同步电机-同步发电机的基本电磁关系

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同步发电机结构及工作原理PPT

火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转
速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通常称为汽轮发电机。
核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站
用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。
水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式。
在火电厂，发电机用汽轮机作原动机，称为汽轮发电机；在核电站是以核反应堆来代替火电站的锅炉，原动机仍然是汽轮机；
在水电厂，发电机用水轮机作原动机，称为水轮发电机；
有的地方用柴油机用作原动机，称为柴油发电机。
18.06.2020
7
三相同步发电机的基本工作原理
N
If
n
Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
18.06.2020
• 同步发电机基本工作原理：导体切割磁力线感应电动势。
磁势Fa
Fa
18.06.2020
nn11
6600 ff pp
nnnn1 1
(同步电机) 10
三相同步发电机的基本工作原理
定子绕组三相感应电势
eOAEmsi nt
eOB E msi nt (12 )0 eOC E ms（ in t24 ） 0
定子外接负载，形成回路，有三相电流。机械能转化为电能
18.06.2020
14
同步电机的类型
• 按运行方式不同分为：发电机、电动机和调相机。
• 按结构形式不同分为：电枢旋转式（简称转枢式）和磁极旋转式（简称转场式）。磁极旋转式按转子结构不同又分为凸极式和隐极式。
• 按安装方式不同分为：卧式和立式。
• 按原动机类型不同分为：汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、太阳能发电机等等。

电机学第五版课件汤蕴璆编著第6章3同步发电机的电压方程、相量图和等效电路

X

E
0

0
～
E
E

I

U
E
I Ra jI X

s

0
U

a
E E0 E

I
7
E U I R a jX

电机学
隐极同步发电机相量图的求解方法
d

已知：U, I, φ, Ra, Xs 求：E0, δ
E
0

c

0
U
I Ra
jI X
s
I
为了确定 ψ0，画出相量图，定义一个虚拟电动势：与E0同相

d
EQ E0 j I

X
d
d
X
q

q
jI

d
d
X
d
X
q

U I Ra j I

X
d
jI
d
X
q
jI
X

d
X
q

E
U

E
Q
0

U I Ra j I q I
：
A

0

d

q

隐
11
极
凸
极
电机学
凸极同步发电机的电枢磁场
ψ0=90°
d轴 Fad Bad1 Bad Baq1 ψ0=0° q轴

同步电机原理

×
(4) 按安装方式的不同：
卧式、立式。 (5) 按原动机的不同：
汽轮发电机、水轮发电机。
汽发励轮电磁机机机
励磁机
发电机水轮机
安装结构
立式
低速、大型大转子直径
卧式
中小型电动机调相机高速小转子直径支撑：悬式、伞式
同步发电机的悬式和伞式结构
水轮发电机组转动部分的能量和水流的推力，总计可达数千吨，全部由推力轴承支撑，因此推力轴承十分关键。按照推力轴承的位置：
发电机电
S
N
机
的
n0
No
Te 0
三
So
种
补偿机运
S
N
行
n0
Te
No
状
态
So 电动机
1.9 同步电机的应用
小浪底电站水轮机组安装
三峡电站首台机组安装
水力发电
火力发电厂
火力发电
电能输出
超热高压蒸汽
3 600 r/min
燃
升压变
烧
压器
室
发电机
汽轮机
燃料
锅炉的炉膛
循环水
电能的产生
同步电机的冷却方式主要有以下几种
空气冷却氢气冷却水冷却超导发电机
在中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。当电机的容量很大时，损耗及发热量迅速增加，必须加强通风或采用其他的冷却方式。
1）大型汽轮发电机往往用氢气冷却，但氢气与空气混合后有爆炸危险，须保证外界空气不会渗入电机内部。
凸极同步电机气隙不均匀合于高速旋转
①隐极同步电机结构实物图
大型汽轮发电机定子铁心槽
汽轮发电机完工后的定子
汽轮发电机转子加工

同步发电机的运行原理

对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故 Xd=Xq=Xt
Xa（隐）>Xad（凸）>Xaq（凸）
二、凸极同步发电机
3、相量图以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载
的相量图如下：
E0 U cos( ) Id xd U cos Ixd sin
tan Ixq U sin U cos
二、凸极同步发电机
一、隐极同步发电机
由于电枢绕组的电阻ra很小，可以忽略不计，则隐极同步发电机的电动势平衡方程式可写成：
一、隐极同步发电机
3、等效电路和相量图
根据隐极同步发电机的电动势平衡方程式（忽略电枢电阻）可做出如下隐极同步发电机的等效电路图： Xt
•
I
•
U
一、隐极同步发电机
以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载的相量图如下：
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
F
d轴 B0 ( 0 )
1
Ff
Fa ( Fad )
I
时空矢量图 E0
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
• 直轴增磁电枢反应。 • 电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。 • 合成磁动势Fδ增大，使发电机的端电压上升。 • 要想保持发电机的端电压不变，需减小发电
负载运行时，同步电机内的主磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。
三、电枢反应
空载：气隙磁动势 F Ff 负载：气隙磁动势 F Ff Fa 同步发电机对称负载时，电枢磁动势Fa
对励磁磁动势Ff的影响，称为电枢反应。
三、电枢反应
两种磁动势性质比较：
励磁磁动势
基波波形
大小
正弦波
恒定，由励磁电流决定

同步发电机的运行原理概要

二、凸极同步发电机
图6.11 凸极同步电机的磁路 (a)直轴；(b)交轴
二、凸极同步发电机
二、凸极同步发电机

现在只讨论磁路不饱和情况。
同步发电机内的电磁关系如下：
If
Ff
0

E0

I

Id Iq
Fad
Faq

ad
aq

E ad
E aq

U Ira
E

二、凸极同步发电机
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应
F
Fa ( Faq )
1 d轴
E0
I
Ff
B0 (0 )
时空矢量图
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应电枢磁势Fa滞后励磁磁势Ff 90°，合成磁势Fδ的大小略有增加，分布滞后励磁磁势 Ff一个锐角，此时电枢反应性质为交轴电枢反应。
三、电枢反应
一、空载运行时的主磁通
从图可见，主极磁通分成主磁通 Φ 0和漏磁通Φ fσ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，仅与励磁绕组相交链。
0
f
一、空载运行时的主磁通

空载时： I=0 ，If≠0 , n=nN

空载时发电机内部电磁关系
0 E0 4.44 fNkN 10 I f Ff I f N f f 只增加磁极部分

同步发电机在对称负载下稳定运行时，维持转速(频率)和功率因数为常数的条件下，发电机的端电压U、负载电流I、励磁电流If是3个主要的运行参数，它们都可以在运行中被测量。它们之间互有联系，当保持其中一个量为常数，另外两个量之间的函数关系称为运行特性。

第3章三相同步电机

cos ϕ N
f N 单位为Hz n N单位为r/min θN
• 额定励磁电流和电压 IfN 、UfN
3-2 同步发电机的磁场
一、空载运行 n s If I=0
1、空载磁场——主磁场
I f → F f → B0 → φ 0
→ 电枢齿路径：气隙 →电枢齿 → 电枢轭 → 磁极主磁通 → 极身 → 转子轭作用：在三相绕组中感应对称电动势
k w1 N 1φ a k w1 N 1 Fa Λa (k w1 N 1 ) 2 kIΛa La = = = = = k (k w1 N 1 ) 2 Λa I I I I
ψa
二、考虑磁路饱和时非线性，迭加原理不适用
Ff & & → F → B →Φ → E Fa
& U
& IRa
3、等效电路
& & & & & & & & E0 =U + I Ra + jIXσ + jIXa =U + I Ra + jIXs
4、同步电抗
X s = X a + Xσ
a) 反映了Φa和Φσ的作用 b) 磁路不饱和时为常数 c)
∝ f X a = ωLa ∝ (k w1 N 1 ) 2 ∝ Λ 主磁路的磁导 a
& 图示瞬间，A相绕组电动势 E0 A 达正的最大值，方向从X入，A 出。
•从导体切割磁力线分析。
(交轴)
• 从磁通的变化来分析。 A相磁通为零，电动势滞后磁通90度。
& & B相绕组 E0 B、C相绕组电动势 E0 C 滞后A相电动势120度和240度。

2009_29电机学-同步发电机的基本电磁关系04

凸极同步发电机的电动势方程式：q q d d a aq q ad d a x I j x I j r I U x x I j x x I j r I U E &&&&&&&&&+++=+++++=)()(0σσσσx x x x x x aq q ad d +=+=分别称为凸极同步电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。

其物理意义为当对称三相直轴或交轴电枢电流每相为1 安时，三相联合产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。

讨论：1）由于xad> x aq，所以x d> x q。

2）对于隐极电机，由于x ad＝x aq＝x a，所以x d＝xq ＝xs。

§10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比¾空载特性n=n1，I=0时，E0＝U0=f(i f)¾短路特性n=n1，U=0时，I k=f(i f)以隐极电机为例s ks ka ks ax I jx I jr Ix I j r IU E&&&& && &≈+=+ +=90≈ψ如果被试电机是凸极电机，由于短路时ψ≈90∘，此时电枢反应为直轴电枢反应，因此求出的同步电抗为直轴同步电抗xd的不饱和值。

q kq aQxI jx I j r IU E&& && &≈+ +=090≈ψ短路比的数值对电机性能影响很大。

短路比小，说明同步电抗大，这时短路电流小，但负载变化时发电机机端电压变化较大，并联运行时稳定性较差，但电机的成本较低；反之，短路比大则电机性能较好，但成本高，因为短路比大表示同步电抗小，故气隙大，使励磁电流增大、转子用铜量增大，所以短路比的选择要合理地统筹兼顾运行性能和电机造价这两方面地要求。

汽轮发电机的K c ＝0.47-0.63 ，水轮发电机的K c ＝1.0-1.4，水轮发电机的短路比较大是由于水轮发电机为凸极结构，气隙较大。

同步电机结构

•n
•a •b
•1
•c
•F •Ff0 •0 •g •d
•If(Ff)
3C7.B.Zeng •空载特性的工程应用
① 将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说明该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。
如太饱和，将使励磁绕组用铜过多，且电
压调节困难
（3）转向：和转子转向一致（4）极对数：和转子磁极的极对数相同
4C2.B.Zeng
•励磁磁势和电枢磁势的区别
4C3.B.Zeng
4C4.B.Zeng
•
•准备工作
三个角
• 四个轴
4C5.B.Zeng
•2. 电枢反应的性质
• 电枢反应的性质(助磁、去磁或交磁）取决于电枢磁势基波与励磁磁势基波的空间位置；这一相对位置与励磁电势E0和电枢电流I之间的相位差，即角度有关
同步电机结构
2C.B.Zeng
第十六章同步发电机的基本电磁关系
16-1 同步电机的基本工作原理
•同步电机的基本结构
•N
•If
•n
•S
•定子上嵌放有对称三相绕组a-x、b-y、
•c转-z子绕组通以直流电流形成分布磁场，
•匝链定子上的各相绕组。
3C.B.Zeng
•同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁
•d轴
•相轴 •时轴
•q轴
•
• •
•
•
•的直轴分量（无功分量）
•的交轴分量（有功分量）
6C0.B.Zeng
• 电枢磁势和电枢电流分量
6C1.B.Zeng
•当ψ角为不同值的电枢反应

同步发电机的工作原理

同步发电机的工作原理
同步发电机是一种常用于发电的电机，其工作原理基于电磁感应和电流激励的相互作用。

首先，同步发电机的转子由直流激励线圈和交流绕组组成。

直流激励线圈通过外部直流电源提供直流电流，形成一个磁场。

交流绕组则与电网相连，接受电网中的电压。

当同步发电机的转子旋转时，直流激励线圈产生的磁场也随之旋转。

这个旋转的磁场将与交流绕组中的电流相互作用，产生电磁感应力。

根据法拉第电磁感应定律，电磁感应力会导致交流绕组中的电流发生变化。

这个电流变化又会产生额外的磁场，与直流激励线圈产生的磁场叠加在一起。

如果两者的磁场方向一致，它们将相互增强，使得感应力增大。

反之，如果磁场方向相反，它们将相互抵消，使得感应力减小。

当感应力达到一个平衡时，同步发电机的转速将与电网的频率完全同步。

这是因为电网的频率是固定的，而同步发电机的旋转速度取决于直流激励线圈提供的直流电源电流。

因此，在感应力的作用下，同步发电机的转子将转向与电网频率相同的速度。

最后，同步发电机通过交流绕组将同步旋转的磁场转化为交流电能，输出给电网。

这样，同步发电机就实现了将机械能转化为电能的功能。

总结起来，同步发电机的工作原理是通过电磁感应力和电流激励的相互作用，使得转子转速与电网频率同步，并将机械能转化为电能输出到电网中。

电机学第13章同步电机的基本电磁关系

240
2）定子三相对称绕组产生的电枢磁动势
基波电枢磁动势的特点： •性质：圆形旋转磁动势
A
Y
C
+A
B
n
Z
X
0
+A
N1 I •幅值： Fa 1.35 kdp1 p
•转向：沿通电相序A、B、C的方向与转子转向一致
0 n
F f1
F
F a
60 f 60 pn n •转速：n1 p p 60 与转子转速相同
if
F f1
F a
F
B
三相对称电动势
三相对称电流
、E 、E E A B C
、I 、I I A B C
电枢磁动势的存在使得负载时的气隙磁场与空载时有所不
同，直接影响电枢绕组的电动势和端电压。电枢反应：电枢磁动势对励磁磁动势的影响。
1.磁动势分析 1）转子绕组产生的励磁磁动势
A
Y
1
2
A
N
C
1
2
X
3
3
4

S
4

B
1 Ff N f i f 2
每极基波励磁磁动势的幅值为
Z
0
f
A
F f 1 k f Ff
通过实际总槽数 Q2 与沿转子表面开的等距槽的总槽数 Q2 的比值查表可得 k f 。

90
n
34

0
90
4 3 2 1
90电滞后空间矢量 F •在时空相-矢量图中，时间相量 E f1 0 角度，是由于+A与+j轴重合造成的，这一关系也没有实际

电机学第6章同步电机1

(6—6)
将式(6—6)代人式(6—5)，可得 (6—7) 式中，Xs称为隐极同步电机的同步电抗，Xs=Xa+Xσ，它是对称稳态运行时表征电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一个综合参数。不计饱和时，Xs是一个常值。图6—15a和b表示与式(6—5)和式(6—7)相对应的相量图，图6—15c表示与式(6—7)相应的等效电路。从图6—15c 可以看出，隐极同步发电机的等效电路由激磁电动势和同步阻抗Ra+jXs串联组成，其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电枢反应和电枢漏磁场的作用。
Ff
B0 ( 0 )

1
d轴
Fn ( Faq )

I
E0
E0与I同相时
d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
B0
A
Te
B
Y
Z
ns
N
B
S
C
X
Fa
E0与I不同相时
a) I 滞后于 E 0时的空间矢量图

Ff
A
Z
B
N
ns
A相轴线
ns
S
Fad
Faq
C
Fa
X
E0与I不同相时
由式6-12可得凸极同步发电机的等效电路，如图6-21所示。
三、直轴和交轴同步电抗的意义
由于电抗与绕组匝数的平方和所经磁路的磁导成正比，所以所示。对于凸极电机，由于直轴下的气隙较交轴下小， ad > aq ，所以Xad>Xaq，因此在凸极同步电机中，Xd>Xq。对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故 Xd≈Xq≈Xs
按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速为3000转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。同步电动机、柴油发电机和补偿机一般作成凸极式。

同步发电机的基本电磁关系和运行规律

同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载运行分析
空载特性：改变励磁电流 if ，就可得到不同的 Φ0 和励磁电动势E0，曲线E0＝f(if )表示在同步转速下，空载电动势 E0与励磁电流 if 之间的关系，称为发电机的空载特性。如图所示。由于E0∝ if ，if ∝ Ff ，所以，空载曲线实质上就反映了电机的磁化曲线。
主磁通
漏磁通
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢基本概念
主磁通（励磁磁通）：既链过转子，又通过气隙并与电枢绕组交链的磁通Φ0，称为主磁通，它就是空载时的气隙磁通，或称励磁磁通。
主极漏磁通：只交链励磁绕组的磁通Φfσ称为主极漏磁通，它不参与电机的机电能量转换过程。
同步发电机的基本电磁关系
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢基本概念
旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因此它们在空间保持相对静止。正由于这种相对静止，才使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙磁场、产生平均电磁转距，实现机电能量转换。实际上，定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常运行的基本条件。
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载运行分析
励磁电动势：将发电机用原动机拖动，使转子以同步速旋转，则主磁通Φ0将在气隙内形成一个旋转磁场，如果定子绕组是对称的，则主磁通切割电枢绕组感应出频率为f的三相对称电动势，称为励磁电动势，不计谐波，三相励磁电动势为：
E AE 0 0;E BE 0 12 ;E 0 CE 0 24 E 04.4f4w w 1 k0

华中科技大学_电机学_第六章_同步电机(完美解析)概要

汽轮发电机完工后的定子
汽轮发电机转子加工
5
凸极同步电机
凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的基本相同，所不同的只是转子结构。
凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕组等部分构成。
6
凸极同步电机结构实物图
带阻尼绕组的凸极同步电机转子水轮发电机定子分段铁心
7
三、同步电机的励磁方式
21
双反应理论：
当处于任意位置且不计饱和时：
分解
I Fa
E Fad ad ad
E Faq aq aq
或
I
分解
I d Fad ad Ead
I q Faq aq Eaq
气隙合成磁场：
B
E E E E ad aq 0
U＝U Nφ，必须增加 If △AEF称为特性三角形，其中：
AE IX σ AF I f 为等效励磁电流
I 不变，特性三角形不变
33
四、外特性及电压调整率
n=nN、If=常数、cos =常数时， U= f (I) 的关系曲线称为外特性。电流 I 引起电压 U 变化的原因：定子漏阻抗压降影响电枢反应影响电压调整率：
34
五、同步发电机稳态参数的计算与测定方法
1. 由空载和零功率因数特性确定定子Xδ,Ifa(Ffa)
由空载与零功率因数特性两特性之间存在特性三角形的关系，确定Xσ, Ifa (Ffa)
IX σ Ffa
UN
磁路不饱和时， I X σ在线性段： 1）作直线OB； 2）过UN作直线平行于x轴，交零功率因素曲线于A'，取A'O'=AO 3）过O'作OB的平行线O'B'，三角形A' B' C'为所求的特性三角形。

电力系统暂态分析—同步发电机的基本电磁关系

试说明同步电机中的 Ff 1、Fa、B0、Ba、E0、I 等物理量哪些是空间矢量？哪些是时间相量？试述两种矢（相）量之间的统一性。
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢三、不同ψ角时的电枢反应
1. I 与 E0 同相位时的电枢反应－交轴电枢反应
d轴 q轴 F Ff 1 Fa
AБайду номын сангаасt
f
F
E 0
称为励磁磁动势和励磁磁场。
图10-1 同步发电机的空载磁路
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢一、基本概念
旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因此它们在空间保持相对静止。正由于这种相对静止，才使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙磁场和产生平均电磁转距，实现机电能量转换。实际上，定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常运行的基本条件。
方向与电流正方向一致时，A相感电动势为正的最大，所以 E0
位于时间轴线上。如图(b)所示。电动势相量的角频率与转子旋
转的角速度都是ω。
A
电枢电流 I 也是时间相量，它的相位决定于电机内部的阻抗
和负载的性质。电机内部的阻
抗和负载的性质决定了电枢电 Ff 1 N
t
E0
I
流和空载电动势之间的相位差
角ψ， ψ称为内功率因数角。
N
B0
图10-6 时空相矢图
3.时空相矢图：
结论：在时空相矢图上E0 总是落后于 Ff1 以90度，Fa 总是与I 重合。E0与 I 之间相位差随着负载的性质不同而改变。而 Fa 与Ff1 之间相对位置又完全取决于ψ角 (它们之间的空间相位差为90 角)，所以电枢反应的性质是由ψ角决定的，也就是说单机运行时电枢反应的性质是由负载的性质决定的。

同步电机原理

第四章同步电机
第四章同步电机
一、同步电机原理与结构二、同步电机磁场分析三、同步电机的电磁关系与等效电路四、同步电机运行特性
第一节同步电机的原理与结构
同步电机的原理与结构
• 基本工作原理 • 主要结构 • 运行状态
• 额定值
一、同步电机的基本原理
• 转子直流励磁 • 原动机拖动转子磁场以速度n0旋转 • 定子导体感生电动势,定子带负载则有电流流过 • 定子电流产生旋转磁场，速度为n0 • 转子导体受电磁力，形成电磁转矩，和拖动转矩平衡
其中：xd xad x
称为直轴同步电抗称为交轴同步电抗
xq xaq x
思考：xd与xq有何不同，大小关系？
7、凸极发电机的相量图
已知端电压、负载电流和功率因数及ra 、xd、xq。
已知内功率因数角ψ 按照电势方程式的关系作出相量图未知内功率因数角ψ

E Q U ra I j I xq E 0 j I d ( xd xq ) 1）利用方程式求出ψ：
几个概念
①内功率因数角Ψ：E0和Ia之间的夹角，与电机本身参数和负载性质有关； ②外功率因数角φ：与负载性质有关； ③功率角（功角）θ：E0和U之间的夹角；且有Ψ=φ+ θ （电感性负载） ④直轴（d轴）：主磁极轴线（纵轴）； ⑤交轴（q轴）：转子相临磁极轴线间的中心线为交轴（横轴）
下面从三种极限情况出发进行研究，即（1） Ia和E0同相位，即ψ=0；
2）利用公式求出ψ：
arctan
xq I U sin ra I U cos
E 0 U ra I j I d xd j I q xq

同步电机的基本电磁关系

n
A
N
+A
S
0
+A

Fxf 1
X
B0
0
+j

E0
1、F f 1 及 B0 均与+A轴重合，A相绕组的有效边处于极间
磁密为零处，A相绕组感应电势瞬时值为零，即E0 在+j 时间轴的投影为零。
2、A相绕组边处于磁极中心线，磁密最大，A相绕组感应电动势瞬时值为正最大。
+A
+j
n
A N ＋AS Xຫໍສະໝຸດ 第一节同步发电机空载运行
空载运行：当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，电枢绕组不带任何负载时的运行情况。
一、基波励磁磁动势
当励磁绕组中通入直流电流后，产生随转子一起旋转的磁动势，称为励磁磁动势。因为它随转子一起转动，从定子上看，它也是一个旋转磁动势，所以同电枢绕组磁动势的分析方法一样。
N1I1kdp1 p
(A)
（2）
（3）
转速： n1

60 f1 p
(r/min)
转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同
（4）极对数：和转子极对数Ｐ相同，决定于绕组的节距 y1
2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁动势 Ff1
（1）大小：
Ff 1

1 2
kf
N
f
if
(A)
（2）转速：和转子转速一样为同步速
＋A,+j
＋A,+j
Ff1
B0
0 E0
E0

Ff1 B 0
注意：时间相量与空间矢量的物理意义截然不同，放在一起无实际意义，只是为了方便找出向量的相对位置

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。

同步电机的基本知识及结构(1)

同理：p 对极转子旋转一周，导体感应电动势变化 p个周波。
交流电动势的频率: f pn (Hz)
60
2 同步电动机工作原理：在定子三相绕组上加上三相对称交
流电压。三相交流电流流过定于绕组，会在电机里产生旋转
磁场，当励磁绕组加上直流励磁电流时，转子好象是一个磁
铁，于是旋转磁场带动这个磁铁，按旋转磁场的转向和转速
旋转，从而实现把电能转换成机械能的目的。这时转子的转
速为：
n 60 f (r / min) p
总结：同步电机无论作为发电机还是电动机运行，当极数一定时，它的转速和频率之间保持严格不变的关系，用电机专业术语说，叫做“同步”，所以这种电机叫同步电机
jiegou
§7-3 同步电机的基本类型及结构
一、同步电机的分类 1）按转子形状分类：（1）凸极式；（2）隐极式。
（a）凸极式
（b）隐极式
2）按旋转部位分类：（1）旋转磁极式；
（2）旋转电枢式。
3）按励磁来源分类：（1）永磁同步电机运行方式分类：
1）发电机
1）汽轮发电机—原动机为汽轮机。 2）水轮发电机—原动机为水轮机。 3）其他原动机带动的发电机—柴油发电机、风力发电机等。
§7-2 同步电机的基本工作原理
N
S
S
N
N
S
S
（a）凸极式
（b）隐极式
基本工作原理
当同步电机作为发电机运行时，用一台原动机拖动转子
旋转，转子励磁绕组中通入直流电，从而在气隙中产生一
个旋转的磁场，该磁场切割定子上的电枢导体，电枢绕组
便感应出交流电动势。设气隙磁密按正弦分布，则在定子
三相绕组里感应出正弦变化的三相电动势。
第二篇同步电机

电机学5.2_同步电机的运行原理

14

同步电机的构造特点

定子同步电机的定子大体上和异步电机相同，是由铁芯、绕组、机座以及固定这些部分的其他构件组成。转子（以同步发电机为例）

1、汽轮发电机转子结构现代汽轮发电机一般都是二极的，同步转速为3000或3600r/min。这是因为提高转速可以提高汽轮机的运行效率，减小整个机组的尺寸、降低机组的造价。转子不能做得过大，所以汽轮发电机的直径较小，长度较长。汽轮发电机均为卧式结构。 2、水轮发电机转子结构大型水轮发电机通常都是立式结构，它的转速低、极数多，要求转动惯量大，故其特点是直径大、长度短。
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（1）饱和时的电磁关系
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（1）饱和时的电磁关系
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1.考虑饱和时的情况
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（2）饱和时的电压方程式、相量图
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（2）饱和时的电压方程式、相量图
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1.考虑饱和时的情况
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（3）饱和时的时空相矢量图
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（3）饱和时的时空相矢量图
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（3）考虑饱和时的时空相矢量图
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隐极同步发电机的时空相矢量图和相量图

PN SN cosN 3U N I N cosN PN PNN 3UN I N cosNN 1
( P N --额定输入功率） 1

额定转速 nN 和额定频率 f N 是指同步电机运行时的转速（r/min）和定子绕组中电流与电压的工作频率（Hz）。额定励磁电压 U fN 和额定励磁电流 I fN 是指同步电机额定运行时加到励磁绕组上的直流电压和电流。
18

同步电机的额定值
19
同步电机的额定值
20
小结

同步电机-同步发电机的基本电磁关系

同步发电机结构及工作原理PPT

电机学第五版课件汤蕴璆编著 第6章3同步发电机的电压方程、相量图和等效电路

同步电机原理

同步发电机的运行原理

同步发电机的运行原理概要

第3章三相同步电机

2009_29电机学-同步发电机的基本电磁关系04

同步电机结构

同步发电机的工作原理

电机学 第13章 同步电机的基本电磁关系

电机学第6章同步电机1

同步发电机的基本电磁关系和运行规律

华中科技大学_电机学_第六章_同步电机(完美解析)概要

电力系统暂态分析—同步发电机的基本电磁关系

同步电机原理

同步电机的基本电磁关系

电机学第11章同步发电机的基本工作原理和结构

同步电机的基本知识及结构(1)

电机学5.2_同步电机的运行原理

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电机学第13章同步电机的基本电磁关系