同步电机的基本工作原理和结构

同步电机的基本工作原理和结构

第一节精编资料

本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理,同步电机的电动势和磁动势,异步电动...二,同步电机的工作原理1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场...

原理,结构

同步电机的基本工作原理和结构

本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理、同步电机的电动势和磁动势、异步电动机的电势平衡，磁势平衡、等值电路及相量图、功率转矩、同步发电机运行原理等内容。本章共有10节课，内容和时间分配如下:

1.掌握同步电机的结构特点及工作原理。(2节)

2.掌握同步电机绕组有关的结构、额定参数(1节)

3.掌握同步电机机绕组的磁动势、等效电路，一般掌握相量图。(3节)

4.掌握同步电机功率、转矩和同步电机启动特性。(2节)

5.了解同步发电机的运行原理。(2节)

一、简介

交流电机，根据用途，可以分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三类。

(交流电能几乎全部是由同步发电机提供的。目前电力系统中运行的发电机都

是三相同步发电机。

同步电动机可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数，因而在不需要调速的低速大功率机械中也得到较广泛的应用。随着变频技术的不断发展，同步电动机的起动和调速问题都得到了解决，从而进一步扩大了其应用范围。

同步补偿机实质上是接在交流电网上空载运行的同步电动机，其作用是从电网汲取超前无功功率来补偿其它电力用户从电网汲取的滞后无功功率，以改善电网的供功率因数。) 二、同步电机的工作原理

1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场和转子旋转磁场。定子旋转磁场—又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场60f1n,速度:同步速度，即 1p

方向:从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相。

形成原因:以电气方式形成。

(当对称三相电流流过定子对称三相绕组时,将在空气隙中产生旋转磁通势。它的旋转速度

60f1n,1p为同步速度，即;它的旋转方向是从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相;当某相电流达到最大值的瞬间，旋转磁势的振幅恰好转到该相绕组轴线处。这个旋转磁通势是以电气方式形成的。同步电机不论作为发电机运行还是作为电动机运行，只要其定子三相绕

组中流通对称三相电流，都将在空气隙中产生上述旋转磁通势，建立旋转磁场。同步电机的定子绕组被称为电枢绕组，因此，上述磁势又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场。转子旋转磁场—直流励磁的旋转磁场。

60f1n, 速度:同步速度，即1p

方向:与定子相同。

形成原因:机械方式形成。

(在同步电机的转子上装有由直流励磁产生的磁极，磁极与转子无相对运动。当转子旋转时, 以机械方式形成旋转磁通势，并在气隙中形成另一种旋转磁场。由于磁场随转子一同旋转，被称为直流励磁的旋转磁场。)

2 电动势—两个旋转磁场切割绕组产生。

原因:旋转磁场切割绕组。

电动势:

定子绕组----感应频率与同步转速相同的电动势。由定子旋转磁场和转子旋转磁场共同作用，两者有相角差。

转子绕组----正常情况下转子与磁场同速，无感应电动势。

同步电机的定子磁场和转子磁场均以同步转速旋转，但空间相位不同。当切割静止的定子绕组时，旋转磁场在定子三相绕组中感应出频率相同，时间相位不同的感应电动势。绕组中的感应电动势的时间相位差与旋转磁场间的空间相位差相等。

在稳态对称运行时，无论是定子磁场或是转子磁场都以同步转速旋转，与转子绕组没有相对运动，不会在转子绕组中产生感应电动势。

3 相互作用—

原因:磁极间同性相斥、异性相吸，相互作用的电磁力。

(由于同步电机的空气隙间存在着两种不同方式产生的旋转磁场，因此，当这两个磁场的空间位置不同时，由于磁极间同性相斥、异性相吸的原理，它们之间便会产生相互作用的电磁力。

同步电机的定子磁场和转子磁场之间没有相对运动。但是由于负载的影响，两个磁场之间的相对位置却是不同的。这个相对位置决定了同步电机的运行方式。) 转矩性质与运行方式:

1 转子磁场顺着旋转方向超前于电枢磁场:制动转矩+发电机运行方式。 (当同步电机的转子在原动机的拖动下，转子磁场顺着旋转方向超前于电枢磁场运行时，定子磁场作用到转子上的转矩是制动转矩，原动机只有克服电磁转矩才能拖动转子旋转。这时，电机转子从原动机输入机械功率，从定子输出电功率，则同步电机工作于发电机运行方式。)

2 转子磁场顺着旋转方向滞后于定子磁场运行:拖动转矩+电动机运行方式 (当转子磁场顺着旋转方向滞后于定子磁场运行时，转子会受到与其转向相同的电磁转矩的作用。这时，电枢磁场作用到转子上的转矩是拖动转矩，转子拖动外部机械负载旋转，则同步电机工作于电动机运行方式。)

三、同步电机的基本结构

结构形式分类:同步电机按其结构型式可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。

在实际应用中，需要通过滑环将电功率自转子部分导入或者引出。由于同步电机的电枢功率极大，电压较高，因而不容易由滑环导入或引出。由于励磁绕组的功率与电枢的功率相比，所占比例较小，励磁电压通常又较低，因此使磁极旋转，通过滑环为励磁绕组供电容易实现。因此旋转电枢式只适用于小容量同步电机，同步电机的基本结构形式是旋转磁极式。 2 构成:由定子与转子两大部分组成。

同步电机的基本结构与直流电机和异步电机相同，都是由定子与转子两大部分组成。 (一)定子

结构:由铁心、电枢绕组、机座以及端盖等结构件组成。

(定子铁心是构成磁路的部件，一般采用硅钢片叠装而成，以减少磁滞和涡流损耗。定子冲片分段叠装，每段之间有通风槽片，以构成径向通风。大型同步电机由于尺寸太大，硅钢片常为扇形冲片，然后组装成圆形。

电枢绕组为三相对称交流绕组，多为双层绕组，嵌装在定子槽内。

定子机座是支承部件，用于安放定子铁心和电枢绕组，并构成所需的通风路径，因此要求它有足够的刚度和强度。大型同步电机的机座都采用钢板焊接结构。