第五章同步电机
《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：
永磁同步电机的设计与控制
永磁同步电机的设计与控制第一章：绪论永磁同步电机是一种新型的高效率、高功率密度的电机，已经在电动汽车、风力发电机、工业自动化等领域得到了广泛的应用。
本文将详细介绍永磁同步电机的设计和控制方法。
第二章：永磁同步电机的结构及原理永磁同步电机分为表面永磁式和内置永磁式两种结构，本文主要介绍表面永磁式永磁同步电机。
表面永磁式永磁同步电机由定子、转子和永磁体三个部分组成。
其中，定子装有三个相位的绕组，电流流经绕组时产生旋转磁场。
转子则由带有永磁体的铁芯构成，永磁体的磁场与定子旋转磁场形成磁矩，从而产生转矩。
第三章：永磁同步电机的设计永磁同步电机的设计包括选型、计算和仿真三个方面。
选型时需要根据具体的应用场景，选择合适的功率、转速等参数。
计算方面需要根据电机的结构参数，如磁极数、绕组匝数等，计算电机的性能参数，如转子电感、定子电阻等。
仿真则是通过电机仿真软件进行的，可以进行电机性能模拟、相位电流控制仿真等。
第四章：永磁同步电机的控制永磁同步电机的控制包括电压源控制和电流源控制两种方式。
电压源控制是通过控制电机的电网侧电压，控制电机的转速和转矩，需要控制电机的反电动势。
电流源控制则是通过控制电机的电机侧电流，控制电机的转速和转矩。
电流源控制不需要控制反电动势，可以提高电机的控制精度。
第五章：永磁同步电机的应用永磁同步电机在电动汽车、风力发电机、工业自动化等领域得到了广泛应用。
在电动汽车中，永磁同步电机具有高效率、高功率密度、质量轻等优点。
在风力发电机中，永磁同步电机可以通过尽可能地提高风力机的利用率，提高风力发电机的发电效率。
在工业自动化中，永磁同步电机可以被应用于各种机械传动系统中，提高传动效率，降低能耗。
第六章：结论永磁同步电机是一种新型的高效率、高功率密度的电机，在电动汽车、风力发电机、工业自动化等领域有广泛的应用前景。
掌握永磁同步电机的设计和控制方法，对于电机的工程应用具有重要的意义。
同步电机ppt课件
令 Xt XaX
E 0
电动势平衡方程
E a E
E 0UIR ajIX t
X t --同步电抗
Ea jIX a E jIX
表征在对称负载下，单位三相电流 产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中 感应的电动势。
4.8 同步电机
二、等效电路和相量图 等效电路
相量图
根据相量图可求出
E 0U c o s R a I2 U sin X tI2
4.8 同步电机
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
4.8 同步电机
4.8 同步电机
汽轮发电机结构 （1）定子铁心
4.8 同步电机
4.8 同步电机
汽轮发 电机结 构
4.8 同步电机
水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
4.8 同步电机
水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
(4)根 据 E0 U IRa jIdXd jIqXq, 从M点 依 次j作 IqX出 q及jIdXd,得 到 末 端G,连 接 OG 线 段 即 E0得 .
4.8 同步电机
2 隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路
一、电动势方程
电磁关系：
Φ f
If
Ff
Φ 0
I
Fa
Φ a
Φ
不计磁路饱和时有下列关系
arctanXtIUsin RaIUcos
4.8 同步电机
当忽略电枢回路电阻时得到的等效电路称为简化等 效电路,对应的相量图称为简化相量图
思
考
分别作出汽轮同步发电机带阻性、
题
纯感性、纯容性、电感性、电容性负
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理一、概述同步电机是一种特殊的交流电机，它的转速与电源频率同步，因此被称为同步电机。
同步电机广泛应用于工业生产中，如电力系统、机械传动和电动车辆等领域。
本文将详细介绍同步电机的工作原理。
二、同步电机的基本结构同步电机由定子和转子两部分组成。
定子是由电磁铁圈和绕组构成，绕组通常采用三相对称的绕组形式。
转子由永磁体或电磁铁圈构成，转子上的永磁体与定子的磁场相互作用，产生转矩。
三、同步电机的工作原理1. 磁场产生同步电机的定子绕组通电后，产生的磁场称为定子磁场。
定子磁场的磁通量密度与定子电流成正比。
转子上的永磁体或电磁铁圈产生的磁场称为转子磁场。
2. 磁场同步当定子磁场与转子磁场的磁通量密度相等时，两者的磁场达到同步。
这时，定子磁场和转子磁场的磁通量密度在空间上保持一致，形成一个旋转磁场。
3. 转矩产生同步电机的定子磁场与转子磁场之间产生的磁场相互作用，产生转矩。
这个转矩使得同步电机能够启动并运转。
四、同步电机的工作特点1. 转速恒定同步电机的转速与电源频率同步，因此转速是恒定的。
这使得同步电机在需要恒定转速的场合非常适用，如电力系统中的发电机。
2. 高效率同步电机的转速恒定，可以使其在额定负载下运行，从而提高效率。
同步电机的效率通常高于异步电机。
3. 启动困难同步电机的转子磁场必须与定子磁场同步，因此启动时需要外部的助力。
常见的启动方法有使用起动器、改变电源频率等。
4. 高功率因数同步电机的功率因数通常高于异步电机，可以提高电力系统的功率因数，减少无功功率的损耗。
五、同步电机的应用领域1. 电力系统同步电机广泛应用于电力系统中的发电机。
其稳定的转速和高功率因数使其成为电力系统中的重要组成部分。
2. 机械传动同步电机在机械传动中具有高效率和恒定转速的特点，适用于需要恒定转速的场合，如风力发电机组、水泵等。
3. 电动车辆同步电机在电动车辆中也有应用，其高效率和高功率因数可以提高电动车的续航里程和性能。
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理一、概述同步电机是一种重要的电动机类型，广泛应用于各种工业领域。
它的工作原理是基于电磁感应和电磁力的作用，通过外加电源的驱动，使得电机的转子与磁场同步运动。
本文将详细介绍同步电机的工作原理。
二、同步电机的构造同步电机由定子和转子两部分组成。
定子是由若干个绕组和磁极组成，绕组连接在电源上，形成磁场。
转子是由磁性材料制成，通常为永磁体或者由直流电源供电的电磁体。
定子和转子之间的磁场相互作用，使得电机运转。
三、同步电机的工作原理1. 磁场产生同步电机的定子绕组通电后，产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场的频率由电源的频率决定，通常为50Hz或60Hz。
磁场的极性随着时间的推移而改变，形成一个旋转的磁场。
2. 转子运动同步电机的转子受到定子磁场的作用，被迫与定子磁场同步旋转。
当转子与定子磁场同步旋转时，电机处于同步状态。
3. 同步速度同步电机的旋转速度与旋转磁场的频率有关，通常表示为n_s。
同步速度可以通过下式计算得到：n_s = 120f/p其中，n_s为同步速度，f为电源频率，p为极对数。
4. 工作原理解释当同步电机的转子速度与同步速度相等时，电机处于同步状态，电机转子不会滑动。
但是在实际应用中，转子速度往往与同步速度有微小的差异，这个差异称为滑差。
滑差的存在会导致电机产生转矩，从而驱动负载运动。
5. 同步电机的特点同步电机具有以下特点：- 转速稳定：同步电机的转速与电源频率成正比，因此转速非常稳定。
- 功率因数高：同步电机的功率因数通常接近1，可以提高电网的功率因数。
- 高效率：同步电机的效率较高，适用于长时间运行的工业应用。
- 高起动转矩：同步电机的起动转矩较大，适用于需要大起动转矩的应用。
四、应用领域同步电机广泛应用于以下领域：1. 发电机组：同步电机常用于发电机组中，将机械能转化为电能。
2. 工业驱动：同步电机适用于各种工业驱动，如风机、泵和压缩机等。
3. 交通运输：同步电机常用于电动汽车和高速列车等交通工具中。
电机与拖动第5章同步电机课件
◆结论（对于同步发电机）：
① 交轴电枢反应使气隙磁场发生畸变，F0 始终 超前于 F，即主极磁场超前于气隙合成磁场， 使主磁极始终受到一个制动性质的 Te 的作用， 原动机克服该制动转矩而做功，从而实现了 机械能到电能的转换。
② 直轴电枢反应产生去磁或增磁作用，对同步 电机的运行性能影响很大。
四、三相同步电机的运行状态
Fa = Fad＋Faq I1 Id Iq
Id I1 sin
Iq
I1
cos
2. 基本方程式 电磁关系(不计磁路饱和) ：
Uf If
F0 0 E0
Id Fad ad Ead
E1
U1 I1
Iq Faq aq Eaq
s Es
R1I1
E1 E0 Ead Eaq
因为 Ead ∝ad ∝Fad ∝Id
• 关于相序：
转向及绕组相序已标明；或用相序指示器判断。
• 关于空载端电压： 调节 If → 调节 E0 ；调节瞬时速度→改变相位。
• 关于频率：调节 n →调节 f 。
二、并联运行的方法
1. 准确整步法
方法：把 G 调整到完全符合并网条件时，才投入电网。 缺点：手续繁琐，费时较多。
2. 自整步法
If = f ( I1)
三、效率特性
1
P P2 P
100 %
※ N = 94% ~ 98.5%； 氢冷时，N 增加约 1%。
5.6 同步发电机与电网的并联运行
一、并联运行的条件
1. 发电机的相序与电网相序一致 2. 发电机的频率与电网频率相同 3. 发电机的端电压与电网电压相等
1. 发电机的相序与电网相序一致
5.1 同步电机的基本结构和额定值
05第5章 同步电机
If
I
Ff
Fa
0 a
E0
Ea j I xa
Ea
I Ra
E
E
E j I x
第5章 同步电机
2、隐极发电机的电势方程式
E 0 U ra I j I xt
简化方程式
E 0 U j I xt
称为同步电抗
其中
xt xa x 并且有
第5章 同步电机
5.2 空载和负载时同步发动机的磁场
一、空载运行
0
f
同步电机的空载磁路
第5章 同步电机
空载运行时，同步电机内仅有由励磁电流所建立
的主极磁场。
前图表示一台四极电机空载时的磁通示意图。从图可
见，主极磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ两部分，前者通
过气隙并与定子绕组相交链，后者不通过气隙，仅与励磁
第5章 同步电机
四、有功功率
输入 功率P1
电磁功 率Pem
输出功
率P2
机械损 耗pmec
铁损pFe 附加损 耗pad
定子铜损 pcu1
Pem P1 ( Pmec PFe Pad ) P1 P0 P2 Pem Pcu1 Pem
第5章 同步电机 1、有功功率功角特性
对电机的影响
Ψ= j
F
波形 畸变 削弱 增强
n(f)
下降
不变 不变
U
不变 下降 上升
负载性质
q轴 d轴 d轴
Ψ+900 Ψ+900 Ψ+900
《同步电机》课件
详细描述：同步电机在电力系统中扮演着至关重要的角色。作为发电机，它可以将机械能转化为电能 ，为电力系统提供电源。作为电动机，它可以将电能转化为机械能，驱动各种设备和机械。此外，同 步电机还用于调节电力系统中的无功功率、稳定系统电压和改善电能质量。
CHAPTER 02
同步电机的结构与工作原理
同步电机的故障诊断与维护
同步电机的常见故障及原因分析
故障一
振动过大：可能原因是转子不 平衡、轴承损坏、气隙不均等
。
故障三
声音异常：可能原因是转子松 动、轴承损坏、气隙不均等。
故障二
温度过高：可能原因是负载过 大、通风不良、绕组短路等。
故障四
输出功率不足：可能原因是绕 组短路、转子断路等。
同步电机的故障诊断方法
同步电机的结构组成
01
02
03
转子
同步电机的主要旋转部分 ，通常由励磁绕组和铁芯 组成。
定子
固定部分，包括三相绕组 和机座。
气隙
转子和定子之间的间隙， 对电机性能有重要影响。
同步电机的工作原理
励磁绕组通电产生磁场
励磁绕组通电后产生磁场，该磁场与转子相互作用产生转矩。
旋转磁场与转子的相互作用
旋转的磁场与转子上的导体相互作用，产生转矩，使转子旋转。
智能化
未来同步电机技术将更加注重智能化，实现电机 的远程监控和智能控制。
绿色化
未来同步电机技术将更加注重绿色化，推动电机 的环保和可持续发展。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
直接控制
通过控制电机的输入电 压或电流，实现对电机 转矩和转速的直接控制
。
间接控制
通过控制电机的输入频 率或极数，实现对电机 转矩和转速的间接控制
同步电机习题
第五章同步电机
5-1 什么是同步电机？极数是怎样决定它的转速的？75r/min、50Hz
的电机有几极？
答：同步电机是一种交流电机。其特点是转子的旋转速度必须与旋转磁场旋转速 度(即同步转速）严格同步。在频率一定时，其转速为一系列固定值。同步电机
的转速与电流频率成
f
正比，与极对数
p
成反比，满足关系 n n1
由题可知： sinN 0.6 ， cosN 0.（8 滞后），
N 36.87 ， X*d 1.002 ， X*q 0.647 。
由相量图计算如下：
*
EQ
（I*
X
q*cos
N）2
（U
*
I* X q*sinN）2
（1 0.647 0.8）2 （11 0.647 0.6）2 1.482
省电站投资适用于低转速，大容量的低水头电站。 缺点：转子重心在推力轴承上方，机组稳定性差，推力轴承直径大，损耗大。
5-7 一台转枢三相同步发电机，以转速逆时针旋转，主磁极对电枢是 什么性质的磁场？对称负载运行时，电枢反应对电枢的转速和转向如 何？对定子上主磁极的相对转速又是多少？主极绕组感应出电势 吗？
ZB
UB IB
U I
UN
U
2 N
cosN
3I N
PN
6.32 0.8 21.168 1.5
直轴同步电抗的标幺值
X*d
Xd ZB
21.2 21.168
1.002 ;
交轴同步电抗的标幺值
X*q
Xq ZB
13.7 21.168
0.647
额定相电压的标幺值
U
*
1.0
，额定相电流的标幺值
第五章同步发电机励磁自动控制系统解读
频率稳定性
电压稳定性
大干扰电压 稳定性
大干扰功角 稳定性
小干扰电压 稳定性
短期稳定性 短期稳定性
2019/1/1
短期稳定性 长期稳定性
长期稳定性
15/43
电力系统稳定性的定义与分类
功角稳定性
表征着系统维持同步的能力，主要原因是发电机输入、 输出转矩平衡受到破坏，失步的形式可能是功角单调 增长，也可能是增幅振荡。分析时间为10~20s
2019/1/1 5/43
一 同步发电机励磁控制系统的任务
1、电压控制(调压精度0.5%) 2、控制无功功率分配 3、提高同步发电机并联运行的稳定性 4、改善电力系统的运行条件
改善异步电动机的自启动条件 为发电机异步运行创造条件
提高继电保护装置工作的正确性
5、水轮发电机组要求实行强行减磁
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I G cos K1
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2 控制无功功率分配—与无穷大母线并联运行
发电机励磁电流变化只是改变了机组的 无功功率Q和功率 角δ值的大小。
U G = 常数
G
I G
与无穷大母线并联运 行的机组，调节励磁 电流就可以改变发电 机的无功功率。
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2 控制无功功率分配—多台发电机并 联运行 并联发电机组无功功率分配取决
2019/1/1
小扰动小变速运行状态
1954年苏联学 者维.柯.维尼柯 大扰动小变速运行状态 夫《电力系统 大扰动大变速运行状态 机电过渡过程》
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电力系统稳定性的定义与分类
1 静态不稳定性
功角过大而失步（滑行失步） 1974年美国学者 大小扰动引起的振荡失步
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理一、引言同步电机是一种常见的电动机类型，其工作原理是基于电磁感应和磁场互作的原理。
本文将详细介绍同步电机的工作原理，包括结构、工作方式和工作原理的基本原理。
二、同步电机的结构同步电机由定子和转子组成。
定子是由若干个绕组组成的电磁线圈，绕组中通有交流电源。
转子是由永磁体或电磁线圈组成的，通过电磁感应与定子的磁场相互作用，产生转矩，从而驱动转子旋转。
三、同步电机的工作方式同步电机有两种工作方式：同步工作和异步工作。
1. 同步工作同步电机在同步工作方式下，转子的转速与定子的旋转磁场的频率完全相同，因此称为同步电机。
在同步工作方式下，同步电机的转子始终与定子的磁场保持同步，转矩稳定，转速恒定。
同步电机常用于需要精确控制转速的应用，如电力系统中的发电机、电动机等。
2. 异步工作同步电机在异步工作方式下，转子的转速与定子的旋转磁场的频率不同，因此称为异步电机。
在异步工作方式下，同步电机的转子与定子的磁场之间存在滑差，转矩不稳定，转速不恒定。
异步电机常用于需要启动转矩较大的应用，如电动机、压缩机等。
四、同步电机的工作原理同步电机的工作原理基于电磁感应和磁场互作的原理。
下面将详细介绍同步电机的工作原理。
1. 电磁感应原理当定子绕组通电时，会产生一个旋转的磁场。
根据电磁感应定律，转子中的导体将受到电磁力的作用，导致转子开始旋转。
这个旋转的运动将持续下去，直到转子的转速与定子的旋转磁场的频率达到同步。
2. 磁场互作原理同步电机的转子上通常设置有永磁体或电磁线圈。
当定子的旋转磁场与转子上的永磁体或电磁线圈的磁场相互作用时，会产生转矩，从而驱动转子旋转。
这种转矩的大小与定子和转子之间的磁场强度、磁场分布等因素有关。
3. 同步工作原理在同步工作方式下，同步电机的转子始终与定子的磁场保持同步。
定子的旋转磁场通过定子绕组产生，绕组中通有交流电源。
定子绕组通电后，产生的旋转磁场将与转子上的永磁体或电磁线圈的磁场相互作用，产生转矩，驱动转子旋转。
电机学-同步电机的最基本知识和结构
检查电机紧固情况
定期检查电机各部件的紧固情况， 包括地脚螺丝、端盖、轴承盖等， 确保没有松动或脱落现象。
润滑轴承
根据电机使用情况和要求，定 期对电机轴承进行润滑，保证 轴承运转灵活、无异常声响。
监测电机运行参数
定期监测电机的电压、电流、 温度等运行参数，确保电机在
允许范围内运行。
常见故障类型及原因分析
应用领域及重要性
应用领域
同步电机广泛应用于电力、冶金、石油、化工、纺织、造纸 等工业领域，以及交通运输、国防、航空航天等领域。
重要性
同步电机在国民经济和国防建设中占有重要地位。作为电动 机，它可驱动各种机械设备，实现生产过程自动化和电气化 ；作为发电机，它是电力系统中的重要组成部分，为工农业 生产和人民生活提供电能。
电机不能启动或启动困难
可能原因包括电源故障、电机内部故 障（如绕组短路或开路）、负载过重 等。括 轴承磨损、转子不平衡、气隙不均匀 等。
电机过热
可能原因包括过载、散热不良（如风 扇故障或散热片堵塞）、环境温度过 高等。
电机绝缘性能下降
可能原因包括绝缘老化、潮湿、污染 等，会导致电机漏电、匝间短路等故 障。
04
同步电机运行特性及性能 指标
空载运行特性
空载电压波形
同步电机在空载运行时，其端电 压波形应为正弦波，且波形畸变
率小。
空载电流
空载电流较小，通常为额定电流的 20%～30%，主要用于电机铁芯的 磁化。
空载损耗
主要包括铁损耗和机械损耗，用于 衡量电机在空载状态下的效率。
负载运行特性
负载电压波形
02
同步电机结构组成与部件 功能
定子部分
定子铁芯
构成电机磁路的一部分，并嵌放定子 绕组。一般采用0.5mm厚的硅钢片 冲制叠压而成，以减少涡流引起的热 量。
《现代电机控制技术(第2版)》第5章 三相永磁同步电动机直接转矩控制
还可以将 d 和 q 表示为
d f Ldid q Lqiq
(5-16) (5-17)
d s cos sf
q s sin sf 将式(5-18)和式(5-19)代入式(5-16)和式(5-17)，可得(5-18) (5-19)
id
ψs
cos sf
Ld
f
iq
ψs
sin sf
Lq
3
5.1.1 转矩生成与控制
1．面装式 PMSM 面装式 PMSM 中的定子电流和磁链矢量如图 5-1 所示，在面装式
PMSM 中，存在着如下三个磁场：一个是永磁体产生的励磁磁场 ψf ，称 为转子磁场；一个是定子
电流矢量 is 产生的电枢磁 场 Lsis ；另一个是由两者 合成而得的定子磁场 ψs 。 即有
11
2. 插入式和内装式 PMSM
对于插入式和内装式 PMSM，由式(3-57)已知，电磁转矩方程为
te p0[ f iq (Ld Lq )idiq ]
(5-15)
图 5-3 所示为插入式和内装式 PMSM 的矢量图。
图 5-3 插入式和内装式 PMSM 的矢量图
12
图 5-3 中，定子磁链矢量 ψs 在 dq 轴系中的两个分量 d 和 q 可表 示为
制 sf 可以控制电磁转矩，这就是 PMSM 直接转矩控制基本原理。
在 ABC 轴系中，定子电压矢量方程为
us
Rs is
dψs dt
若忽略定子电阻 Rs 的影响，则有
(5-6)
式(5-7)可近似表示为
us
dψs dt
(5-7)
ψs us t
(5-8) 7
式(5-8)表明，在很短时间 t 内，矢量 ψs 的增量 ψs 等于 us 与 t 的乘 积，ψs 的方向与外加电压 us 的方向相同。定子电压矢量作用与定子磁链 矢量轨迹变化如图 5-2 所示。
电机学 第5章 同步电机
输出电压随转子转角变化而变化，两者呈成正弦、余弦函 数关系称为正余弦旋转变压器；成线性关系称为线性旋转 变压器，主要用于坐标变换、三角运算的角度测量等。
转子转速与磁场转速不相等。 n0=60f/p，n不等于n0。
退出
3、三相同步电动机的运行特性
（1）机械特性
转速与负载转矩之间的关系。
n
n=f（M）
n0
由于同步电动机转速恒定不随转
矩而变，这种特性成为绝对硬特
性，即恒转速特性。是同步电动
M
机的基本特性。
退出
（2）工作特性
指同步电动机外加电压、励磁电流为常数时电磁转矩、定 子电流、功率因数、效率、和输出机械功率P2之间的关系曲 线。
退出
额定容量SN 3U相I相；
输出有功功率 SNcos；
输出无功功率 SNsin；
额定电压：线电压U
；
L
额定电流：线电流I；
当Y形连接时，额定电流 SN SN 3U相 3UL
当形连接时，额定电流 SN SN 3U相 3UL
退出
解：(1)转子磁极对数p 3,旋转磁场转速为
n 60f 60 50 1000r/min
退出
例：一台三相Y形连接的隐极同步发电机，每相电抗 为2欧姆，每相电阻为0.1欧姆，当容量为500kvA， cosφ=0.8（滞后）时，端电压为2300v，求气隙磁场在 一相绕组中产生的电动势。
解：相电压U UL 2300 1327.9V
3
3
相电流I S 500103 125.（ 5 A） 3UL 3 2300
退出
3、微型同步电动机
将不变的交流电信号转变为转速恒定的机械运动。在自动 控制中作为执行元件。在恒速传动装置中广泛应用。分为永 磁式、反应式、磁滞式等类型。
第五章 同步发电机的灭磁
第五章同步发电机的灭磁第一节概述近年来，随着主机容量的增加，发电机的自动灭磁系统越来越受到重视。
特别是对于采用快速励磁系统的同步发电机而言，当电机内部出现故障时，要求尽快地灭磁以缩短在故障点的燃弧时间。
当采用发电机-变压器组接线时，在发电机外部至变压器以及主断路器连接的导线上出现故障时，发电机也需要快速灭磁。
当发电机定子绕组发生接地时，将产生接地故障电流。
如果发电机中性点经高电阻接地，一个定子线棒的绝缘被击穿，故障电流较小，铁芯损伤不会太严重。
如果故障电流较大，除击穿线棒绝缘外，还将有严重的铜和铁芯的烧坏，这种故障至少需要更换损坏的绝缘，甚至部分地拆修发电机的定子铁芯。
从这一观点出发，有的制造厂认为发电机可以不用灭磁开关，对于生产具有无刷励磁系统机组的厂家，更倾向于这一观点。
因为在小电流故障时，并不需要快速灭磁，而当大故障电流时，快速灭磁能否限制铜以及铁芯的损坏仍有争议。
如果认为不采用快速灭磁装置，在某些场合本来很小的损坏会导致更大的烧损事故。
采用简单而有效的快速灭磁装置还是有必要的。
特别是现代大型水轮发电机多采用单元式接线，为降低发电机、变压器及高压电缆（若有的话）故障所造成的损害，希望发电机在此情况下能快速灭磁。
由于汽轮发电机转子本身的巨大阻尼作用，使汽轮发电机的快速灭磁变得十分困难。
但对水轮发电机，快速灭磁是可以实现的，并且具有十分重要的意义。
如上所述，对发电机灭磁系统的主要要求是可靠而迅速地消耗存储在发电机中的磁场能量。
最简单的灭磁方式是切断发电机的励磁绕组与电源的连接。
但是这样将使励磁绕组两端产生较高的过电压，危及到主绝缘的安全。
为此，灭磁时必须使励磁绕组接至可使磁场能量耗损的闭合回路中。
目前灭磁系统就其原理而言，主要有以下几种方式：（1）具有短弧栅片的灭磁系统；（2）利用非线性电阻的灭磁系统；（3）利用恒值电阻的灭磁系统。
如按磁场能量的消耗方式而言，在灭弧栅片式灭磁系统中，磁场能量主要消耗在开关中，可称为耗能型。
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
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电机学
同步电机结构模型
第五章同步电机
电机学
定子包括：定子铁心、电枢绕组、机座、端盖。 1、定子铁心
➢ 铁心由厚度为0.35或0.5mm的电工钢片叠成 ➢小型电机的定子钢片可以整块冲成 ➢定子铁心的外径较大时，每层钢片常由若干
块扇形片组合而成。
2、定子的机座
➢常由钢板焊接而成 ➢与外壳和端盖构第五成章同仅步电与机 风室沟通的密闭系统
• 作为电动机使用，在不要求调速的大功率生产机 械中使用较多。
• 作为同步补偿机使用（又称为调相机），专门向 电网发出感性和容性无功功率，满足电网对无功 功率的要求。
第五章同步电机
电机学
5.1.1三相同步电机的基本结构
主要特征： 1、定子和异步电机基本相同，定子铁心上有齿和槽， 槽内设置三相对称绕组。 2、转子上装有磁极和激励绕组。当激励绕组通以直 流电流后，产生转子磁场。 3、原动机带动转子旋转，则磁场与定子绕组间有相 对运动，在定子绕组中感应出三相交流电势。 4、电势的频率取决于电机的: 极对数、转子的转速
E E0 Ea E
假设定子和饱 转和 子， 铁则 心电 不 枢 a可 反 看 应 成 磁 与 通 反应I电 成流 正 ,则 比对应的电数 感E 。 可 a可看 看成 成常 是电枢 抗 Xa上的电压E 降 可 。 看 同 成 理 是X 漏 上 磁的 电压 抗降。
EE0EaEE0jX aI-jX I EE0j（ X aX ） IE0jX SI
UE04.44fN 0
式中 0 为一对磁极产生的主磁通，其大小可由If
调节，N为定子每第五相章同绕步电组机 匝数。
电机学
C、f为电动势的频率。
f Pn HZ 频率表示每秒钟切割磁力线的次数。 60
P为转子磁极对数，n为转子转速（转/分），当n 不变时才有f不变。
当空载运行时只须克服摩擦、风阻及铁损等形式 的空载转矩。
电机中少量的漏磁通
E
第五章同步电机
电机学
负载时定子中通以电流产生了电枢磁场，电 枢磁场使气隙磁场发生变化的作用称为电枢 反应。这时的气隙磁场是电枢磁场和转子磁 场合成的旋转磁场。
第五章同步电机
电机学
转子磁场 0 E0空载电动(势 每相定子绕组中产 ) 生 电枢磁场 a Ea反电动势 漏磁通 E 电枢绕组总的感应势 电为 动：
第五章同步电机
电机学 第五章同步电机
电机学
➢ 汽轮发电机都为隐极式 • 汽轮机高速时较为经济 • 一般都为两极机，转速为3000r/min
➢ 水轮发电机都为凸极式 • 水轮机转速较低 • 转速为每分钟十转至数百转，依水头高低、 流量大小而定 • 水轮发电机的极数就很多
第五章同步电机
电机学
➢ 同步电机有较大的空气隙 • 0.5～0.8左右 • 激磁电流由其他电源供给
第五章同步电机
电机学
5.1.2三相同步发电机
定子铁心
定子绕组
源+ 励
n
磁
电
-
励磁绕组
第五章同步电机
电机学
1、基本工作原理
（1）空载运行
定子三相绕组开路时即为空载运行状态。
A、转子绕组中通直流电，产生磁场Φ0 B、原动机拖动转子旋转，产生旋转磁场，该磁场 沿气隙按正弦规律分布，定子绕组内磁通发生变 化产生感应电动势，也按正弦规律变化。定子三 相绕组结构相同，空间分布相差120度，因此三相 绕组感应的电动势幅值、频率相同，相位相差120 度。
由于转速高，离心力大，槽楔必须有足够的 机械强度，并且不导磁，故一般采用铝青铜或硬铝 等合金材料制成。
第五章同步电机
电机学
两极汽轮发电机的转子剖面图
第五章同步电机
电机学
➢ 转子绕组 • 转子绕组用矩形截面的导体绕制
➢ 转轴 • 转轴经联轴器与汽轮机相联的一端为汽机端 • 转轴经联轴器与励磁机相连的另一端为励磁机端 • 转速较快，转轴需要极好的平衡
电机学
3、端盖
➢常用非磁性材料铸造而成 ➢一般制成左右两半
4、定子绕组 ➢ 一般均采用双层三相对称绕组
➢ 定子槽型均系矩形开口槽：为了便于绕组下线 ➢ 表面涂防晕漆
第五章同步电机
电机学
转子包括：转子铁心、转子绕组、滑环和转轴。 转子有两种类型：凸极式、隐极式。 （1）凸极式
有明显的极，励磁绕组绕在铁心上，可以是一 对、两对，机械强度较低适用于转速低的场合， 但结构简单。
➢ 磁极由厚度为1～2mm的钢片叠成 ➢ 在极心上套有激励绕组
第五章同步电机
电机学 第五章同步电机
电机学
（2）隐极式
➢ 没有明显的极，转子为一圆柱体，工艺复杂，机
械强度高。
➢ 圆周上铣有槽和齿
➢ 槽的部分约占圆周的2/3
➢ 激磁绕组为一分布绕组，嵌入槽中
➢ 极数较少，转速较高时，应用隐极式转子
➢ 当极对数P≥3时，由于构造上的困难，都 用凸极式
第五章同步电机
电机学
（2）负载运行
当定子绕组与负载相连，电枢绕组中通过电流即 进入负载运行状态。
转子绕组
产生旋转磁场Φ0
产 生 的
定子绕组
E0
假设负载对称
I0三相对 称交流电
Φa电枢磁场， 转速为n0
磁 场
Ea
60f 60 pn
n0
p
n p 60
所以Φa与转子相对静止，它们总是同步在空间旋转， 同步电机的名称由此而来。
Xs为同步电抗包括 电枢反映感抗和电 枢漏感抗。
第五章同步电机
电机学
内阻抗
定子绕组U 端 E-电 RaI压 E0 （ 为 Ra： jX S） I
Ra很小忽U 略 E-， RaI 所 E0以 jX SI
jXS
I
E0
U
a
E0
θU
jX S I
φc b
电机学
第五章 同步电机及控制电机
5.1 同步电机
5.1.1 三相同步电机的基本结构 5.1.2 三相同步发电机 5.1.3 三相同步电动机
5.2 控制电机
5.2.1 控制电机概述 5.2.2 步进电动机
第五章同步电机
电机学
5.1同步电机
同步电机主要用途：
• 主要作为发电机使用,工农业的交流电几乎全由同 步发电机发出。
转子
第五章同步电机
电机学 第五章同步电机
电机学
➢ 转子直径限制在1m左右 • 受到转子材料机械强度的限制
➢ 增大电机容量： • 就只能增加转子的长度
➢ 转子材料的要求极高 • 采用含铬、镍和钼的特种合金钢
➢ 构造：整块式和组合式两种
第五章同步电机
电机学
➢ 转子本体（中间最粗部分）
表面用铣床铣出径向的槽，激磁绕组即分布 于这些槽中，槽口用槽楔封住。