同步电机PPT课件
合集下载
《CH同步电机》PPT课件
同步发电机的短路比和直轴同步电抗
一、利用空载和短路特性确定Xd的不饱和值 ➢ 不计电枢电阻,U=0时, ➢ 隐极机：E0 jIkxs ➢ 凸极机：因Ik滞后E090
度,Iq=0E,Id0 =IjkIkXd ➢ E 0所以：E 0 ➢ 用 近似 ,则 ➢ 这样测得的同步电抗为不饱和同
步电抗. ➢ 对隐极机而言,所测定的同步电抗
生的磁通不是线性关系,所以感应电动势和励磁电流也不成 线性关系；
对称负载时的电枢反应
➢ 同步发电机带上负载后,定子三相对称绕组中流过的三相对 称电流产生一个新的磁动势,称为电枢磁动势；
➢ 励磁磁动势和电枢磁动势合成一个总的磁动势来产生气隙 磁通,进而在定子绕组中感应电动势；
➢ 电枢磁动势对气隙主磁通的影响,称为电枢反应；
其中：
X1XaX
Xa为电枢反应电抗；X1为同步电抗,表征对称稳态运行时, 电枢旋转磁场和电枢漏磁场的一个综合参数,是三相对称 电枢电流所产生的全部磁通在某一相中感应的总电动势 与相电流的比例常数.
➢ 不考虑饱和时隐极同步发电机的时空矢量图和等效电路
➢ 用励磁电动势和同步电抗表示隐极同步发电机的 相量图和等效电路
同步发电机的空载特性和短路特性
一、空载特性
➢ 改变if从零增大到某一最大值,再由此值减小到零； ➢ 由于转子磁路的剩磁,得到上升和下降的两条不同曲线； ➢ 测定参数使用下降曲线,其最高点取U0=1.3UN； ➢ 以Δif0作为校正量,使得空载曲线通过零点；
二、短路特性 ➢ 短路特性：发电机三相稳态短路时,短路电流Ik和励磁电 流If的关系； ➢ U=0； ➢ 电枢电阻远小于电枢电抗,短路电流可认为是纯感性； ➢ 电枢电动势基本上是一个去磁作用的直轴磁动势； ➢ 合成磁动势：
同步电机PPT课件
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。
《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。
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？
01-同步电机课件ppt
同步电机目录1、同步电机基本原理与结构2、同步电机的电磁关系和分析方法3、同步发电机的运行特性4、同步发电机的并联运行5、同步电动机同步电机基本原理与结构•同步电机基本原理与结构•1、同步发电机的基本原理•2、同步电机的基本结构•3、同步发电机的励磁方式•4、同步电机的额定值同步电机基本原理•回顾异步电机的工作原理定子通入三相电流产生转速为n1的旋转磁场（异步）切割转子导体转子导体中产生感应电动势形成感应电流电流在磁场中受力产生力矩转子旋转•同步电机工作原理转子直流励磁外力使转子旋转得到旋转磁场且转子转速与旋转磁场转速同步旋转磁场切割定子绕组得感应电势同步电机运行状态发电机——把机械能转换为电能电动机——把电能转换为机械能补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸收无功功率同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场与转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角同步电机的结构1、同步电机的基本结构形式同步电机旋转电枢式旋转磁极式隐极式（如汽轮发电机）凸极式（如水轮发电机）磁极放在定子上隐极式（汽轮机）N+S凸极式（水轮机）NS+SN2. 同步电机的结构特点同步电机由定子、转子、端盖和轴承等构成1.定子定子绕组：三相对称，一般采用三相双层短距叠绕组，也称电枢绕组定子铁芯：一般由厚0.35mm或0.5mm的硅钢片叠成定子机座：支撑定子铁芯2.转子汽轮发电机：隐极式，卧式结构，注重通风和冷却水轮发电机：凸极式，立式结构，分悬式和伞式，包括轴、转子支架、磁轭、磁极及励磁绕组、阻尼绕组等。
另：凸极同步发电机也有卧式（横式）结构。
如同步电动机、同步补偿机等3.气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。
同步电机的励磁方式同步电机励磁方式直流励磁机励磁——直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。
整流器励磁——静止式旋转式（无电刷）励磁系统供给励磁电流→建立磁场，分以下两类:用整流装置将交流变成直流后供给励磁换向困难火花严重励磁容量增加引起集电环严重过热直流并励励磁系统整流器励磁(a) 静止整流器励磁交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组(b) 旋转整流器励磁交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组同步电机的额定值永磁同步电机的额定值额定电压U N ：电机额定运行时定子的线电压（V 或kV ）额定电流I N ：电机额定运行时定子的线电流（A ）额定功率因数：电机额定运行时的功率因数额定效率ηN ：电机额定运行时的效率cos N额定功率P N ：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对电动机是轴上输出的额定机械功率额定频率f (Hz) 额定励磁电流I fN (A) ；额定励磁电压U fN (V)NN N N I U P ϕcos 3=3cos N N N N NP U I ϕη=额定转速n N ：电机额定运行时的转速(r/min)谢谢同步电机空载磁场同步电机空载运行•空载运行：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＝0）绕组不带任何负载时（定子电流Ia•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单独建立，分析较为简单•主磁通和漏磁通ΦσΦf 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主磁通通过气隙并与定子绕组相交链，漏磁通不通过气隙，仅与励磁绕组相交链。
《同步电机》PPT课件
精选ppt
15
..
Ia
E0
★y=(0~900 ) (参图6-9） 滞后 一个锐角
Id=Iasiny Iq=Iacosy
A、直轴分量Id直轴去磁作用
Ff1
B、交轴分量 Iq交磁作用， F，
其轴线位置从空载时直轴处逆转
子转向后移一个锐角
Iq F Faq
. E0 .
Ia Fa
(Id)Fad
图6-9
精选ppt
图6-4 凸极式转子
精选ppt
6
同步电机的运行原理
一、同步发电机工作原理
参考同步电机结构模型图6-5
1、定子上：三相绕组，空间互 差1200电角度，匝数相等
转子上：If,由转子N极出 来气隙定子铁心气隙转 子S极
原动机n逆时针恒速旋转定子 上导体切割磁力线产生e
图6-5
精选ppt
7
6.2 同步发电机的空载运行
.
E . .
EE
.. . E =E0+Ea
=U.+I.Ra+jI.X
a0
.
E 基波
.
U
精选ppt
17
图6-10
. . .. . .
..
. . . E0=-Ea+U+IRa +jIX =U+IRa +jIX+jIXa
=U+IRa+jIXt
Xt =X+ Xa
大小：E0=4.44f1NKN10
Xt--隐极机同步电抗，表征对称稳态运行时电枢反应基波磁场和漏磁场 .
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）
电机学同步电机 全套课件
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
+ 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
67
68
69
70
71
72
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
37
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
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3、水内冷发电机
主要方式为内冷式。水冷却方式面临泄漏和积垢 堵塞问题。
6.1.4 额 定 值
• 额定容量SN（额定功率PN）：额定运行时电机输出的功率； • 额定电压UN：额定运行时定子三相线电压； • 额定电流IN：额定运行时定子三相线电流； • 额定功率因数：额定运行时电机的功率因素； • 额定频率；额定运行时的频率； • 额定转速：同步电机的同步转速； •额定效率：指额定运行时的电机效率 交流发电机额定值间的相互关系：
（2）当电力系统发生故障而使电网电压下降 时，励磁系统应能快速强行励磁，以提高系统 的稳定性；
（3）当同步电机内部发生短路故障时，为迅 速排除故障并使故障局限在最小范围内，应 能快速灭磁； （4）励磁系统能长期可靠地运行，维护要方 便，且力求简单、经济。
目前采用的励磁系统可分为两大类： （1）直流发电机励磁系统。 （2）通过整流装置将交流电流变为直流电流 的励磁系统。
布着定子槽，槽内嵌
状的成对磁极，磁极上绕
放着按一定规律排列
有励磁绕组，通以直流电
的三相对称交流绕组。 流时，将会在电机的气隙
中形成分布磁场，称为励
磁磁场
处于电枢内圆和转子磁 极之间，气隙层的厚度 和形状对电机内部磁场 的分布和同步电机的性 能有重大影响
1、隐极式同步电机
特点：
汽轮发电机大多做成具 有最高同步速的两极结 构的隐极电机
•
I
d轴
Ea
Ff 1(0 )
电枢磁势是交轴磁势；
交轴电枢反应： • 使气隙合成磁动势的轴线从主磁极轴线逆转 向 后移一个电角度；从而产生一定的电磁转矩；
• 合成磁场的幅值较转子励磁磁场有所增加（增 磁）。
•
二、电枢电流 I
他励式静止半导体励磁系统原理图
6.1.3 同步电机的冷却方式
1、空气冷却发电机；
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。为确保运行安全，要求整个空气系 统是封闭的。
2、氢气冷却发电机；
定、转子导线做成空心的，直接将氢气压缩进导体带走热 量。应用中要注意解决的是防漏和防爆问题。
同步电机的磁场建立：
Uf
If
Ff
E0
I电枢磁势Fa
Ff
气隙磁势F 气隙磁场B
Fa
负载时， 电枢磁动势的基波对主磁极基 波磁场的影响称为电枢反应。
电枢反应的性质取决于E0与I的相角差
一、电枢电流
•
I
和励磁电动势
•
E0
同相位时电枢反应
q轴
n
q轴
时轴
相轴
NS
d轴
A
X
F ( )
A E0
E
Fa (a )
转子绕组 I f
励磁磁势Ff
空载磁场
主磁通0 主极漏磁通
f
• 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 。
• 感应电势的有效值： E0 4.44 f N1 kw 0
空载特性曲线： E0 f (I f ) E0 0 Ff I f
.
.
.
U
2 mk
... 100%
U m1
为了衡量电压波形中各次谐波对电讯线路的干扰， 规定了电话谐波因数THF，
THF
n
(U
2
nn
)
1
100%
U
式中U为线电压的有效值；Un为线电压中n次谐波的
有效值，n 为谐波的权衡系数。对于额定容量在
300kVA以上者，要求ku<5%， THF％<1.5%N cosN 3UN IN cosN
6.2 同步电机的运行原理
6.2.1 同步电机的基本原理
S
N
n
N0
S0
T1
Tem
S
N
n
T1 N0
S0
S
n N0
Tem
N
S0 TZ
发电机状态 电动机状态
6.6.2 同步发电机的空载运行
当同步发电机的转子 被原动机拖动到同步转速， 转子励磁而定子绕组开路 或电流为零时的运行状态 称为空载运行。
于转子直轴正方向， 且与转子一起以同步速旋转；
相轴
E0 时轴
• 磁密波Bf1与定子任一相交链
的磁通量0是时间变量， 由0 感应产生的相电势用 E0 表示,
0 直轴
N
交轴 S
当定子各相的时间参考轴都取
在各自的相绕组轴线时，0与
Bf
1
Ff
Bf
重合。
电压波形正弦性畸变率ku为
ku
U
2 m
2
U
2 m3
励磁绕组： 励磁绕组由扁铜线绕成同心式线圈。
2、凸极式同步电机
6．1．2 同步电动机的励磁方式
供给同步电机励磁电流的装置称为励磁系 统。获得励磁电流的方式称为励磁方式。励磁 系统的性能对电机运行有重大影响。励磁系统 应满足的要求有：
（1）能够稳定地提供同步电机从空载到满载 以及过载时所需的励磁电流；
（1）定子 定子由铁芯、绕组、 机座以及固定这些部 件的结构件组成。
（2）转子 转子的主要部件有铁心、励磁绕组、 护环、中心环和滑环等。
转子铁芯： 是汽轮发电机最关键的部件之一。既是转子磁极的 主体也是巨大离心力的受体。因此要求它具有高导磁性能和高 机械强度。 转子铁芯一般采用整块的具有良好导磁性能的高强 度合金钢锻件。并与转轴锻为一体 。
第六章 同步电机
同步电机也是一种常用的交流电机。其特点：
转子的转速与电网频率f1之间具有固定不变的关系，
即
n
n1
60 f1 p
若电网的频率不变， 同步电机的转速恒为常值而与负 载的大小无关。 应用：发电机，电动机，调相机。
6.1 同步电机的原理和结构
6.1.1 同步电机结构
定同子步铁电心内机圆由均定匀分子和转子转子两铁大心部装有分制组成成一定。形
1、直流发电机励磁系统
直流发电机作为直流励磁机，直流励磁机 与同步发电机同轴旋转，并采用并励接法。
2、静止交流整流励磁系统
自励式静止半导体励磁系统原理图
他励式静止半导体励磁系统原理图
3、旋转式交流整流励磁系统 静止式交流整流励磁系统去掉了直流励磁机的换向器，
解决了换向火花的问题，但电刷和滑环依然存在。现代大容 量发电机的励磁容量很大，当励磁电流超过2000A时，可引 起集电环的严重过热。此时可采用旋转式交流整流励磁系统
电机磁化曲线：
气隙线
E0'
E0 f (I f )
a UN
b
c
0 f (Ff )
0 f (Ff )
饱和系数：
Ff
o ed
ku
E0' UN
od oe
1.1 ~ 1.25
If
时－空矢量
• 励磁磁势的基波Ff1和由它产生的气隙磁密波Bf1为空间 分布波， 两者同相位（忽略磁滞效应 ），其正波幅处
主要方式为内冷式。水冷却方式面临泄漏和积垢 堵塞问题。
6.1.4 额 定 值
• 额定容量SN（额定功率PN）：额定运行时电机输出的功率； • 额定电压UN：额定运行时定子三相线电压； • 额定电流IN：额定运行时定子三相线电流； • 额定功率因数：额定运行时电机的功率因素； • 额定频率；额定运行时的频率； • 额定转速：同步电机的同步转速； •额定效率：指额定运行时的电机效率 交流发电机额定值间的相互关系：
（2）当电力系统发生故障而使电网电压下降 时，励磁系统应能快速强行励磁，以提高系统 的稳定性；
（3）当同步电机内部发生短路故障时，为迅 速排除故障并使故障局限在最小范围内，应 能快速灭磁； （4）励磁系统能长期可靠地运行，维护要方 便，且力求简单、经济。
目前采用的励磁系统可分为两大类： （1）直流发电机励磁系统。 （2）通过整流装置将交流电流变为直流电流 的励磁系统。
布着定子槽，槽内嵌
状的成对磁极，磁极上绕
放着按一定规律排列
有励磁绕组，通以直流电
的三相对称交流绕组。 流时，将会在电机的气隙
中形成分布磁场，称为励
磁磁场
处于电枢内圆和转子磁 极之间，气隙层的厚度 和形状对电机内部磁场 的分布和同步电机的性 能有重大影响
1、隐极式同步电机
特点：
汽轮发电机大多做成具 有最高同步速的两极结 构的隐极电机
•
I
d轴
Ea
Ff 1(0 )
电枢磁势是交轴磁势；
交轴电枢反应： • 使气隙合成磁动势的轴线从主磁极轴线逆转 向 后移一个电角度；从而产生一定的电磁转矩；
• 合成磁场的幅值较转子励磁磁场有所增加（增 磁）。
•
二、电枢电流 I
他励式静止半导体励磁系统原理图
6.1.3 同步电机的冷却方式
1、空气冷却发电机；
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。为确保运行安全，要求整个空气系 统是封闭的。
2、氢气冷却发电机；
定、转子导线做成空心的，直接将氢气压缩进导体带走热 量。应用中要注意解决的是防漏和防爆问题。
同步电机的磁场建立：
Uf
If
Ff
E0
I电枢磁势Fa
Ff
气隙磁势F 气隙磁场B
Fa
负载时， 电枢磁动势的基波对主磁极基 波磁场的影响称为电枢反应。
电枢反应的性质取决于E0与I的相角差
一、电枢电流
•
I
和励磁电动势
•
E0
同相位时电枢反应
q轴
n
q轴
时轴
相轴
NS
d轴
A
X
F ( )
A E0
E
Fa (a )
转子绕组 I f
励磁磁势Ff
空载磁场
主磁通0 主极漏磁通
f
• 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 。
• 感应电势的有效值： E0 4.44 f N1 kw 0
空载特性曲线： E0 f (I f ) E0 0 Ff I f
.
.
.
U
2 mk
... 100%
U m1
为了衡量电压波形中各次谐波对电讯线路的干扰， 规定了电话谐波因数THF，
THF
n
(U
2
nn
)
1
100%
U
式中U为线电压的有效值；Un为线电压中n次谐波的
有效值，n 为谐波的权衡系数。对于额定容量在
300kVA以上者，要求ku<5%， THF％<1.5%N cosN 3UN IN cosN
6.2 同步电机的运行原理
6.2.1 同步电机的基本原理
S
N
n
N0
S0
T1
Tem
S
N
n
T1 N0
S0
S
n N0
Tem
N
S0 TZ
发电机状态 电动机状态
6.6.2 同步发电机的空载运行
当同步发电机的转子 被原动机拖动到同步转速， 转子励磁而定子绕组开路 或电流为零时的运行状态 称为空载运行。
于转子直轴正方向， 且与转子一起以同步速旋转；
相轴
E0 时轴
• 磁密波Bf1与定子任一相交链
的磁通量0是时间变量， 由0 感应产生的相电势用 E0 表示,
0 直轴
N
交轴 S
当定子各相的时间参考轴都取
在各自的相绕组轴线时，0与
Bf
1
Ff
Bf
重合。
电压波形正弦性畸变率ku为
ku
U
2 m
2
U
2 m3
励磁绕组： 励磁绕组由扁铜线绕成同心式线圈。
2、凸极式同步电机
6．1．2 同步电动机的励磁方式
供给同步电机励磁电流的装置称为励磁系 统。获得励磁电流的方式称为励磁方式。励磁 系统的性能对电机运行有重大影响。励磁系统 应满足的要求有：
（1）能够稳定地提供同步电机从空载到满载 以及过载时所需的励磁电流；
（1）定子 定子由铁芯、绕组、 机座以及固定这些部 件的结构件组成。
（2）转子 转子的主要部件有铁心、励磁绕组、 护环、中心环和滑环等。
转子铁芯： 是汽轮发电机最关键的部件之一。既是转子磁极的 主体也是巨大离心力的受体。因此要求它具有高导磁性能和高 机械强度。 转子铁芯一般采用整块的具有良好导磁性能的高强 度合金钢锻件。并与转轴锻为一体 。
第六章 同步电机
同步电机也是一种常用的交流电机。其特点：
转子的转速与电网频率f1之间具有固定不变的关系，
即
n
n1
60 f1 p
若电网的频率不变， 同步电机的转速恒为常值而与负 载的大小无关。 应用：发电机，电动机，调相机。
6.1 同步电机的原理和结构
6.1.1 同步电机结构
定同子步铁电心内机圆由均定匀分子和转子转子两铁大心部装有分制组成成一定。形
1、直流发电机励磁系统
直流发电机作为直流励磁机，直流励磁机 与同步发电机同轴旋转，并采用并励接法。
2、静止交流整流励磁系统
自励式静止半导体励磁系统原理图
他励式静止半导体励磁系统原理图
3、旋转式交流整流励磁系统 静止式交流整流励磁系统去掉了直流励磁机的换向器，
解决了换向火花的问题，但电刷和滑环依然存在。现代大容 量发电机的励磁容量很大，当励磁电流超过2000A时，可引 起集电环的严重过热。此时可采用旋转式交流整流励磁系统
电机磁化曲线：
气隙线
E0'
E0 f (I f )
a UN
b
c
0 f (Ff )
0 f (Ff )
饱和系数：
Ff
o ed
ku
E0' UN
od oe
1.1 ~ 1.25
If
时－空矢量
• 励磁磁势的基波Ff1和由它产生的气隙磁密波Bf1为空间 分布波， 两者同相位（忽略磁滞效应 ），其正波幅处