31三讲义相交流同步发电机
第3章三相同步电机ppt课件
• 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。
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无刷三相同步发电机培训教材一、同步发电机的工作原理二、同步发电机的结构三、同步发电机的励磁系统四、同步发电机的实验一、同步发电机的工作原理定子绕组，它有三相的，也有单相的。
当原动机带动转子磁极旋转以后，磁场和线圈产生了相对运动，线圈的导体切割了磁力线，因此在线圈中产生了感应电动势（简称电势），现在也确实是说发电了。
那个电势的方向由右手定那么决定，电势的大小由电势公式得：e=Blv式中：B——磁通密度；l——导体的有效长度；v——相对运动时的线速度；那个关系式说明：假设磁极的磁场越强，线圈越长，转子的旋转速度越快，那么产生电势的数值越大。
图2：交流电势波形这是一个随时刻交变的电势。
因为磁极在旋转，线圈边导体所处的磁场位置不断地变换，从N 极变到S 极时电势就随着改变大小和方向，因此说是一个交流电势。
● 频率电势每钞钟内转变的次数称为频率，用f 表示。
如图1的一对磁极的电机（简称一对极），转子转一圈，导体下的极性变换一次，电势也就转变一次，所产生产电势波形如图2所示。
因此那个电机的转子每秒钟旋转的转速，也确实是线圈电势随时刻交变的频率。
频率的一样表示式： f=60pns(1/秒)式中：ns ——转子每分钟的转数（转/分） p ——转子的极对数我国电力工程的标准频率为每秒50周，即50赫兹（Hz ）。
故同步发电机的极对数p 和转速ns 有严格的规定。
● 交流电的有效值、瞬时值、最大值和平均值交流电势（交流电流）在某一刹时的数值称为瞬时值。
在交变的一周中，下向或负向最大的瞬时数值称为最大值，也称幅值。
交流的正半周或负半周内各瞬时值的平均数值称为平均值。
在实际应用中，交流电的大小经常使用有效值来表示，通常所说的交流电压（如380V 、220V ）及交流电流（如5A 、10A ）其数值都是指的有效值。
交流电的有效值等于交流电一周中各瞬时值平方的平均值的平方根，故也称为均方根值。
正弦波交流电的有效值为最大值的1/2或倍。
三相交流同步发电机
此系列发电机主要用于城镇、乡村、工地、山区及牧场等的照明及动力的三相交流电源,也可作为应急的备用电源。
发电机为防滴转场式,采用三次谐波励磁方式,使用安全可靠,维护简单方便。
发电机为三相四线制,采用带有中性的星形接法,额定电压为400V,相电压为230V,频率为50HZ,功率因素0.8 (滞后),根据客户要求,我们也可提供60HZ及其电压的发电机。
发电机与原动机可直接联接或用三角皮带联接,正反转额定连续运行,当原动机转速变化为3%时,负载从0-100%,COS在1.0-0.8范围内任意变化时,其额定电压均在允许的范围内,恒压性能优良,瞬态性能好;同时,无需任何起动装置℃就能直接起动70%容量的笼型异步发电机。
使用条件：在下列条件下发电机能正常运转且输出额定功率。
海拔：不超过 1000m冷却温度：258~313K(-15o C~40o C)相对湿度：不超过 90%技术参数:三相发电机主要是三相交流同步发电机。
其转子通常为直流励磁线圈产生的电磁铁，为发电机工作提供磁场。
定子是在空间互差120度电角度的三相交流绕组（按照一定规律连接的线圈组称为绕组）。
当给转子线圈通入直流电且由原动机带动三相同步发电机的转子旋转时，转子磁场对定子的三相绕组有相对运动，定子的三相绕组就感应三相交流电。
调节转子线圈通入直流电流的大小，可以改变定子的三相绕组电压的大小，改变原动机的转速，可以改变定子的三相绕组电压的频率。
三相交流发电机励磁原理利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。
同步发电机由定子和转子两部分组成。
定子是发出电力的电枢，转子是磁极。
定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。
转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。
汽轮发电机的极数多为两极的，也有四极的。
转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场（称为转子磁场），其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。
三相交流电专题知识讲座
P 3UlIl cosp 3 220 7.6 0.8 2.3kW
注：
比较(1)和(2)旳成果可见，不论哪种接法，电动机每相绕组
所承受旳电压均为220V，经过旳电流也相等，所以电动机旳功率
第3章 三相交流电路 没有变化，仅在(2)中旳线电流增大为(1)中 旳 倍3。
第3章 三相交流电路
三相电路在生产上应用最为广泛。发电和输配电一般都采用三 相制。在用电方面，最主要旳负载是三相电动机。本节主要讨论负 载在三相电路中旳连接使用问题。
3.1 三相电源
由三个单相交流电路构成旳电路系统称为三相交流电路，构成三 相电路旳每一种单相电路称为一相。
三相交流电在工农业生产上应用最为广泛。 3.1.1三相对称电源
iU
U
20 ，故其上电压将约为 253 V。
RU
想一想
在此情况下，V、W 两相旳电压均与负 载旳额定电压220V不同，将产生什么后果 ？怎样防止此类情况发生？
中性线旳作用是什么？在什么情况下能 够没有中性线？
第3章 三相交流电路
N
RW
iV
V
iW
W
N
RV
中线旳作用：
当中线断开而负载又不对称时，负载旳相电压就不对称，这么就会 引起某相旳电压高于负载旳额定电压，从而造成负载烧坏；某相旳电压 低于负载旳额定电压，使负载不能正常工作，这是不允许旳。
解：(1)
UP
Ul 3
220V
Ip
Up | Zp
|
220 4.4A 402 302
cosp
|
Rp Zp
|
0.8
Il Ip 4.4A
P 3UlIl cosp 3 380 4.4 0.8 2.3kW
三相同步发电机的结构和工作原理
发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。
定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。
转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。
由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势。
发电机曲轴带动发电机的转子，利用“电磁感应”原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。
主磁场的建立：励磁绕组通入直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。
载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。
切割运动：引擎曲轴拖动转子旋转（给电球输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。
交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。
通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。
励磁机整流器 转子 定子AVR (自动电压调节器)风扇 飞轮连接盘出线端子向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。
励磁系统是同步发电机的重要组成部分。
转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场（称为转子磁场），其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。
转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。
发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。
定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。
从引擎输入的机械转矩克服制动转矩而作功。
发电机可发出有功功率和无功功率。
转子磁场的强弱直接影响定子绕组的电压，所以，调发电机端电压或调发电机的无功功率必须调节转子电流。
发电机的有功功率和无功功率几何相加之和称为视在功率。
有功功率和视在功率之比称为发电机的功率因数，发电机的额定功率因数一般为0.8。
三相同步发电机的说明书
三相同步发电机的说明书说明书感谢您选择我们的三相同步发电机。
这篇说明书旨在为您提供使用和维护该发电机的必要信息，以确保安全运行和长期可靠性。
一、技术参数1.额定功率：XXX kW2.额定电压：XXX V3.额定电流：XXX A4.额定频率：XXX Hz5.极数：XXX 极6.功率因数：XXX7.绝缘等级：XXX8.防护等级：XXX9.冷却方式：XXX二、外观和安装该同步发电机外观美观，结构紧凑，安装简单。
在安装之前，请确保以下几点：1.安装位置应坚固平稳，便于进行维护和检修。
2.安装环境温度应该在-15℃-40℃之间。
3.与发动机联接应牢固可靠，不应有过大的振动。
4.接线盒的电缆应该符合配电室的接线。
三、使用方法在使用三相同步发电机之前，请确保已经仔细阅读并理解以下内容：1.严格按照额定功率、电压、电流、频率进行使用，不得超标。
2.在运行过程中，如发现发热、电流不稳定、电压波动等异常情况，应立即停止使用。
3.在使用过程中发现噪音过大、电气问题等问题，需要及时通知专业人员进行检修。
4.运行中的发电机，不得随意停机或切断电源，避免过载行为。
四、维护和保养为了保证三相同步发电机的正常运行和延长寿命，需要定期进行维护和保养。
以下是一些必要的步骤：1.定期检查发电机的绝缘电阻，如有问题及时更换。
2.每天清洁发电机。
3.定期更换润滑油，按照规范进行加油、补液，确保发电机的正常运行。
4.定期清洗通风排气口。
五、注意事项1.本说明书仅适用于我公司生产的三相同步发电机，不可与其他品牌型号混用。
2.在使用、维护和保养过程中请勿随意更改或拆卸发电机的任何部件。
3.发电机应该远离易燃、易爆等危险品，保持安全距离。
4.本说明书的内容可能随着技术更新而有所变化。
请您在使用前仔细阅读最新版本的说明书。
以上就是我们的三相同步发电机的说明书，希望您能仔细阅读并按照指南进行使用和维护。
如果您在使用过程中有任何疑问或者建议，请及时与我们联系，我们将竭诚为您服务。
三相同步交流发电机的工作原理
三相同步交流发电机的工作原理
三相同步交流发电机是一种常见的发电机类型，它的工作原理基于电磁感应定律和法拉第电磁感应定律。
下面将详细介绍三相同步交流发电机的工作原理。
首先，我们需要了解什么是同步发电机。
同步发电机是指其旋转速度与系统频率完全一致的发电机。
在三相同步交流发电机中，转子上有绕组，通过与定子上的绕组之间的磁场互动来产生电势差。
当转子旋转时，它会切割通过定子上的绕组所产生的磁场，并在绕组中产生感应电势。
这个过程遵循法拉第电磁感应定律。
其次，我们需要了解三相交流发电机中的三个相是如何产生的。
在三相交流发电机中，有三个单独的线圈或绕组被放置在分别位于120度角位置上的定子上。
当这些线圈被连接到外部负载时，它们会产生交变电压和交变电流。
最后，我们来看看如何将这两个概念结合起来以形成三相同步交流发电机。
当旋转速度等于系统频率时，同步发电机的转子和定子之间的磁场将始终保持同步。
这意味着在任何时候，定子上的三个线圈中的至少一个都会处于最大电势状态。
这就产生了三相交流电。
总之，三相同步交流发电机的工作原理基于电磁感应定律和法拉第电磁感应定律。
通过将旋转速度与系统频率保持一致，它可以产生稳定且可靠的三相交流电。
三相交流同步电动机ppt课件
Exit 39
3 电磁 P m功率
P m3U X N tE0sin N353 00 si0 2n.7 946.7 54 2 46 .76 k1W
4 过载倍 m 数
msi1nNsi2 n1.77 92.14
[例] 凸极式同步电动机（自学）
22.04.2020
.
Exit 40
§6-3 同步电动机的励磁调节及V形曲线
由于气隙磁阻均匀，且线性，所以电枢磁势和磁密在 空间分布一致，都呈正弦分布，所以电枢反应电势
可用电枢反应电抗Xa的压降来反应。
• 凸极式同步电动机的电枢反应和电枢磁势
（1）同步电动机的凸极效应使得电枢反应磁场的磁感 应强度分布发生畸变。而且随着转子相对电枢磁势的 位置不同，电枢磁场的分布也不同。
22.04.2020
Exit 11
§6-1 同步电动机的工作原理 定子
22.04.2020
同步电动机工作原理 .
Exit 12
§6-1 同步电动机的工作原理 定子
22.04.2020
同步电动机工作原理 .
Exit 13
§6-1 同步电动机的工作原理 定子
22.04.2020
同步电动机工作原理 .
Exit 14
§6-1 同步电动机的工作原理
同步电动机是 一种定子边用 交流电流励磁 以建立旋转磁 场，转子边用 直流电流励磁 所构成旋转磁 极的双边励磁 的交流电动机。
22.04.2020
同步电动机工作原理 .
定子
Exit 15
同步电动机分为隐极式和凸极式。
6-1-1 隐极式同步电动机的分析
一、隐极式同步电动机的电磁关系
Uj Ij Fj Φ 0 E 0 Ua I Fa Φ a E ajI Xa
三相同步交流发电机工作原理
三相同步交流发电机工作原理三相同步交流发电机是一种常见的发电机，它是由转子和定子两部分组成。
转子是由磁极组成，而定子则是由三个相互独立的绕组构成。
这三个绕组分别称为A、B、C相绕组，它们之间的夹角为120度。
当转子旋转时，磁极会在定子上产生交变电动势，从而使发电机输出交流电。
三相同步交流发电机的工作原理可以分为两个方面：磁场和电路。
首先是磁场方面。
在三相同步交流发电机中，转子上的磁极会在定子上产生磁场。
这个磁场是由直流激励器提供的直流电源产生的。
当直流激励器提供直流电源时，它会通过旋转换向器将直流信号转换为交变信号，然后通过旋转整流器将交变信号变回直流信号，并提供给发电机的旋转部分。
这样就能够保证在转子上形成一个恒定的磁场。
其次是电路方面。
当发电机开始运行时，它会产生一个初级感应电动势，在定子绕组中形成一个初级感应电流。
这个初级感应电流会在定子绕组中产生一个磁场，这个磁场与转子上的磁场相互作用，从而使转子开始旋转。
随着转子的旋转，它会在定子绕组中产生一个交变电动势，这个交变电动势会通过三个相互独立的绕组输出三相交流电。
三相同步交流发电机的输出电压和频率是由旋转速度和定子绕组数目决定的。
当发电机运行时，它必须保持恒定的旋转速度，否则输出电压和频率就会发生变化。
为了保持恒定的旋转速度，发电机通常会与调速器和稳压器配合使用。
调速器可以控制发电机的旋转速度，在负载变化时自动调整输出功率。
稳压器则可以控制输出电压，在负载变化时自动调整输出电压。
总之，三相同步交流发电机是一种常见的发电机，它能够通过恒定的磁场和初级感应电流产生三相交流电。
它需要与调速器和稳压器配合使用才能保持恒定的旋转速度和输出功率。
三相交流同步发电机工作原理
三相交流同步发电机工作原理今天咱们来唠唠三相交流同步发电机的工作原理，这可超级有趣呢！咱先得知道啥是三相交流同步发电机。
简单说呢，这就是一个能把机械能变成三相交流电的神奇机器。
想象一下，就像是一个魔法盒子，这边把转圈圈的机械能塞进去，那边就冒出三相交流电来啦。
那它为啥能这么干呢？这就得说到它的内部构造啦。
它里面有定子和转子这两个重要的部分。
定子就像是一个固定的大圆圈，稳稳地待在那里。
它上面绕着好多好多的线圈呢，这些线圈可都是有大作用的。
而转子呢，就像是一个调皮的小陀螺，它可以在定子中间欢快地转圈圈。
当我们给转子一个外力，让它开始转动的时候，好玩的事情就发生了。
转子上面有磁场，这个磁场就随着转子一起转呀转。
就好比一个小磁精灵在定子中间跳舞呢。
这个转动的磁场会在定子的线圈里搞出一些动静来。
因为磁场在不断地变化位置，根据电磁感应定律，定子线圈里就会产生感应电动势啦。
这就像是小磁精灵在和线圈玩游戏，它每经过一次，线圈就被“电”一下，产生一点电动势。
那为啥是三相呢？这是因为定子的线圈是按照特定的方式分布的。
就像把定子这个大圆圈分成了三个部分，每个部分的线圈产生的交流电都有自己的节奏。
这三相的交流电它们的波形就像三个小伙伴，按照一定的顺序依次达到最大值和最小值。
它们相互配合，就像一个和谐的小团队。
你看啊，当转子匀速转动的时候，三相交流电就源源不断地产生了。
而且它们的频率是和转子的转速有密切关系的。
转子转得越快，交流电的频率就越高。
就好像是小磁精灵转得越快，它和线圈玩游戏的速度也就越快，产生的电的频率也就跟着提高啦。
这个三相交流同步发电机在我们的生活里可是超级大明星呢。
比如说在发电厂里，那些巨大的发电机组就是靠着这个原理来发电的。
无论是烧煤的火力发电厂，还是用水力推动的水电站，都是让转子转动起来，然后就有三相交流电产生啦。
这些电就像一个个小信使，通过电网跑到我们的家里，让我们的电灯亮起来，电视能播放节目，冰箱可以制冷。
三相交流同步发电机
此系列发电机主要用于城镇、乡村、工地、山区及牧场等的照明及动力的三相交流电源,也可作为应急的备用电源。
发电机为防滴转场式,采用三次谐波励磁方式,使用安全可靠,维护简单方便。
发电机为三相四线制,采用带有中性的星形接法,额定电压为400V,相电压为230V,频率为50HZ,功率因素0.8 (滞后),根据客户要求,我们也可提供60HZ及其电压的发电机。
发电机与原动机可直接联接或用三角皮带联接,正反转额定连续运行,当原动机转速变化为3%时,负载从0-100%,COS在1.0-0.8范围内任意变化时,其额定电压均在允许的范围内,恒压性能优良,瞬态性能好;同时,无需任何起动装置℃就能直接起动70%容量的笼型异步发电机。
使用条件：在下列条件下发电机能正常运转且输出额定功率。
海拔：不超过 1000m冷却温度：258~313K(-15o C~40o C)相对湿度：不超过 90%技术参数:三相发电机主要是三相交流同步发电机。
其转子通常为直流励磁线圈产生的电磁铁，为发电机工作提供磁场。
定子是在空间互差120度电角度的三相交流绕组（按照一定规律连接的线圈组称为绕组）。
当给转子线圈通入直流电且由原动机带动三相同步发电机的转子旋转时，转子磁场对定子的三相绕组有相对运动，定子的三相绕组就感应三相交流电。
调节转子线圈通入直流电流的大小，可以改变定子的三相绕组电压的大小，改变原动机的转速，可以改变定子的三相绕组电压的频率。
三相交流发电机励磁原理利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。
同步发电机由定子和转子两部分组成。
定子是发出电力的电枢，转子是磁极。
定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。
转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。
汽轮发电机的极数多为两极的，也有四极的。
转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场（称为转子磁场），其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。
无刷三相同步发电机培训资料
无刷三相同步发电机培训教材一、同步发电机的工作原理二、同步发电机的结构三、同步发电机的励磁系统四、同步发电机的试验一、同步发电机的工作原理定子绕组，它有三相的，也有单相的。
当原动机带动转子磁极旋转以后，磁场和线圈产生了相对运动，线圈的导体切割了磁力线，因而在线圈中产生了感应电动势（简称电势），此时也就是说发电了。
这个电势的方向由右手定则决定，电势的大小由电势公式得：e=Blv式中：B——磁通密度；l——导体的有效长度；v——相对运动时的线速度；这个关系式表明：若磁极的磁场越强，线圈越长，转子的旋转速度越快，那么产生电势的数值越大。
图2：交流电势波形这是一个随时间交变的电势。
因为磁极在旋转，线圈边导体所处的磁场位置不断地变换，从N 极变到S 极时电势就跟着改变大小和方向，所以说是一个交流电势。
● 频率电势每钞钟内变化的次数称为频率，用f 表示。
如图1的一对磁极的电机（简称一对极），转子转一圈，导体下的极性变换一次，电势也就变化一次，所产生产电势波形如图2所示。
所以这个电机的转子每秒钟旋转的转速，也就是线圈电势随时间交变的频率。
频率的一般表示式： f=60pns(1/秒)式中：ns ——转子每分钟的转数（转/分） p ——转子的极对数我国电力工程的标准频率为每秒50周，即50赫兹（Hz ）。
故同步发电机的极对数p 和转速ns 有严格的规定。
● 交流电的有效值、瞬时值、最大值和平均值交流电势（交流电流）在某一瞬间的数值称为瞬时值。
在交变的一周中，下向或负向最大的瞬时数值称为最大值，也称幅值。
交流的正半周或负半周内各瞬时值的平均数值称为平均值。
在实际应用中，交流电的大小常用有效值来表示，通常所说的交流电压（如380V 、220V ）及交流电流（如5A 、10A ）其数值都是指的有效值。
交流电的有效值等于交流电一周中各瞬时值平方的平均值的平方根，故也称为均方根值。
正弦波交流电的有效值为最大值的1/2或0.707倍。
三相交流同步发电机的组成及工作原理介绍
三相交流同步发电机的组成及工作原理介绍三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速n(rpm)旋转，根据电磁应原理，三相定子绕阻便感应交流电势。
定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出。
若认为磁路不饱和，则电枢磁势与磁极磁势各自产生相应的磁通，并在定子绕阻内感因电势。
对于极电机，电枢磁势所感应的电势可以表示为Ea=-jIaXa. Xa被称为电枢反应电抗。
Xa+Xσ=Xs隐极同步发电机的同步电抗。
对于凸极电机，因直轴.交轴处磁阻不同，可将电枢磁势分解成Fad和Faq分别研究。
它们所感应的电势分别写成Ead=-jIdXad和Eaq=-jIqXaq，式中Xad.Xaq分别是直轴及交轴电枢反应电抗。
Xad+Xσ=Xd.Xaq+Xσ=Xq,Xd和Xq分别为直轴同步电抗和交交轴同步电抗。
Xσ为漏磁通引起的电抗。
同步电抗是决定同步电机性能的一个重要参数，通个开路实验和稳态实验就可求取。
同步发电机的空载特性是一个很重要的特性，它直接影响着电机的其它特性，通个开路实验还可以发现励磁系统的故障。
态短路特性和零功率因数特性也都属于同步电机的重要特性，和空载特性配合，可以求出同步发电机的态参数及确定出补偿电枢的励磁电流。
同步发电机的外特性曲线用来求取电机运行时的重要指标之一及电压调整率。
同步发电机的调整特性可使运行人员知道在功率因数一定时，不改变端电压值.负载电流到多小而不使励磁电流超过规定值。
国家标准"GB1029" 对三相同步电机的实验方法作了具体规定，适用于普通三相同步发电机的型式实验或检查实验。
通过实验可以确定该电机各性能指标。
各种电机的效率和电压调整率均在部颁标准的相应技术条件中有具体规定，将实验结果与标准规定数据比较即可确定某同步发电机的质量和性能了。
若求取额定励磁电流和电压变化率，一般用做图法，跟国家标准GB1029介绍，其具体步骤如下：（1）如图1上绘制开路特性曲线，并沿纵轴额定相电压相量UN.（2）自原点O作额定电枢电流相量IN，与纵轴成ΦN角（cosΦN 为额定功率因数）。
三相交流电动机 PPT
2018-2-2
13
3.2.1单相脉振磁动势
f
1 2
Ni
0
(a)
(b)
图3-3整距集中绕组的磁动势
(a) 两极电机示意图
(b) 矩形波磁动势
2018-2-2
x 14
3.2.1单相脉振磁动势
对图3-3(b)所示的矩形波磁动势进行傅立叶分析，可以得到
相应的基波分量
f
y1
(x,
t)
4
(
Ni 2
)
cos
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3.3 交流绕组感应电动势
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3.3.1主磁通和漏磁通
当交流电机的定子绕组通入三相对称电流时，便在气隙中建 立基波旋转磁动势，同时产生相应的基波旋转磁场。与基波 旋转磁场相对应的磁通称为主磁通 ，用 Φm 表示。由于旋转 磁场是沿气隙圆周的行波，而气隙的长度是非常小的，所以 相应的主磁通实际上是与定、转子绕组同时相交链的，这也 是判断主磁通的重要依据。主磁通又称为气隙磁通，交流电 机就是依靠气隙磁通来实现定、转子之间的能量转换的。图 3-6所示是一台四极交流电机的主磁通分布情况，主磁通经 过的路径为：气隙→定子齿→定子轭→定子齿→气隙→转子 齿→转子轭→转子齿→气隙，与直流电机相类似。
19
3.2.2三相旋转磁动势
A
Z
Y
A
Z
Y
B
C
X
(a)
A
Z
Y
B C
X
(b)
A
Z
Y
B
C
B
C
X
X
(c)
(d)
图3-5 三相电枢绕组的旋转磁场
第6章：三相同步电动机
当负载转矩不变时，同步电动机的输出功率不变， 则输入功率也基本不变。
I1 cos1 常数
可见，改变励磁电流引起I1改变时，功率因数也随之改变。
I1 cos1 E0 sin 常数
增大励磁电流，E0变大，θ减小，电动机功率因数角
减小。
（1）基准励磁状态：调节励磁电流至某值，恰使同步电 动机功率因电动机相当于纯电阻性负载。 （2）欠励磁状态:相当于感性负载。
电抠反应电势Ea与定子电流
I1成正比，在定子绕组中形 成电抗压降，可表示为
Ea j I1 xa
xa -定子磁场引起的电抗，称为电枢反应电抗。
U1 E0 I1r1 j I1(x xa ) E0 I1r1 jI1 xs
xs–同步电抗，xs≈xa
E1 E0 Ea
适用隐极式同步电机。对凸 极式，气隙分5n1)时，给转 子通入励磁电流， 将转子牵入同步。
（二）、变频起动法
起动时，首先给转子直流励磁，然后在定子三相绕组 上加低频交流电，低频旋转磁场可以拖动转子起动， 然后逐渐提高电源频率，将电机起动到要求转速为止。
这种方法耗能少，起动平稳 不足之处是需要一个变频电源，且励磁机必须是非同轴 的，否则在低速时，励磁机无法提供所需的励磁电流。
同步电动机的相量图
U1 E0 I1r1 j I1(x xa ) E0 I1r1 jI1 xs
简化相量图
U1 E1 E0 j I1 xs
U1与E0之间的相位角称为功角θ。合成磁场滞后E1 90º，主磁场滞后(-E0) 90º，所以合成磁场与主磁 场之间的夹角也近似等于功角θ 。 可见功角还是合成磁场轴线与主磁场轴线的夹角。功 角既是时间角又是空间角，它是表示同步电机情况的 重要参数。
三相同步电动机
三相同步电动机同步电机是一种转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机。
其转子转速n与磁极对数p、电源频率f之间满足n=60f/p。
转速n决定于电源频率f，故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。
具有运行稳定性高和过载能力大等特点。
常用于多机同步传动系统、精密调速稳速系统和大型设备等。
一、同步电机的基本结构同步电机的结构型式多样，转子结构有隐极式和凸极式，四极以上的同步电机转子多用凸极式。
安装方式有卧式、悬挂式、半悬挂式和立式等。
同步电机一般都由定子、转子、轴承、底板、端盖以及集电环、刷架构成，防护等级为IP44以上的电机还包括冷却器。
下面对上述各部件作简要说明：1、定子定子由机座、定子铁心和定子线圈及支撑定子线圈端部的端箍和支撑件等构成。
机座机座有圆形机座和方形机座(箱式结构)，均由钢板焊接而成。
大型卧式安装的圆形机座的电机，机座中心可下沉，机座下部有时下沉到安装平面以下的地坑里，因而电机的中心高不受外圆尺寸限制。
方形机座一般用在防护等级要求较高的电机，多采用空-空冷却或空-水冷却，冷却器一般置于机座的上方，电机铁心外径受中心高限制，机座下部一般不低于安装平面。
定子铁心定子铁心由机座和压装在机座内的硅钢板组成。
铁心压装分为内压装和外压装：内压装即以机座内圆定位，等硅钢片压入机座再用拉紧螺杆和压圈拉紧固定在机座上；外压装即先制作铁心骨架,硅钢片压装在骨架中，嵌线后经真空压力浸漆处理再套入机座内。
定子线圈定子线圈由具有相应绝缘和电压等级的电磁线绕制而成，经过匝间和对地耐电压试验合格的线圈才能嵌入定子铁心槽内。
线圈直线部分用槽楔压紧，端部用涤纶套管装线圈、端箍和支撑件牢牢的绑扎在一起，经过浸漆处理后，整个定子成为一个牢固整体。
定子线圈可以有B级和F级绝缘，特殊情况也有H级绝缘，10KV以上都采用F级。
定子线圈是电机关键的部件，容易因弄脏、受潮、绝缘损坏而使电机烧坏，使用维护时要非常注意保护。
定子引出线一般有6个出线头，并用U1、V1、W1和U2、V2、W2作标记，如果连成“Y”接，即将U2、V2、W2连在一起；如果连成“△”接，即U2-V1、V2-W1、W2-U1出三个接线头，高压电机一般都用Y接线。
三相交流同步发电机的励磁方式
三相交流同步发电机的励磁方式
按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型，即自励和他励。
设有专用励磁电源的称为他励方式。
目前船舶同步发电机都采用自励形式，其直流励磁电流由自身输出的交流电经过整流并调节后获得。
各磁极励磁线圈连接后构成同步电机的直流电路，各励磁线圈之间的连接极性应使得所产生的磁极极性NS相邻。
为从外部将直流励磁电流引人旋转的励磁线圈中，须将励磁绕组的两个出线端分别接到固定在转轴上的两个滑环上。
两个滑环彼此绝缘并对轴绝缘。
通过固定的电刷装置与滑环的滑动接触将直流电流引入励磁线圈。
为降低滑环和炭刷装置带来的维护保养问题，近年来无刷发电机得到推广和使用。
与普通发电机组相比，除具有相同的同步主发电机外，无刷发电机还由中频交流励磁机和旋转整流器组成。
交流励磁机的转子和旋转整流器与发电机转子连在同一根轴上，故无刷发电机的轴向尺寸较长。
通常同步发电机采用旋转磁极式，交流励磁机采用旋转电枢式。
由于是同轴旋转,这样交流励磁机发出的中频交流电经同轴的旋转整流器整流成直流电，再送至同轴的主发电机励磁绕组，因此取代了炭刷与滑环。
有些磁极铁芯顶面圆周槽内还嵌放短路的鼠笼条，称为阻尼绕组。
阻尼绕组对暂态过程中可能引起的转子振荡起阻尼作用，有增强同步发电机并联运行的稳定性、抑制柴油机的谐波转矩和加大自整步力矩等作用，同时它也能提高发电机承担不对称负载的能力。
对于同步电动机阻尼绕组也是作为异步启动的“启动绕组”。
31三相交流同步发电机v教学文案
并机油门，要同时调节。
无功功率的调节：减小原运行机励磁电流，增加 新并机励磁电流，要同时调节。
同步发电机的解列： 同步发电机退出运行——解列
减小解列机油门，增加继续运行机的油门，要同 时调节。
减小解列机的励磁电流，增加继续运行机的励磁 电流，要同时调节。
第一节 三相交流同步发电机
教学要求： 熟悉三相交流发步发电机的构造和工作原理，理解电
枢反应的概念，能说明不同性质的负载对发电机外 特性的影响，掌握空载特性、外特性和调节特性。 3.1.1三相交流同步发电机的构造与工作原理 3.1.2同步发电机的空载运行及空载特性 3.1.3同步发电机的负载运行及电枢反应 3.1.4同步发电机的外特性及调节特性
直 轴 去 磁 （ 滞 后 ）
Φa与Φo方向相反，合成磁场Φ减少，为直轴 去磁电枢反应。
(3)Ψ＝－90°Ia超前Eo 90°（容性负载）
直 轴 增 磁 （ 超 前 ）
Φa与Φo同向，合成磁场Φ增强，为直轴增磁电 枢反应。
一般情况
一般负载多为感性，电枢电流滞后 电动势Eo ψ （0＜ψ＜90°）
最高温升。
P书163
二、同步发电机的空载运行及空载特性
1.同步发电机的自励起压
自励式：半导体励磁 同步发电机的励磁电流是由发电机自已提供
转子励磁绕组
电枢绕组
三相桥式整流
辅助绕组
2.自励起压条件
（1）必须具有足够的剩磁，自励的必要条件 （2）自励过程构成正反馈，方向相同，极性
一致 （3）适当整定励磁回路阻抗
降，端电压下降。 ②有功功率的影响：因Ia与Eo同相—交磁反应， Ia受电磁
力作用，使 T阻（电磁转矩）＞Tin， Pin=Po +Pe （电磁功率）发生变化，转速n下降，端电 压下降，频率也下降。
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Φa与Φo方向相反，合成磁场Φ减少，为直轴 去磁电枢反应。
(3)Ψ＝－90°Ia超前Eo 90°（容性负载）
直 轴 增 磁 （ 超 前 ）
Φa与Φo同向，合成磁场Φ增强，为直轴增磁电 枢反应。
一般情况
一般负载多为感性，电枢电流滞后 电动势Eo ψ （0＜ψ＜90°）
转子励磁绕组
电枢绕组
三相桥式整流
辅助绕组
他励：设有专用励磁电源的称为他励（无刷）。
①直流发电机 ②无刷同步发电机
4.铭牌数据
额定容量：同步发电机输出的电功率。 额定电压：额定运行时定子输出端的线电压。 额定电流：额定运行时定子输出端的线电流。 额定频率：额定运行时电枢输出端电能的频率。 额定转速：额定运行时电机的转速。 温升（绝缘等级）：电枢额定负载运行 时允许
励磁绕组通直流电，产生恒定的主磁通，在原动机 带动下旋转。
转子磁极结构形式
凸极式：有凸出的磁极， 简单,适用于船用柴油 机、水轮机作原动机的 发电机。(离心力较大) 转速：500-1500r/min
隐极式：呈圆柱形，结 构较复杂、用于高 速发电机（汽轮发 电机）
转速：1500r/min
转子磁极
励 磁 系 统
定子电枢
原动机 主发电机
2.三相交流同步发电机的工作原理
a．转子绕组通过滑环、电刷外加直流电产生磁场 b．转子在原动机的带动下变成旋转的磁极磁场 c．定子绕组切割磁力线产生感应电势 d．定子三相绕组在空间上互差120°，故产生三相感应电势
eA=Emsinωt eB=Emsin(ωt－120°) eC=Emsin（ωt+120°）
31三相交流同步发电机
一、三相交流同步发电机的构造与工作原理
1、三相交流同步发电机的构造：
（1）定子（电枢）：
定子铁芯、机座、三相绕 组(接星形)。
定子绕组与三相电网连接， 产生感应电动势，并电 网输送电能。
（旋转磁极式三相同步发 电机的定子也称“电 枢”）
（2）转子（磁极）：转子铁芯、直流励磁绕组、 滑环与电刷
容性负载，交轴和增磁 电枢反应，电流增加， 端电压增加。
负载的功率因数越低，去 磁反应越严重，端电压下 降越利害。
电压下降率： ΔU%=(Uo-UN)/UN×100%
2．调节特性If=f（I）
为保持端电压基本 不变，励磁电流 随负载电流变化。
电枢反应去磁，则励磁电流应增加，反之则减小。
同步发电机有功功率、无功功 率的调节
最高温升。
P书163
二、同步发电机的空载运行及空载特性
1.同步发电机的自励起压
自励式：半导体励磁 同步发电机的励磁电流是由发电机自已提供
转子励磁绕组
电枢绕组
三相桥式整流
辅助绕组
2.自励起压条件
（1）必须具有足够的剩磁，自励的必要条件 （2）自励过程构成正反馈，方向相同，极性
一致 （3）适当整定励磁回路阻抗
发电机接负载，定子（电枢）绕组有三相对称电 流通过－电枢电流Ia，电枢磁场Φa
电枢磁场对磁极磁场的影响叫电枢反应。 当所接的负载性质不同产生的电枢反应结果也 不一样，可能产生对电枢主磁场的不同作用效 果。
电枢电流
2、同步发电机的电枢反应分析
电枢电流影响电枢反应的性质：电枢电流 Ia与空载电势Eo的关系有：同相位、滞后和超
降，端电压下降。 ②有功功率的影响：因Ia与Eo同相—交磁反应， Ia受电磁
力作用，使 T阻（电磁转矩）＞Tin， Pin=Po +Pe （电磁功率）发生变化，转速n下降，端电 压下降，频率也下降。
同步发电机负载运行时的调节： 改变无功功率：调节励磁电流 改变有功功率：改变原动机的油门开度
同步发电机独立运行有3个特点：
励磁系统
原动机
主发电机
同步发电机的转矩与功率的平衡：
空载
带负载
原动机输入转矩 Tin=To Tin=To+T阻（电磁转矩） 原动机输入功率 Pin=Po Pin=Po +Pe （电磁功率）
发电机输出的功率包括：有功功率和无功功率
由于一般负载均为感性负载：既有功功率和无功功率 ①无功功率的影响：感性负载的直轴去磁反应使主磁通下
3.自励起压存在的实际问题及措施
（1）提高发电机的剩磁电压 （2）降低伏安特性 （3）利用复励电流帮助起压
4.同步发电机的空载运行及空载特性 E0=f（If）（ 相似磁化曲线）
Eo＝KeΦn 保持额定转速不变，空
载电势E0与空载励磁 电流I f的关系曲线。 ∵ E0∝Φ0∝ If ； ∴空载特性的实质就是磁 化曲线。
电枢电流Ia分成两个量 Iq与Eo同相－交轴电枢反应 Id与Eo垂直－直轴去磁电枢反应。 结果：一般性负载既有交磁反应，
又有去磁反应，且负载的功率因 数越低，去磁反应越严重。
四、同步发电机的外特性及调节特性
1．外特性U=f（I） 电阻性负载，交轴电枢 反应，电流增加，端电 压稍有下降；
感性负载，交轴和去磁 电枢反应，电流增加， 端电压下降；
1.有功功率和无功功率完全由负载决定；
2.频率随转速而变化，电压随励磁电流
而变化；
3.负载变化将引起频率（有功）或电压
前三种。 与之对应的电枢反应的性质有：交轴、直轴去
磁和直轴增磁三种。 Ia与Eo的夹角为内功率因数角ψ
(1）Ψ＝0 Ia与Eo同相（阻性负载）
交 轴 反 应 （ 同 相 位 ）
前极靴（左）去磁、后极靴增磁，合成磁场Φ扭 斜θ角，为交轴电枢反应。
° (2) Ψ＝90 Ia滞后Eo 90°（感性负载）
同步发电机的空载额定电压一般处于空载特 性曲线的部分（接近饱和点）
同步电机的转速n与旋转磁场转速no一致 ①发电机接负载，定子（电枢）绕组有三相对称电流
通过，产生旋转磁场n0=60f/p； ②因转子转速在原动机带动下达 n=n0 故为同步，磁
极磁场Φ0与电枢磁场Φa同步，且相对静止。
电枢电流
三、同步发电机负载运行及电枢反应 1.同步发电机负载运行特点
空载电动势有电机电动势频率由原动机的转速n和电 机极对数P决定。 f=pn/60
得空载电动势为：Eo＝KeΦn 即：空载电动势的大小与主磁通Φ和转速n 成正比。
3.励磁方式：给磁极的励磁绕组提供直流电的装置--励磁 系统 见书本
自励式：半导体励磁 同步发电机的励磁电流是由发电机自已提供