11章 同步发电机的基本工作原理和结构 课后答案
三相同步发电机的基本工作原理
§ 三相同步发电机的基本工作原理
一、三相同步发电机的基本结构
三相同步发电机由定子和转子两部分组 成。
三相同步发电机定子也称为电枢，主要 由定子铁心、定子绕组、机座、端盖和轴承 部件组成。
同步电机的外形结构
三相同步发电机的转子主要由转子铁心、励磁绕组、集电环、 风扇和转轴等组成。
三相同步电机
三峡电站厂房内景图片
同步发电机基本结构
三相同步电机
二、三相同步发电机的基本工作原理 当三相同步发电机的励磁绕组接到励磁电源上，产生转子磁
极，由原动机拖动旋转，使转子转速达到同步转速后，在气隙中形 成一个旋转磁场。由于三相定子绕组是在空间相隔120°电角度的 对称绕组，切割旋转磁场的磁力线后，分别在U 相、V 相和W 相 定子绕组上，感应出大小相等、相位上互差120°电角度的三相交 流感应电动势，如果气隙中的磁场按正弦规律分布，则三相定子绕 组中感应电动势也是按正弦规律变化，其表达式为：
三相定子绕组中感应电动势变化频率与同步发电机转子磁极对 数和转速有关。其关系式为：
三相同步电机
同步发电机的工作原理图来自 三相同步电机三、汽轮发电机和水轮发电机简介
汽轮发电机的转子
水轮发电机的转子
运行中的汽轮发电机
运行中的水轮发电机
三相同步电机
三相同步电机
三峡水电机组
正在吊装的三峡电站水轮发电机组转子图片
同步发电机的基本工作原理和结构
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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：
同步电机课后习题参考答案
14-1水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同，各有什么特点？14-2 为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些？14-3 同步电机和异步电机在结构上有哪些异同之处？14-4 同步发电机的转速为什么必须是常数？接在频率是50Hz电网上，转速为150r/min的水轮发电机的极数为多少？14-5 一台三相同步发电机S N=10kV A，cosφN=0.8（滞后），U N=400V，试求其额定电流I N和额定运行时的发出的有功功率P N和无功功率Q N。
14-6 同步电机在对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链？它会在励磁绕组中感应电势吗？14-7 同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的，在负载状态是如何激励的？14-8 隐极同步电机的电枢反应电抗与与异步电机的什么电抗具有相同的物理意义？14-9 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？答案：14-3 2p=4014-4 I N=14.43A，P N=8kW，Q N=6 kvar15-1 同步电抗的物理意义是什么？为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的值又是每相的值？15-2 分析下面几种情况对同步电抗有何影响：（1）铁心饱和程度增加；（2）气隙增大；（3）电枢绕组匝数增加；（4）励磁绕组匝数增加。
15-9 (1) *0E =2.236， (2) *I =0.78（补充条件： Ｘ*S 非=1.8） 15-10 (1) *0E =1.771, 0E =10.74kV ，4.18=θ 15-11 0 2.2846E *=, 013.85kv E =，32.63θ=15-12 012534.88v E =，57.42ψ=，387.61A d I =，247.7A q I =16-1 为什么同步发电机的稳态短路电流不大，短路特性为何是一直线？如果将电机的转速降到0.5n 1则短路特性，测量结果有何变化？16-2 什么叫短路比，它与什么因素有关？16-3 已知同步发电机的空载和短路特性，试画图说明求取Ｘd 非和Kc 的方法。
11第11章同步发电机的基本工作原理和结构
11第11章同步发电机的基本工作原理和结构第3篇同步电机现代电力系统中的交流电能几乎都是发电厂中的同步发电机发出的。
但从运行原理上讲，同步电机不仅可以用作发电机运行、也可作为电动机或调相机运行。
本篇主要介绍同步发电机的工作原理、性能、参数及运行方式，对同步电动机和调相机作简要介绍。
大型同步发电机与异步电动机比较，二者的定子相同，其三相绕组流过三相对称电流都将产生一个旋转磁场；但二者的转子却差别很大。
同步发电机转子的主要特点是：①转子绕组外加直流励磁电流而产生一个恒定磁场；②转子转速与定子旋转磁场转速相同，即转子与定子磁场严格保持同步旋转。
因此称为同步电机。
第11章同步发电机的基本工作原理和结构[内容]本章论述同步发电机的基本工作原理、分类与额定值，简述其基本结构与励磁方式。
[要求]●掌握同步发电机的基本工作原理、类型和额定值。
●了解同步发电机的基本结构及各主要部件的作用。
● 了解同步发电机的励磁系统。
11.1 同步发电机的工作原理、分类与额定值一、同步发电机的基本工作原理同步发电机是将机械能转换为电能的电磁装置。
三相同步发电机的基本工作原理可用图11.1.1说明。
同步电机的定子铁心槽内安放着空间相隔o 120电角度的三相对称绕组U1U2、V1V2、W1W2。
转子主要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，转子磁场不断切割定子三相对称绕组，在三相绕组中感应出三相交变电动势,其方向可用右手定则确定。
由于定子三相绕组在空间位置上互差o 120电角度，所以三相电动势在时间上互差o 120相位。
1．感应电动势的波形根据感应电动势公式Blv e =可知,当导体有效长度l 和导体切割磁场线速度v 为常数时，B e ∝，即导体感应电动势的波形取决于转子磁场沿气隙空间分布的波形。
若把转子磁极的极弧设计制造成适当的形状，使它产生的磁场沿气隙空间按正弦规律分布，则定子绕组就能得到正弦波形的感应电动势。
同步电机习题和答案解析
同步电机习题与答案同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的在负载时是如何激励的[答案见后]为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式[答案见后]在凸极同步电机中，为什么要采用双反应理论来分析电枢反应[答案见后]凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗X ad大于交轴电枢反应电抗X aq [答案见后]测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降为原来，对试验结果有什么影响[答案见后]一般同步发电机三相稳定短路，当I k=I N时的励磁电流I fk和额定负载时的励磁电流I fN都已达到空载特性的饱和段，为什么前者X d取不饱和值而后者取饱和值为什么X q一般总是采用不饱和值[答案见后]为什么同步发电机突然短路，电流比稳态短路电流大得多为什么突然短路电流大小与合闸瞬间有关[答案见后]在直流电机中，E>U还是U>E是判断电机作为发电机还是作为电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗为什么[答案见后]当同步发电机与大容量电网并联运行以及单独运行时，其cosφ是分别由什么决定的为什么[答案见后]试利用功角特性和电动势平衡方程式求出隐极同步发电机的V形曲线。
[答案见后]两台容量相近的同步发电机并联运行，有功功率和无功功率怎样分配和调节[答案见后]同步电动机与感应电动机相比有何优缺点[答案见后]凸极式同步发电机在三相对称额定负载下运行时，设其负载阻抗为R+jX，试根据不考虑饱和的电动势相量图证明下列关系式[答案见后]试述直流同步电抗X d、直轴瞬变电抗X′d、直轴超瞬变电抗X"d的物理意义和表达式，阻尼绕组对这些参数的影响[答案见后]有一台三相汽轮发电机，P N＝25000kW，U N＝，Y接法，cosφN＝（滞后），作单机运行。
由试验测得它的同步电抗标么值为X*t＝。
电枢电阻忽略不计。
每相励磁电动势为7520V，试分析下列几种情况接上三相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质：（1）每相是Ω的纯电阻；（2）每相是Ω的纯感抗；（3）每相是Ω的纯容抗；（4）每相是－Ω的电阻电容性负载。
《电机学》习题解答(吕宗枢)-11章
《电机学》习题解答(吕宗枢)-11章-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1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：60pn 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 NN 6.1132085.010********cos 336=⨯⨯⨯⨯==ϕ（2）MW P N 300= MVA P S N N N 94.35285.0/300cos /===ϕv ar 186527.094.352sin M S Q N N N =⨯==ϕ11.5一台水轮发电机，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。
同步发电机工作原理
同步发电机工作原理
发电机是将机械能转换为电能的设备，同步发电机是一种常见的发电机类型。
它的工作原理可以简单概括为根据法拉第电磁感应定律，在磁场中通过转子与定子之间的相对运动来产生电压。
同步发电机包括转子和定子两部分。
转子是由电磁铁芯和线圈构成的，线圈中通有直流电流。
定子是由电磁铁芯和线圈构成的，线圈中通有交流电流。
在工作时，首先将外部的机械能输入到发电机的转子上，使其开始旋转。
转子产生的旋转运动会使得转子上的电磁铁芯与定子之间产生相对运动。
当转子上的电磁铁芯与定子线圈相对运动时，定子线圈中的磁感线会切割过线圈，根据法拉第电磁感应定律，磁感线的变化会在定子线圈中感应出电动势。
由于定子线圈中通有交流电流，因此在定子线圈中就会产生交流电压。
这样，通过定子线圈中的电压输出，同步发电机就将机械能转换为了电能。
这里需要注意的是，因为转子上的电磁铁芯与定子之间的相对运动速度不是无限大的，所以同步发电机产生的电压是交流电。
需要指出的是，同步发电机的特点是其输出电压的频率和电网的频率一致。
这是因为电机的转速是由输入的机械能决定，而电压的频率又与转速相关。
在电力系统中，通过调整同步发电
机的转速可以使得输出的电压频率与电网的频率保持一致，从而保证电力系统的正常运行。
同步发电机的基本知识及结构
同步发电机的基本工作原理
大型同步发电机的结构
大型同步发电机的基本系统
火力发电厂的基本生产过程
烟囱
蒸汽管道 储煤场
汽轮机
发电机
升压站
输煤皮带
锅炉 江河或水库 冷凝器
冷却水
压水堆核电站工作原理
地热能发电原理
水力发电的基本过程
潮汐能发电
N
原始型,采用永磁磁场,转子线 圈上感应出电流经滑环碳刷送出
励磁绕组中通以直流电流励磁，产生恒 定的磁场。当原动机拖动转子以转速n 旋转时，定子绕组导体将切割磁力线， 在定子绕组中将感应出交变电动势。
一、同步发电机的基本工作原理
当导体经过一对磁极，导体中的感应电
动势就变化了一个周波，若转子极对数
为P，转子旋转一周，导体感应电动势
就变化了P个周波，设转子转速为 n，则
感应电动势的频率为：f = pn/60。
一、同步发电机的基本工作原理
同时，当三相对称绕组接有三相对称负 载时，绕组中会有三相对称电流流通， 形成磁场，其合成磁动势是一个幅值恒 定的旋转磁动势，且转速决定于电流的 频率和磁极对数，即转速n1=60f1/p; 显然，转子的转速与气隙磁场的旋转速 度相等，所以称之为同步电机。
三、同步发电机的铭牌
额定功率因数 cos N —指额定运行时电机 的功率因数 额定频率fN（Hz）— 指额定运行时电枢的频 率 额定转速nN（r/min）—指额定运行时电机 的转速，即为同步转速
3、额定值之间的关系：
PN 3UN I N cosN
1.2 大型同步发电机的结构
同步电机的基本结构
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。
(完整版)发电机及电动机合答案
6.1交流绕组的基本知识答案1、2、6 2 3、4、1 0.966 5、（B）6、27、0.866 0.9668、（B）6.2交流绕组的电动势答案1、频率一条支路线圈的匝数N 绕组系数每极下的磁通2、使气隙磁密在空间尽可能按正弦波分布三相绕组接成Y接线采用短距绕组采用分布绕组3、 Y接线4、（D）5、答：同步发电机无论采用星形接线还是角形接线都能改善线电动势的波形，而问题是采用角形接线后，角形接线的三相绕组中有3及3的奇次倍谐波环流，增大附加损耗，会使电机效率下降，温度升高，故同步发电机一般不用角形接线来改善电动势波形；而变压器只有采用角形接线来改善电动势波形。
6.3交流绕组的基波磁动势答案1、脉动相绕组的轴线上2、脉动磁动势幅值的一半相反同相3、答：一相绕组短线：为旋转磁动势；一相电源短线：为脉动磁动势。
4、答：一相绕组短线或一相电源短线均为脉动磁动势。
5、答：短距系数分布系数故短距线匝电动势=分布绕组电动势=因为，，故短距绕组电动势或分布绕组电动势等于整距线匝电动势或集中绕组电动势打了一个折扣，故它们的物理意义实为一个折扣系数。
构成整距线匝的两槽导体电动势在时间相位上互差（反相），故其电动势为两槽导体电动势的代数和，而构成短距线匝的两槽导体电动势的相位差小于，故短距线匝电动势为两槽导体电动势的相量和，由数学知识可知，相量和小于等于代数和，故K总是小于等于1。
同样构成集中绕组各线圈电动势同相（因集中在同一槽内），故集中绕组电动势为各线圈电动势的代数和，而构成分布绕组的各线圈电动势不同相（因分布于各槽内）故分布绕组电动势为各线圈电动势的几何和，因此 6、三相对称绕组通入三相对称电流 9000 W相绕组轴线上7、（C）8、答：合成磁动势为0（不存在幅值、转速、转向与正序的比较）支路电流极距每极每相槽数槽距角基波短距系数基波分布系数基波绕组系数每相串联匝数基波磁动势同步转速10、答：转速升高，为原来转速的倍，既，（1）频率，故频率增加1.02倍。
同步发电机的工作原理
同步发电机的工作原理同步发电机是一种通过机械能转化为电能的设备，它是电力系统中的重要组成部分。
在发电厂、风力发电场、水力发电站等地方，同步发电机都发挥着重要的作用。
它的工作原理是将机械能转化为电能，并与电网同步运行，稳定地输出电能。
下面将详细介绍同步发电机的工作原理。
1. 磁场和电流的相互作用。
同步发电机的工作原理基于磁场和电流的相互作用。
在同步发电机中，通过转子的旋转产生磁场，而定子绕组中通过交流电流产生磁场。
当这两个磁场相互作用时，就会产生电磁感应，从而使发电机产生电能。
2. 三相交流发电。
同步发电机一般采用三相交流发电。
在同步发电机中，转子上的磁场是由直流电源提供的，而定子绕组中则通过交流电流产生磁场。
这样，当转子旋转时，就会在定子绕组中感应出交流电流，从而产生三相交流电。
这种方式可以有效地提高发电机的效率和稳定性。
3. 同步运行。
同步发电机的另一个重要特点是能够与电网同步运行。
在发电机运行时，它的转子速度会与电网的频率保持同步，这样就可以稳定地输出电能。
同时，同步发电机还可以通过调节励磁电流来控制输出电压和频率，以满足电网的需求。
4. 励磁系统。
同步发电机的励磁系统是保证其正常运行的关键。
励磁系统通过提供适当的励磁电流，使发电机的转子产生恒定的磁场，从而保持稳定的输出电压和频率。
励磁系统的设计和控制对于发电机的性能和稳定运行至关重要。
5. 调压系统。
为了保证同步发电机稳定地输出电能，通常还需要配备调压系统。
调压系统可以根据电网的负载变化，实时调节发电机的输出电压，以保持电网的稳定运行。
调压系统通常采用自动控制，能够快速、准确地响应电网的需求。
总之，同步发电机是一种通过磁场和电流相互作用，将机械能转化为电能的设备。
它能够稳定地与电网同步运行，输出稳定的电能。
励磁系统和调压系统是保证同步发电机正常运行的关键。
通过对同步发电机的工作原理进行深入了解，可以更好地理解其在电力系统中的重要作用。
第11章同步电机的基本理论与运行特性
当对称的三相电流流过对称的三相绕组时， 合成磁势为一旋转磁势
定子绕组磁势产生的气隙圆形 旋转磁场与转子励磁产生的磁 场有相同的极对数，磁极相互 吸引，驱动转子旋转——同步 电动机
一、同步电机的结构
同步电机的型式与构造 1. 基本构造型式 2. 汽轮机 3. 水轮机
基本构造型式
组成：固定的定子和可旋转的转子 分：磁极旋转式和电枢旋转式。 磁极旋转式——以电枢为定子，磁极为转子。 使磁极旋转，激磁电流通过集电环送入激磁绕 组。 旋转电枢式应用于小容量同步电机
对励磁系统的要求
当电机内部发生短路故障时， 能快速灭磁和 减磁，以减小故障的损坏程度。 对两台以上并列运行发电机， 能成组调节无 功功率，使无功合理分配。 其他：反映迅速，运行可靠，结构简单，损耗 小，成本低，体积小等
强励指标
励磁电流增长幅度
强励时顶值电压 强励倍数K = 正常工作电压
励磁电流增长速度
同步电机铭牌
我国生产的汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列。 电机型号 额定容量 SN (VA,kVA,MVA等) 或额定功率PN (W,kW,MW 前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，Q表示 等) ：指电机输出功率的保证值。 氢外冷，N表示氢内冷，S表示双水内冷。 额定电压 (V,kV等) ：额定时定子输出端线电压。 系列：TS系列，T表示同步，S表示水轮。 额定电流 (A) ：指额定运行时定子的线电流。 举例：QFS-300-2 表示容量为300MW双水内冷2极汽轮发电机。 额定功率因数 ：额定运行时输出电功率的功率因数。 TSS1264/160-48表示双水内冷水轮发电机，定子外径为1264厘 额定频率 ：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国 米，铁心长为160厘米，极数为48。 标准工业频率规定为50Hz。 外同步电动机系列有TD、TDL等，TD表示同步电动机，后面的 额定转速 ：额定运行时电机的转速，即同步转速。 同步
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。
同步发电机的基本工作原理
2.感应电势的频率 交流电动势的频率f可这样确定:当转子为1对极时，转子旋 转一周，定子绕组中感应电动势变化一个周期；当同步发电机 具有p对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p个周期；当 转子的转速为每分钟n转时，则交变电动势的频率为:
由上式可知:同步发电机定子绕组感应电动势的频率取决于 它的极对数p和转子的转速n。转子转速越高，定子绕组感应电势 E0的频率越高。即 n↑→ f↑。可见，同步发电机极对数p一定 时，转速n与电枢电动势的频率f之间具有严格不变的关系。 说明: 如果发电机作为电源单独给负载供电，对电源频率的要求并 不十分严格，对原动机的转速要求也不很严格。
1.发动机定转子之间出现转差，在发电机转子回路中产生损耗 超过一定值时，将使转子过热。特别是大型发电机组，其热容 量裕度较低，转子易过热。而流过转子表面的差额电流，还将 使转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热。 2. 进入异步运行后，由机端观测到的发电机等效电抗降低，从 电力系统吸收无功功率增加。失磁前所带的有功越大，转差就 越大，等效电抗就越小，从电力系统吸收无功就越大。因此， 在重负荷下失磁发电机进入异步运行后，如不立即采取措施， 发动机将因过电流使定子绕组过热。 3.在高负荷下失磁后，转差也可能发生周期性的变化，使发电 机出现周期性的严重超速，直接威胁着发电机组的安全。 4. 发动机定子端部漏磁增加，将使发电机端部部件和边段铁芯 过热，这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条 件。
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一、同步发电机的类型同步发电机按其原动机的不同，可分为汽轮发电机和水轮发电机两种。
在火电厂中，用汽轮机作为发电机的原动机，转速高（常为1500~3000r/min）；在水力发电站中，用水轮机作为发电机的原动机，转速低（通常在 1000r/min 以下）。
按发电机转子结构的不同，同步发电机可分为隐极式和凸极式两种，如图1-1 所示。
隐极式转子呈圆形，转速高，转子直径小，但长度长，汽轮发电机通常为隐极式。
凸极式转子具有突出的磁极，发电机的励磁绕组绕在磁极上，转速低，常用于水轮发电机。
按发电机与原动机的连接方式不同，同步发电机又有立式和卧式之分，汽轮发电机均为卧式的，水轮发电机两种型式都有；按冷却介质及冷却方式可分为：空气冷却、氢气冷却、水冷却和混合冷却方式等；按照发电机励磁方式来分，同步发电机可分为他励方式和自励方式；按发电机旋转部分划分，有旋转磁场式和旋转电枢式，以旋转磁场式发电机居多，其电枢绕组是定子的一部分，又叫定子绕组。
图1-1（a）隐极式；（b）凸极式二、同步发电机的基本结构同步发电机由定子(固定部分)和转子(转动部分)两部分组成。
1.定子定子是同步发电机的电枢部分,用以产生三相交流电能。
定子由定子铁芯、定子绕组、机座等组成。
定子铁芯由内圆冲有嵌线槽的硅钢片叠装而成,定子绕组用绝缘扁铜线或漆包线绕制而成,并三相对称地嵌放在定子铁芯槽内,如图1-1、图1-2 所示。
定子三相绕组通常接成星形,机座是用来固定铁芯和承受荷重的2.转子由上述,同步发电机的转子有两种结构型式,即凸极式和隐极式。
水轮发电机的转子是凸极式,凸极式转子由磁极铁芯、磁轭、励磁绕组、转子支架、转轴等主要部分组成。
磁极是用1~1.5mm 厚的钢板冲成磁极冲片后铆装成一个整体。
在磁极铁芯上套有励磁绕组。
励磁绕组是由扁铜线绕成,匝间垫有绝缘,励磁绕组与磁极本身之间隔有绝缘。
各励磁绕组串联后接到滑环上。
磁轭通常由整块钢板或用铸钢做成,它用来固定磁极,是磁路的一部分。
同步发电机的基本工作原理分解共27页文档
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
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（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） f N 50Hz ，求： 发电机的转速。
解： （1） I N
PN 3U N cos N
100 10 6 3 13.8 10 3 0.9
4648.553 A
（2） PN 100 MW
S N PN / cos N 100 / 0.9 111.11 MVA
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? 系？ 答:频率与转速的关系为： f 在频率为 50H Z 时，极数和转速有什么关
pn 当频率为 50 Hz 时， pn 60 50 3000 。 60
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 18kV ， cos N 0.85 ，f N 50 Hz ， 11.4 一台汽轮发电机， 极数 2 p 2 ，
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） I N
PN 3U N cos N
300 10 6 3 18 10 3 0.85
2.④
3.②
4.④
5.③
PN 3U N cos N
400 10 3 3 6.3 10 3 0.8
45.82 A
（2） PN 400kW
Q N PN tg N 400 0.75 300k var
2
11320.6 A
（2） PN 300 MW
S N PN / cos N 300 / 0.85 352.94 MVA
Q N S N sin N 352.94 0.527 186 M var
11.5 一 台 水 轮 发 电 机 ， 极 数 2 p 40 ， PN 100MW ， U N 13.8kV ， cos N 0.9 ，
Q N S N sin N 111.11 0.436 48.44 M var
1
（3） n
60 f N 60 50 150r / min p 20
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 三、简答题 1. 答:同步发电机定子铁心槽内安放着空间相差 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） I N