同步电机原理
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(2) 静止整流器励磁 交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组
(3) 旋转整流器励磁 交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组
旋转励磁，无电刷
带副励磁机的励磁系统 副励磁机 G
主励磁机 同步发电机
G
1.6 同步电机的冷却方式
随着单机容量的不断提高，大型同步电机的发 热和冷却问题日趋严重，冷却方式也不断改进。
同步电机的冷却方式主要有以下几种
空气冷却 氢气冷却 水冷却 超导发电机
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，损耗及发热量迅速增加，必须加强 通风或采用其他的冷却方式。
1）大型汽轮发电机往往用氢气冷却，但氢气与空气混 合后有爆炸危险，须保证外界空气不会渗入电机内部。
国产同步电动机的型号
1.8 同步电机的运行状态及用途
电动机——把电能转换为机械能
电动机
补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸
收无功功率
无功调节
发电机——把机械能转换为电能
发电
同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场
与转子主磁场之间的夹角θ， θ 称为功率角
S
n0
No
主极
Te
N So
主极
同
步
岭澳核电站发电机
2.同步电机原理
同步电机简单物理模型
对应于电网电压U 的合成磁势Fδ 对应于励磁电势E0的转子磁势Ff
热电厂
1 煤传送带 2 加煤机 3 粉碎机 4 锅炉 5 煤渣 6 空气预热器 7 静电除尘 8 烟囱 9 汽轮机 10 冷凝器 11变压器 12 冷却塔 13 发电机 14 输电线
大型汽轮机
大型汽轮机
立式
大型水轮机
卧式
小型同步发电机
GF1 系列单相柴油发电机组
同步电动机
新疆达坂城风力发电场
2）更大容量的发电机中，采用导线内部直接冷却。例 如采用空心导体，冷却介质直接在导体中流通而把热
量带走，冷却介质一般有氢气及水等。
1.7 同步电机的额定值
额定电压UN：电机额定运行时定子的线电压（V或kV） 额定电流IN：电机额定运行时定子的线电流（A）
额定功率因数cos N ：电机额定运行时的功率因数
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 高速旋转
①隐极同步电机结构实物图
大型汽轮发电机定子铁心槽
汽轮发电机完工后的定子
汽轮发电机转子加工
N
+
S
隐极式
②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。
60
三相对称电 枢电流 iabc
旋磁转动基势波Fa
n1
60 f p
百度文库
n n 1 (同步电机)
同步发电机结构示意
直流电机和同步电机
1.2 同步电机的基本结构
旋转结构
转枢式：电枢旋转 转场式：磁场旋转
结构形式
隐极式：气隙均匀 凸极式：气隙不均匀
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。
③阻尼绕组和转轴等。 ④护环、中心环、滑环和风扇等 阻尼绕组
同步电动机截面图
巨型水轮机机座
1.4 主要种类
(1) 按能量转换的方式不同：
同步发动机、同步电动机。
(2) 按相数的不同: 三相、单相。
(3) 按转子结构的不同：隐极式、凸极式。
3~
3~
+
N
×
－
S
+ －
·····
N S
× × × ×
发电机 电
S
N
机
的
n0
No
Te 0
三
So
种
补偿机 运
S
N
行
n0
Te
No
状
态
So 电动机
1.9 同步电机的应用
小浪底电站水轮机组安装
三峡电站首台机组安装
水力发电
火力发电厂
火力发电
电能输出
超热高压蒸汽
3 600 r/min
燃
升压变
烧
压器
室
发电机
汽轮机
燃 料
锅炉的 炉膛
循环水
电能的产生
悬式
装在转子上部，整个转子悬挂在机架上 运行稳定，适用于高水头电站
伞式
适用于转速低于150r/min的低水头电站 降低厂房高度，节约建材
1.5 同步电机的励磁方式
同步电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电 流，建立励磁磁场。将供给励磁电流的整个装置称为 励磁系统。
(1) 直流励磁机励磁 励磁绕组由小型直流发电机供电
额定效率ηN：电机额定运行时的效率 额定功率PN：电机额定运行时的输出功率（kW或MW）
对发电机为额定输出有功电功率
PN 3UNINcoN s
对电动机是轴上输出的额定机械功率
P N3U NINcosN N
额定转速nN：电机额定运行时的转速(r/min) 额定频率f (Hz) 额定励磁电流IfN(A) 额定励磁电压UfN(V)
同步电机
同步电机
1同步电机的结构及额定数据 2同步电机运行原理 3同步发电机的电磁关系和分析方法 4同步发电机运行特性 5同步发电机并联运行 6同步电动机 7同步电机不对称运行 8其他类型同步电机
1 同步电机的结构及额定数据
同步电机的工作原理 同步电机的基本结构 同步电机的主要部件 同步电机的主要种类 同步电机的励磁方式 同步电机的冷却方式 同步电机的额定值 同步电机的运行状态及用途 同步电机的应用
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。
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
N
S
S
+
N
凸极式
1.3 主要部件
①定子铁心： 由硅钢片叠成。
(1) 定子（电枢） ②定子绕组： 对称三相绕组。 ③机座和端盖等。
①转子铁心
(2) 转子
②励磁绕组： 工作时施加直流励磁。
×
(4) 按安装方式的不同：
卧式、立式。 (5) 按原动机的不同：
汽轮发电机、水轮发电机。
汽 发励 轮 电磁 机机机
励磁机
发电机 水轮机
安装结构
立式
低速、大型 大转子直径
卧式
中小型 电动机 调相机 高速 小转子直径 支撑：悬式、伞式
同步发电机的悬式和伞式结构
水轮发电机组转动部分 的能量和水流的推力， 总计可达数千吨， 全部由推力轴承支撑， 因此推力轴承十分关键。 按照推力轴承的位置：
1 同步电机的结构及额定数据
1.1 同步电机的工作原理
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
ea
随转子旋转 电枢感应 ea Emcost
N
角速度ω 电动势 ebEmcos(t120)
If
n
S
2 f
ec
eb
三相对称负 载运行时
p n ecEmcos(t120) f
(3) 旋转整流器励磁 交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组
旋转励磁，无电刷
带副励磁机的励磁系统 副励磁机 G
主励磁机 同步发电机
G
1.6 同步电机的冷却方式
随着单机容量的不断提高，大型同步电机的发 热和冷却问题日趋严重，冷却方式也不断改进。
同步电机的冷却方式主要有以下几种
空气冷却 氢气冷却 水冷却 超导发电机
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，损耗及发热量迅速增加，必须加强 通风或采用其他的冷却方式。
1）大型汽轮发电机往往用氢气冷却，但氢气与空气混 合后有爆炸危险，须保证外界空气不会渗入电机内部。
国产同步电动机的型号
1.8 同步电机的运行状态及用途
电动机——把电能转换为机械能
电动机
补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸
收无功功率
无功调节
发电机——把机械能转换为电能
发电
同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场
与转子主磁场之间的夹角θ， θ 称为功率角
S
n0
No
主极
Te
N So
主极
同
步
岭澳核电站发电机
2.同步电机原理
同步电机简单物理模型
对应于电网电压U 的合成磁势Fδ 对应于励磁电势E0的转子磁势Ff
热电厂
1 煤传送带 2 加煤机 3 粉碎机 4 锅炉 5 煤渣 6 空气预热器 7 静电除尘 8 烟囱 9 汽轮机 10 冷凝器 11变压器 12 冷却塔 13 发电机 14 输电线
大型汽轮机
大型汽轮机
立式
大型水轮机
卧式
小型同步发电机
GF1 系列单相柴油发电机组
同步电动机
新疆达坂城风力发电场
2）更大容量的发电机中，采用导线内部直接冷却。例 如采用空心导体，冷却介质直接在导体中流通而把热
量带走，冷却介质一般有氢气及水等。
1.7 同步电机的额定值
额定电压UN：电机额定运行时定子的线电压（V或kV） 额定电流IN：电机额定运行时定子的线电流（A）
额定功率因数cos N ：电机额定运行时的功率因数
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 高速旋转
①隐极同步电机结构实物图
大型汽轮发电机定子铁心槽
汽轮发电机完工后的定子
汽轮发电机转子加工
N
+
S
隐极式
②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。
60
三相对称电 枢电流 iabc
旋磁转动基势波Fa
n1
60 f p
百度文库
n n 1 (同步电机)
同步发电机结构示意
直流电机和同步电机
1.2 同步电机的基本结构
旋转结构
转枢式：电枢旋转 转场式：磁场旋转
结构形式
隐极式：气隙均匀 凸极式：气隙不均匀
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。
③阻尼绕组和转轴等。 ④护环、中心环、滑环和风扇等 阻尼绕组
同步电动机截面图
巨型水轮机机座
1.4 主要种类
(1) 按能量转换的方式不同：
同步发动机、同步电动机。
(2) 按相数的不同: 三相、单相。
(3) 按转子结构的不同：隐极式、凸极式。
3~
3~
+
N
×
－
S
+ －
·····
N S
× × × ×
发电机 电
S
N
机
的
n0
No
Te 0
三
So
种
补偿机 运
S
N
行
n0
Te
No
状
态
So 电动机
1.9 同步电机的应用
小浪底电站水轮机组安装
三峡电站首台机组安装
水力发电
火力发电厂
火力发电
电能输出
超热高压蒸汽
3 600 r/min
燃
升压变
烧
压器
室
发电机
汽轮机
燃 料
锅炉的 炉膛
循环水
电能的产生
悬式
装在转子上部，整个转子悬挂在机架上 运行稳定，适用于高水头电站
伞式
适用于转速低于150r/min的低水头电站 降低厂房高度，节约建材
1.5 同步电机的励磁方式
同步电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电 流，建立励磁磁场。将供给励磁电流的整个装置称为 励磁系统。
(1) 直流励磁机励磁 励磁绕组由小型直流发电机供电
额定效率ηN：电机额定运行时的效率 额定功率PN：电机额定运行时的输出功率（kW或MW）
对发电机为额定输出有功电功率
PN 3UNINcoN s
对电动机是轴上输出的额定机械功率
P N3U NINcosN N
额定转速nN：电机额定运行时的转速(r/min) 额定频率f (Hz) 额定励磁电流IfN(A) 额定励磁电压UfN(V)
同步电机
同步电机
1同步电机的结构及额定数据 2同步电机运行原理 3同步发电机的电磁关系和分析方法 4同步发电机运行特性 5同步发电机并联运行 6同步电动机 7同步电机不对称运行 8其他类型同步电机
1 同步电机的结构及额定数据
同步电机的工作原理 同步电机的基本结构 同步电机的主要部件 同步电机的主要种类 同步电机的励磁方式 同步电机的冷却方式 同步电机的额定值 同步电机的运行状态及用途 同步电机的应用
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。
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
N
S
S
+
N
凸极式
1.3 主要部件
①定子铁心： 由硅钢片叠成。
(1) 定子（电枢） ②定子绕组： 对称三相绕组。 ③机座和端盖等。
①转子铁心
(2) 转子
②励磁绕组： 工作时施加直流励磁。
×
(4) 按安装方式的不同：
卧式、立式。 (5) 按原动机的不同：
汽轮发电机、水轮发电机。
汽 发励 轮 电磁 机机机
励磁机
发电机 水轮机
安装结构
立式
低速、大型 大转子直径
卧式
中小型 电动机 调相机 高速 小转子直径 支撑：悬式、伞式
同步发电机的悬式和伞式结构
水轮发电机组转动部分 的能量和水流的推力， 总计可达数千吨， 全部由推力轴承支撑， 因此推力轴承十分关键。 按照推力轴承的位置：
1 同步电机的结构及额定数据
1.1 同步电机的工作原理
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
ea
随转子旋转 电枢感应 ea Emcost
N
角速度ω 电动势 ebEmcos(t120)
If
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三相对称负 载运行时
p n ecEmcos(t120) f