电机学 第11章_同步发电机的基本工作原理和结构
同步发电机的基本工作原理和结构
8/16/2015
临沂电力学校
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同步发电机的主要构成部件包括两大部分：定子 （工作时不运动部分）和转子（工作时转动部分）。 定子部分主要有：定子铁心（硅钢片叠成），其 内表面开槽用于嵌放定子绕组；定子三相对称绕组， 用于切割磁场感应电动势，将动能转换成电能。
转子部分主要有：转子铁心及磁极；转子绕组（ 也称为励磁绕组），用于通过直流电流（励磁电流） 形成恒定磁场。 对照原理结构图，说明同步发电机的工作过程： 电生磁：转子绕组通直流电流后产生恒定磁场。 磁生电：该恒定磁场在原动机带动下旋转，切割 定子上的三相对称绕组，在定子绕组上产生感应电动 势，在其引出端就有了三相对称交流电压输出。
相关部件的散热（冷却）方式：通过空气、水、 氢气等冷却介质进行冷却。
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第二节 同步发电机的基本结构 目前电力系统中的发电机主要有两大类：汽轮发 电机和水轮发电机，这两类发电机的工作原理是一样 的，不同的是在工作过程中一类是高转速发电机，一 类是低转速发电机，这使其结构有一点不同。 一、汽轮发电机的基本结构 汽轮发电机是在高转速下工作，定子结构与水轮 发电机是一样的，其转子采用隐极式结构，直径小、 轴向尺寸长，全为卧式布置，理由——
推力轴 承 上机 架 转子
转子
下机架
8/1Байду номын сангаас/2015
推力轴承
悬式
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伞式
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水轮发电机组也有采用卧式机组形式的，主要用 于高水头、小流量的小型机组，这样可降低整个厂房 的修建高度，从而降低修建成本。如青城电站——
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第三节 三相同步发电机的励磁方式 从原理分析已知，同步发电机运行时必须在转子 绕组中通入直流电流建立磁场，这个电流就叫励磁电 流。我们把供给励磁电流的电源及其附属设备（励磁 调节器、灭磁装置）统称为励磁系统。 获取励磁电流的方式有多种，在实际应用中常用 的有以下几种： 一、直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统的构成见下图示：
《电机学》课件同步电机
F F cos ψ aq
a
---交轴分量电流产生的合成磁动势
一般情况下的电枢反应（总结）
位置 夹角 q轴
d轴
记作
电枢 反应 性质
交轴
对电机的影响
负载性质
波形 畸变
下降 不变
R
直、去 削弱 不变 下降 L
d轴
d、q 轴
d、q 轴
直、助 增强 不变 上升 C
交、直 去
削弱
交、 直助
增强
下降 下降 下降 上升
同步电机的基本工作原理
励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场，原动机拖动 转子以转速n 旋转时，其磁场切割定子绕组而感应交流电 动势 。
波形：由e=Blv可知，波形取决于磁密的空间分布。 频率：f=pn/60 大小：E=4.44fN1kw1Φ 相序：由转子的转向决定
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
输出的有功功率越大，有功分量电流就越大， 交轴电枢反应越强，电磁转矩越大，为了保持 电机的转速不变，要求原动机输入更大的驱动 转矩——调节有功功率。
R、L R、C
电磁转矩
同步发电机带上负载后，电枢电流建 立电枢反应磁场，它与励磁电流作用 产生电磁力，在某些情况下形成电磁 转矩，实现机电能量转换。
1.有功电流产生电磁力,形成电磁转矩
当发电机带有功负载(阻性负载)时,可以近似认为
机电能量转换
有功电流产生电磁力,形成电磁转矩
即，电枢绕组流过有功电流时,产生交轴 电枢反应磁场。励磁绕组载流体在该磁 场作用产生电磁力，并形成制动性质的 电磁转矩。
电机学课件第11章旋转电机交流绕组的电势和磁势
其感应电势相位差180 电角度。
Ey 2Ed1 4.44 f11
O B1
考虑匝数后:
Ey 2N y Ed1 4.44 f1N y1
❖短距线圈中的感应电势
N n1
Ed1
X Ed2 SB1
线圈两有效边在磁场中相距为y, 其感应电势相位差是180-β电角度。
β=α(τ-y)=(τ-y ) *180/τ/(电角度)
Eq
2R sin
q
2
2
2
Ey2
sin
sin
q
2
2
Ey1 Ey2 Ey3
sin q
qEy
2
qEykq
4.44qN y f1kq1
q sin
2
分布系数：
kq
qEy
q
sin q
2
Eyi
i=1
q sin 2
Eq
Ey3
B
Ey2
D
R Eq
O
C
Ey1
A
注：分布系数小于1，通常 kq 在 0.93~1.0之间。
绕组系数：kw1= ky kq
5.本节小结：
❖正弦分布的以转速n1旋转的旋转磁场，在三相对称交流绕组中会感应 出三相对称交流电势。 ❖感应电势的波形与磁场分布波形相同，为正弦波。 ❖感应电势的频率为 f = pn/60（Hz） ❖每相电势的大小为 Ep1 =4.44 f N1Φ1Kw1 ❖绕组系数:kw1= ky kq, kq= sin(qα/2) / (q sinα/2) ,ky= cosβ/2
11-1 交流旋转电机定子绕组的感应电势
一、交流同步发电机的结构模型
A
❖同步发电机的结构模型如图
同步发电机结构及工作原理讲义
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第十四章
三相同步发电机的基本 工作原理与结构
2019/11/22
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本章主要内容
第一节 三相同步发电机的基本工作原理及分类 第二节 同步发电机的基本结构 第三节 大型同步发电机的基本系统 第四节 同步发电机的型号与额定值
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三相同步发电机的基本工作原理
• 同步发电机(synchronous generator)是将机械 能转变为交流电能的设备。
• 有的电机在大齿开有槽，内装阻尼绕组(damping windings)，阻尼绕组构成自行短接的半鼠笼结构， 用来改善发电机的稳定运行。
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转子铁心结构
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汽轮发电机结构
（2）励磁绕组
由矩形绝缘扁铜线绕成同心式线圈，两线圈边分别 放在大齿两侧所开的槽内，所有线圈串联。
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汽轮发电机结构
（3）定子绕组
大型电机定子电流极大，绕组导线截面大。为减小导 体集肤效应带来的附加损耗，定子绕组常由多股截面 15平方毫米以下的扁铜线并绕而成，且沿槽长进行适 当的换位，使绕组的有效部分，有时甚至连同绕组的 端接部分，成为编织形。
汽轮发电机的电压较高，要求定子绕组有足够的绝缘 强度，一般采用 B 级或 F 级绝缘。
ea
N
If
n
S
随转子旋转 电枢感应 eeOaAEEmmcsionstt
角速度ω 电势
eeObBEEmmcsionstt (112 20)00
22f f
f
f
ppnn 6600
eeOcBEEmmcsionstt (112 20)00
同步电机学
2. 漏电抗与同步电抗
（1）漏电抗
U→I
→Id→Fad→Φad →Ead →Iq→Faq→Φaq →Eaq
Φs →Es RaI
※ 漏磁感应电动势：Es =－j Xs I ※ Ra、Xs —— 定子每相绕组的电阻、漏电抗。
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2. 漏电抗与同步电抗
（2）隐极同步电机的同步电抗
※ Xc = Xs＋Xa —— 同步电抗。 （3）凸极同步电机的同步电抗
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二、同步电机的电枢反应
➢ 电枢反应的去磁或增磁，对电机的运行性能产生影响。 ➢ 电枢反应的性质（交磁、去磁或增磁）取决于空载电动
势E0 和负载电流 I 的之间的相位差 ，称为内功率因
数角。
U1
为了便于分析，将转子磁极的 轴线确立为直轴，用d表示； 将通过两个磁极之间，与直轴 正交的轴线确立为交轴，用q
所以
Ea =－jXa I ※ Xa —— 电枢反应电抗。
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1. 电枢反应电抗
（2）凸极同步电机
特点：气隙不均匀。 同样的 Fa →产生不同的Φa →对应不同的 Xa 。 如果磁路不饱和：将 I 分解为两个分量。
E0
Iq
I
d Id
直轴分量：Id = I sinΨ 交轴分量：Iq = I cosΨ
I = Id＋Iq —— 双反应理论。
V2
N
+ If
Uf
－
W2
表示。
W1
S
V1
U2
6
a） =0º
用 时 空 相 矢 图 分
析 b） =90º
电 枢 反 应
7
用 c） =-90º
时 空 相 矢 图 分 析 电 枢 反 应
电机学同步电机部分知识点总结
二、 对称负载时的电枢反应
1. 同步电机空载时，气隙磁场就是由励磁磁动势所产生的同步旋转的主磁场， 在定子绕组中只感应有空载电动势，因为定子电流为 0，所以端电压就等于 空载电动势。带上对称负载以后，定子绕组流过负载电流时，电枢绕组就会 产生电枢磁动势以及相应的电枢磁场，若仅考虑其基波，则它与转子同向、 同速旋转，它的存在使空气隙磁动势分布发生变化，从而使空气隙磁场以及 绕组中的感应电动势发生变化，这种现象称为电枢反应。
因此，与之对应有直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，再把电枢反应电 抗与漏抗相加，可得直轴同步电抗和交轴同步电抗。
四、同步发电机的参数及测定 1.不饱和同步电抗和饱和同步电抗：不饱和同步电抗的数值要比饱和同步电抗的 数值大得多。（因为饱和时，磁阻大，电抗就小）（有一规律：气隙大，磁阻就大， 电抗就小） 2.漏抗的测定和保梯电抗（电抗三角形） （1）负载特性：当电枢电流及功率因数均为常数时，端电压与励磁电流之间的 关系曲线 U=f(If)称为负载特性。
同步电机的基本原理和运行特性
一、 同步电机（电机转子的转速和旋转磁场转速相同）的结构
转子上装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通以直流电流后，电机内就产生转 子磁场。同步电机的磁极通常装在转子上，而电枢绕组放在定子上，通常称为旋 转磁极式电机。
旋转磁极式同步电机的转子有隐极和凸极两种结构，隐极电机的气隙均匀， 凸极电机的气隙不均匀（极弧下较小，而极间较大）。
6. 由内功率因数角判断同步电机的运行方式。
三、 隐极+凸极同步发电机的分析方法
1.电枢反应电抗的物理意义：电枢反应磁场在定子每相绕组中所感应的电枢反应 电动势 ，可以把它看作相电流所产生的一个电抗电压降，这个电抗便是电枢 反应电抗 。 2.同步电抗： = + ,包含两部分，一部分对应于定子绕组的漏磁通，另 一部分对应于定子电流所产生的电枢反应磁通。在实用上，我们通常不把它们分 开，而是把 + 当作一个同步电抗来处理。
电机学第11章2
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法
三、并联投入方法(2)
讨论：1）进行自整步操作时要注意，发电机投入电网时， 励磁绕 组不 应开路，否则励磁绕组中将感生危险高压；励 磁绕组也不直接 短路，否则合闸时定子电流会有很大冲击。 通常的做法是把灭磁电阻接入闭合的励磁回路作为限流电 阻。 2）自整步法主要缺点是投网时冲击电流稍大。
电压不相等时的并联合闸
§11-2 同步发电机并联投入的条件和方法
二、不满足并联投入条件的后果(2)
２、电压相等，相序一致，但发电机频率和电网频率不相等。
U S
U
U U G S
U G
U I c
U S
G S U G
G S
(a)
G S
U U U ，存在电压差 U （1）若fG=fS ，相序一致，但 U G S G S I 二者之间将出现环流 C （见下图)。
U
U G
I C
U U
S
U E 0 G
U S
G S
I C
U U j Z S x S ZG xG 式中 xG″和 xs″属于过渡性质的电抗，其数值很小，尤其对于无 很小，也会产生很大的冲 限大电网， xs″ =0，。因此，即使 U 击环流 IC。 IC
三、研究并联运行时所用的规定正方向
A
发 电 机 一 相 绕 组
I G
E 0
I S U G 电网 U S
X
图11-1 研究并联运行的正方向
§11-2 同步发电机并网投入的条件和方法
一、并网投入条件
为了避免并联合闸时引起电流、功率以及由此引起的发电机内 部的机械应力的冲击，将要投入电网的发电机应满足下列条件： 1. 发电机的电压幅值等于电网电压幅值，而且波形一致。
电机学课件同步电机结构ppt课件
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)
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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
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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
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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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同步发电机的基本结构和工作原理
同步发电机的基本结构和工作原理同步发电机是一种采用电磁感应原理将机械能转化为电能的设备。
它是电力系统中最常用的发电机类型之一，其结构和工作原理对于我们深入了解发电机的工作机制具有重要意义。
本文将介绍同步发电机的基本结构和工作原理。
一、基本结构同步发电机的基本结构包括定子、转子、励磁系统和机械部分。
1. 定子：定子是发电机的不动部分，通常由一组三相绕组和铁心构成。
三相绕组均匀分布在铁心上，并通过定子上的三个相序对称的绕组实现电能的产生。
2. 转子：转子是发电机的旋转部分，通常由一组绕组和铁心构成。
转子的绕组称为励磁绕组，其目的是通过旋转产生磁通，并与定子磁通相互作用，从而引发电磁感应。
3. 励磁系统：励磁系统是发电机提供直流电源的部分，通常由励磁机、整流器和调压器组成。
励磁机通过机械能驱动，产生直流电流，并经过整流器和调压器进行稳定和调节。
励磁系统的主要功能是提供足够的电流，以激励转子产生磁通。
4. 机械部分：机械部分包括轴、轴承和飞轮等设备，用于支持转子的旋转以及传递机械能。
二、工作原理同步发电机的工作原理基于电磁感应和电磁力的相互作用。
1. 励磁：当发电机启动时，励磁机产生的直流电流通过励磁绕组，形成转子磁通。
转子磁通的大小和方向决定了转子在定子磁场中受到的电磁力。
若磁通与定子磁场同相，转子将受到斥力；若磁通与定子磁场反相，转子将受到吸力。
通过调整励磁电流的大小和方向，可以控制电机的输出功率和功角。
2. 电磁感应：当励磁电流形成转子磁通后，转子通过与定子磁场的相互作用，产生感应电动势并输出电能。
根据电磁感应定律，当转子绕组被电磁力驱动旋转时，绕组中将产生感应电动势，从而产生电流。
这些感应电流通过定子绕组，形成电磁场，并与转子磁场相互作用，维持着发电机的运转。
3. 同步：同步是指发电机输出的频率和电流与电网频率和电流相匹配。
在发电机输出电能时，通过调整励磁电流和转速来保持发电机的同步，以确保发电机与电网的稳定运行。
同步发电机结构及工作原理
同步发电机结构及工作原理一、引言同步发电机是一种将机械能转化为电能的发电机。
同步发电机以其高效环保、维护简单、输出电能清洁等优势，逐渐取代传统的发电机结构，成为发电行业的主流。
本文旨在介绍同步发电机的结构及其工作原理。
首先，我们将从发电机各个部分的组成结构入手，详细介绍同步发电机的构造；其次，我们将探讨同步发电机的工作原理，带您了解其发电过程的全貌。
二、同步发电机结构同步发电机的结构非常复杂，主要可分为定子、转子、调节系统等三部分。
下面我们将详细了解这些结构部件。
1.定子定子是同步发电机最关键的部分之一。
它包括定子核心、绕组、接线盒和支架四个部分。
a. 定子核心定子核心是由硅钢片叠压而成，具有较高的磁导率和较低的磁滞损耗。
定子核心的作用是增强磁场，使同步发电机在发电时稳定工作。
b. 绕组绕组是定子的另一关键部分。
它是由一系列互相交错的线圈组成的。
定子绕组通常由铜线制成，这样可以减少电能损失。
绕组的作用是在磁场中产生电磁感应，从而产生电压。
c. 接线盒接线盒是定子的一个重要组成部分。
它主要用于将定子上的绕组与汽轮机组或其他输电线路相连接。
一般来说，同步发电机的接线盒都是封闭并防水的，以避免损坏。
d. 支架支架是定子的支撑结构。
它主要由铸铁或钢材制成，并通过铆钉与定子上的绕组和接线盒相连。
支架的作用是确保定子在高速旋转时保持平衡和稳定。
2.转子转子是同步发电机的旋转部分。
它是由转子轴、极套和转子互感器等组成的。
a. 转子轴转子轴是将转子固定在汽轮机的轴上的主轴。
它通常是由高强度合金钢制成，以支撑转子高速旋转时的重量。
b. 极套极套是同步发电机转子的一个重要部分。
它位于转子的一端，从而承受了定子中产生的磁场。
因此，极套通常是由软磁材料制成，如电力钢或纯铁。
c. 转子互感器转子互感器是同步发电机中一个非常重要的部分。
它主要用于将定子中的电能转换为转子中的电能，并将电能输出。
转子互感器是由线圈和磁芯组成的。
同步发电机结构及工作原理
效率特性
总结词
描述同步发电机在不同负载下的效率表现。
详细描述
同步发电机的效率在不同负载下会有所不同。 在额定负载下，发电机的效率最高，通常可 以达到90%以上。随着负载的减小，效率也 会相应降低。因此，为了提高发电机的效率， 应尽量使其在额定负载下运行。此外，定期 维护和保养也是保持发电机高效率的重要措 施。
清洁空气滤清器
定期清洁或更换空气滤清 器，防止灰尘和杂质进入 发动机。
检查电气系统
检查发电机电气线路、传 感器等是否正常，确保电 气系统安全可靠。
常见故障及排除方法
发电机过热
检查冷却系统是否正常，机油是否足够，通风是 否良好。
发动机异响
检查发动机各部件是否正常，螺丝是否紧固，润 滑是否良好。
输出电压不稳定
同步发电机结构及工作原理
$number {01}
目 录
• 同步发电机概述 • 同步发电机结构 • 同步发电机工作原理 • 同步发电机特性 • 同步发电机的维护与保养
01
同步发电机概述
同步发电机的定义
同步发电机是一种将机械能转换为电 能的旋转电机，其输出电压和频率与 转子转速保持同步。
同步发电机由定子和转子两部分组成 ，其中定子部分包含绕组和铁芯，用 于产生磁场；转子部分则通过励磁绕 组来控制磁场极性和强度。
电流特性
总结词
描述同步发电机输出电流与负载功率之间的关系。
详细描述
同步发电机的输出电流与负载功率之间存在一定的关系。随着负载功率的增加，输出电流将相应增大以满足功率 需求。同时，电流的增大会导致发电机的铜损增加，进而影响发电机的效率。
电机学复习重点整理
第一章变压器1.变压器基本工作原理，基本结构、主要额定值变压器是利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能变换为另一种同频率且不同电压等级的交流电能的静止电气设备，它在电力系统，变电所以及工厂供配电中得到了广泛的应用，以满足电能的传输，分配和使用。
变压器的原理是基于电磁感应定律，因此磁场是变压器的工作媒介变压器基本结构组成：猜测可能出填空题或选择题三相变压器按照磁路可分为三相组式变压器和三相芯式变压器两类变压器的型号和额定值考法：例如解释S9-1250/10的各项数值的含义2.变压器空载和负载运行时的电磁状况；空载电流的组成、作用、性质。
变压器一次侧接到额定频率和额定电压的交流电源上，其二次侧开路，这种运行状态称为变压器的空载运行。
变压器空载运行原理图变压器一次绕组接交流电源，二次绕组接负载的运行方式，称为变压器的负载运行方式。
变压器负载运行原理图实际运行的电力变压器的磁路总是工作在饱和状态下。
通过磁化曲线推得的电流波形可以发现：空载电流（即励磁电流）呈尖顶波，除了基波外，还有较强的三次谐波和其他高次谐波。
2121N N E E =产生主磁通所需要的电流称为励磁电流，用m i 表示； 同理产生主磁通的磁动势称为励磁磁动势，用 m F 表示。
变压器铁芯上仅有一次绕组空载电流0i 所形成的磁动势0F ，即空载电流0i 建立主磁通，所以空载电流0i 就是励磁电流m i ，即m 0i i = 同理，空载磁动势0F 就是励磁磁动势，即m 0F F =或m 101i N i N = 因为空载时，变压器一次绕组实际上是一个铁芯线圈， 空载电流的大小主要决定于铁芯线圈的电抗和铁芯损耗。
铁芯线圈的电抗正比于线圈匝数的平方和磁路的磁导。
因此，空载电流的大小与铁芯的磁化性能，饱和程度有密切的关系。
3. 变压器变比的定义；磁动式平衡关系的物理含义，用此平衡关系分析变压器的能量传递；变压器折算概念和变压器折算方法，变压器基本方程组、等效电路和相量图在变压器中，一次绕组的感应电动势1E 与二次绕组的感应电动势2E 之比称为变比，用k 表示，即k =变压器负载运行时，作用于变压器磁路上111N I F •=和222N I F •=两个磁动势。
电机学第11章同步发电机的基本工作原理和结构
电机学第11章同步发电机的基本工作原理和结构同步发电机是一种利用电力机械装置将机械能转化为电能的设备。
它与其他发电机相比，具有稳定性高、功率因数优、无功功率调节范围广等特点，被广泛应用于电力系统中。
本文将介绍同步发电机的基本工作原理和结构。
一、同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理是基于磁场的相互作用。
当同步发电机的转子与定子的磁场达到同步时，电机就能够正常运转并发电。
1. 磁场产生同步发电机中的磁场产生方式主要有两种：励磁电流产生磁场和永磁产生磁场。
励磁电流产生磁场通过电励磁方式，在定子绕组上通入一定的励磁电流，产生一个旋转的磁场。
这个旋转的磁场称为励磁磁场。
永磁产生磁场则是指在转子上安装具有恒定磁场的永磁体，这种磁场可以不需要外部电流供给而一直存在。
2. 磁场相互作用同步发电机的转子磁场与定子磁场之间会发生相互作用，从而产生电势差。
当转子的磁场与定子的磁场达到同步时，其相互作用最强，电势差也最大。
这个电势差就是同步发电机的输出电压。
3. 转子与定子的同步为了保持转子磁场与定子磁场的同步，同步发电机需要维持一个稳定的转速。
这可以通过机械方式（如涡轮机、风力机）或电子方式（如电子调速装置）来实现。
二、同步发电机的结构同步发电机的结构主要分为转子部分和定子部分。
下面将分别介绍。
1. 转子部分同步发电机的转子部分主要由转子铁心和励磁机构组成。
转子铁心是由导磁材料制成的，可以有效地导引磁场。
励磁机构则提供励磁电流，使转子产生磁场。
2. 定子部分同步发电机的定子部分主要由定子铁心、定子绕组和绕组固定装置组成。
定子铁心用来固定定子绕组，减少能量损耗。
定子绕组则是通过电流产生磁场，与转子产生相互作用。
三、同步发电机的应用同步发电机广泛应用于电力系统中，主要用于发电、补偿、调节等方面。
1. 发电同步发电机能够将机械能转化为电能，通过与电网连接，将发电产生的电能输送到电网供电。
在电网中，同步发电机能够提供稳定的电能，满足用户的用电需求。
同步发电机的基本知识及结构
温升与绝缘等级
温升
指同步发电机在运行过程中各部分温度 相对于环境温度的升高值。温升过高会 影响发电机的性能和寿命，因此需要对 发电机的冷却系统进行合理设计。
绝缘等级
指同步发电机绝缘材料的耐热等级，即 绝缘材料在连续运行条件下能够承受的 最高温度。绝缘等级越高，发电机的耐 热性能越好，但成本也相应增加。
应用领域与前景
• 大型电站：作为主力电源，为电网提供稳定、可靠的电能。 • 分布式能源：在分布式能源系统中，如微电网、智能电网等，同步发电
机可以作为重要的电源组成部分。 • 可再生能源：在风力发电、太阳能发电等可再生能源领域，同步发电机
作为并网逆变器的重要组成部分，实现电能的并网传输。 • 前景：随着电力系统的不断发展和完善，以及可再生能源的大规模应用，
灭磁装置
在发电机停机或故障时， 迅速切断励磁电流，避免 发电机因磁场过强而损坏。
冷却系统
冷却介质
通常采用空气或水作为冷 却介质，将发电机内部产 生的热量带走。
冷却器
冷却器是将冷却介质进行 冷却的装置，如散热器、 冷却塔等。
冷却风扇或水泵
驱动冷却介质循环流动的 装置，如冷却风扇或水泵 等。
03 同步发电机的工作原理
无松动现象。
检查发电机的滑环和电刷，确 保其表面光滑、无磨损、无裂 纹，电刷长度符合要求。
检查发电机的轴承和润滑系统 ，确保轴承无异常声响、无过 热现象，润滑油油位正常、油 质良好。
常见故障及处理方法
发电机无法启动或启动困难
01
检查电源线路、启动电机、控制系统等，确保电源供应正常、
启动电机工作良好、控制系统无故障。
同步发电机的需求将持续增长。未来，同步发电机将朝着更高效率、更 低排放、更高可靠性和更智能化的方向发展。同时，随着新材料、新工 艺和先进控制技术的应用，同步发电机的性能将得到进一步提升。
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
同步发电机工作原理
同步发电机工作原理同步发电机是一种常见的发电设备，它通过同步运转的方式将机械能转化为电能。
在工业生产和生活中，同步发电机被广泛应用于发电厂、风力发电、水力发电等领域。
那么，同步发电机是如何工作的呢？接下来，我们将深入探讨同步发电机的工作原理。
首先，让我们来了解一下同步发电机的结构。
同步发电机由转子和定子两部分组成。
转子是旋转部件，通常由磁钢和励磁绕组构成。
而定子则是静止部件，上面安装有绕组。
当转子旋转时，它会在定子绕组中感应出电动势，从而产生电流。
这就是同步发电机的基本结构。
其次，让我们来了解同步发电机的工作原理。
在同步发电机中，转子通过励磁绕组得到直流电源的激励，从而形成磁场。
当同步发电机与电网连接后，电网的交流电会在定子绕组中感应出电动势，使得定子绕组中也产生电流。
这些电流在定子绕组中形成的磁场与转子的磁场相互作用，从而产生电磁力，驱动转子旋转。
同时，同步发电机也会产生电压，将电能输送到电网中。
此外，同步发电机的同步性也是其工作原理的重要特点。
同步发电机的转速是由电网的频率决定的，因此同步发电机的转子速度始终与电网的频率同步。
只有在与电网同步运转时，同步发电机才能稳定地输出电能。
这就是为什么它被称为同步发电机的原因。
在实际应用中，同步发电机的工作原理还涉及到功率因数的调节、励磁控制、并网运行等方面。
通过合理地控制励磁电流，同步发电机可以实现无功功率的调节，从而提高电网的稳定性。
同时，在并网运行时，同步发电机需要与电网保持同步，以确保电能的稳定输送。
总的来说，同步发电机通过励磁产生磁场，利用电网的交流电感应出电动势，从而产生电流并输出电能。
其同步性和稳定性保证了它在电力系统中的重要地位。
通过深入了解同步发电机的工作原理，我们可以更好地应用和维护这一重要的发电设备。
通过本文的介绍，相信大家对同步发电机的工作原理有了更深入的了解。
同步发电机作为电力系统中的重要组成部分，其工作原理的掌握对于电力工程师和电力从业人员来说至关重要。
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第11章 思考题与习题参考答案
11.1 同步发电机感应电动势的频率和转速有什么关系? 在频率为50H Z 时，极数和转速有什么关系？ 答:频率与转速的关系为：60
pn f = 当频率为Hz 50时，30005060=×=pn 。
11.2 为什么汽轮发电机采用隐极式转子，水轮发电机采用凸极式转子？
答：汽轮发电机磁极对数少（通常p =1），转速高，为了提高转子机械强度，降低转子离心力，所以采用细而长的隐极式转子；水轮发电机磁极对数多,转速低，所以采用短而粗的凸极式转子。
11.3 试比较同步发电机与异步电动机结构上的主要异同点。
答：同步发电机和异步电动机的定子结构相同，都由定子铁心、定子三相对称绕组、机座和端盖等主要部件组成。
但这两种电机的转子结构却不同，同步发电机的转子由磁极铁心和励磁绕组组成，励磁绕组外加直流电流产生恒定的转子磁场。
转子铁心又分为隐极式和凸极式两种不同结构。
异步电动机的转子分为笼型和绕线型两种结构形式，转子绕组中的电流及转子磁场是依靠定子磁场感应而产生的，故也称为感应电动机。
11.4 一台汽轮发电机，极数22=p ，
MW 300=N P ，kV 18=N U ，85.0cos =N ϕ，Hz 50=N f ，试求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率。
解：（1）A U P I N N N
N 6.1132085.010********cos 336=××××==ϕ
（2）MW P N 300= MVA P S N N N 94.35285.0/300cos /===ϕ
var 186527.094.352sin M S Q N N N =×==ϕ
11.5一台水轮发电机，极数402=p ，MW 100=N P ，kV 813.U N =，9.0cos =N ϕ，Hz 50=N f ，求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率；（3）发电机的转速。
解：（1）A U P I N N N
N 553.46489.0108.13310100cos 336=××××==ϕ
（2）MW P N 100= MVA P S N N N 11.1119.0/100cos /===ϕ
var 44.48436.011.111sin M S Q N N N =×==ϕ
（3）min /15020
506060r p f n N =×== 第11章 自测题参考答案
一、填空题
1. 三相对称、直流；
2. 3000、3600；
3. 隐极、凸极；
4. 2、3000；
5. 转子转向、改变；
6. 旋转磁极、旋转电枢；
7.旋转磁极、旋转电枢；
8. 转子、定子磁场；
9. 相同、相同；
10. 笼型转子、抑制转子机械震荡
二、选择题
1.④
2.④
3.②
4.④
5.③
三、简答题
1. 答:同步发电机定子铁心槽内安放着空间相差D 120的电角度的三相对称绕组。
转子由磁极铁心和励磁绕组组成。
当励磁绕组通入直流电流后，建立恒定的转子磁场。
转子由原动机拖动以转速n 匀速旋转时，转子磁场切割定子三相对称绕组，在三相绕组中产生三相对称的电动势。
2. 答：励磁方式分为：
1）直流励磁机励磁系统：其优点是结构简单，直接获得直流电压；缺点是高转速、大容量的直流励磁机在制造和运行维护方面都存在一些困难，所以大容量汽轮发电机难以采用同轴直流励磁机励磁系统。
2）静止半导体励磁系统：其优点是运行、维护方便，由于取消了直流励磁机，使励磁容量得以提高；缺点是励磁电流通过电刷和滑环引入励磁绕组，当励磁电流过大时，将使滑环产生高温而极易损坏。
3）旋转半导体励磁系统：其优点是主励磁机实现了无刷化，避免了流经大电流的滑动接触，提高了电机运行的可靠性；缺点是转动部分的电压、电流难以测量，转子绕组保护比较困难。
四、计算题
解：（1）A U P I N N N
N 82.458.0103.6310400cos 333=××××==ϕ
（2）kW P N 400=
var 30075.0400k tg P Q N N N =×==ϕ。