 度。
U E0 4.44fn 0
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5.1.1三相同步电机的基本结构
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同步电机结构模型
退 出
定子包括：定子铁心、三相绕组（又称电枢绕 组）、机座、端盖。
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转子部分：转子铁心、转子绕组、滑环和转轴。
转子有两种类型：凸极式、隐极式。 （1）凸极式：有明显的极，励磁绕组绕在铁 心上，可以是一对、两对，机械强度较低适 用于转速低的场合，但结构简单。
Xs为同步电抗包括 电枢反映感抗和电 枢漏感抗。 退 出
内阻抗
定子绕组端电压为： E - R a I E 0 R a jX S）I U （ R a 很小忽略，所以 E - R a I E 0 jX S I U
jXS
a
E0 U
E0
I
I
ab E 0 sin IXS cos bc E 0 cos U IXSsin
θ U φ c b
jX S I
3UE0 发电机的输出功率： 2 3UIcos P sin XS U，I分别为相电压，相电流 角为功率角。 ；
退 出
例5.1.1 某三相六极同步发电机的额定电压为 400v，额定容量为15kvA，频率为50Hz，同 步电抗Xs=6欧姆，功率因数为0.8（滞后）， 电枢绕组星形联接。试求：①转速；②每相 绕组的空载电动势和功率角。
η I I0 M0 M a：当P2=0时I0，M0为空载 电流和空载转矩。 b：随着P2增加I、M均增加 近似为一直线。 PN P2 c：效率先增加很快后缓慢。
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（3）功率因数的调节
输入功率： 1 3UICOS P 输出功率： 2 M P
忽略空载损耗：P1 P2 3UICOS M M ICOS ，当负载一定时，ICOS为常数。 3U 所以改变If I COS，可使电动机工作在三个状态 a：正常励磁 b：欠励磁，If 较小表现为感性负载，相位滞后 c：过励磁，If 较大表现为容性负载，相位超前
E
退 出
负载时定子中通以电流产生了电枢磁场，电 枢磁场使气隙磁场发生变化的作用称为电枢 反应。这时的气隙磁场是电枢磁场和转子磁 场合成的旋转磁场。
退 出
) 转子磁场 0 E 0空载电动势(每相定子绕组中产生 电枢磁场 a E a 反电动势 漏磁通 E 电枢绕组总的感应电动 势为： E E 0 E a E
第五章 同步电机及控制电机
5.1 同步电机
5.1.1 三相同步电机的基本结构 5.1.2 三相同步发电机 5.1.3 三相同步电动机
5.2 控制电机
5.2.1 控制电机概述 5.2.2 步进电动机
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5.1同步电机
同步电机主要用途：
• 主要作为发电机使用,工农业的交流电几乎全由同 步发电机发出。 • 作为电动机使用，在不要求调速的大功率生产机 械中使用较多。 • 作为同步补偿机使用（又称为调相机），专门向 电网发出感性和容性无功功率，满足电网对无功 功率的要求。
（3）当负荷突然减少时，强行减磁以限制发电机端 电压过度增高。
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励磁方式：
自励：二极管或晶闸管整流器将自身发出来的交流电整流后 送给励磁绕组。其中有三次谐波励磁方式，利用气隙磁场中 存在的三次谐波在定子绕组中感应出三次谐波电动势，经整 流后作为励磁电流。 它励：励磁电流取自于其他电源，一般有直流励磁机（常见 的有直流并励发电机）；交流励磁机。特点是励磁机只与原 动机有关，与外电网无直接关系，电网发生故障时不会影响 励磁系统。
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退 出
没有明显的极，转子为一圆柱体，工艺复杂， 机械强度高。
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两极汽轮发电机的转子剖面图
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5.1.2三相同步发电机
定子铁心 定子绕组
+
n
励磁绕组
励 磁 电 源
退 出
1、基本工作原理
（1）空载运行 定子三相绕组开路时即为空载运行状态。
式中 0 为一对磁极产生的主磁通，其大小可由If 调节，N为定子每相绕组匝数。 退 出
C、f为电动势的频率。
Pn f 60
HZ 频率表示每秒钟切割磁力线的次数。
P为转子磁极对数，n为转子转速（转/分），当n 不变时才有f不变。 当空载运行时只须克服摩擦、风阻及铁损等形式 的空载转矩。
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（2）负载运行
退 出
4、三相同步电动机的起动
无法自己起动，刚开始转子转速为零，旋转磁场旋转一周 转子平均受力为零，无法克服惯性。 三种起动方法： A：辅助电动机起动法:先选用一台异步电动机作为辅助电动机带 动主机转子接近同步转速使其作同步发电机运行，然后将主机联 入电网撤去辅机，主机自动进入电动机运行状态。缺点：设备多、 能耗大、操作复杂。
U -E E0 Ea E E0 jXa I jX I E0 jXsI
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