第六同步电机剖析
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铁心 由电工钢片冲叠而成，其上安放三相对称绕组，构 成磁路。
绕组 三相对称绕组，通入三相对称电流，以产生旋转磁 场。
（2）转子部分 铁心 由电工钢片冲成凸极叠压而成，其上安放励磁绕组，
构成磁路。 绕组 励磁绕组，经电刷和滑环引入直流电，以形成主极
磁场。 2. 隐极式同步电机的结构 （1）定子部分 同凸极式 （2）转子部分
B
S
C
X
2. 电动机工作原理
当同步电机的三相对称绕组通入对称三相电流时，在定子中
产生旋转磁场。该磁场与主极磁场互相作用，产生电磁力矩，使
转子跟着旋转磁场旋转。其原理图如下：
S
n1
No
n
N
n1
So
n
三. 额定值
额定容量SN(或额定功率PN )——指额定运行时电机的输辅出功率 额定电压UN —— 指额定运行时定子的线电压 额定电流IN —— 指额定运行时定子的线电流 额定功率因数cosΦ —— 指额定运行时电机的功率因数
额定频率fN ——指额定运行时电枢的频率。我国标准工频规定为 50Hz
额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，对同步电机而言，即 为同步转速
6.3 空载和负载时同步发电机的磁场
一. 空载运行时同步发电机的磁场 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。
图（a）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Φδ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。主磁 通所经过的主磁路包括空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转 子轭等五部分。
Ff
A
Z
N
B ns S Fad
X
A相轴线
ns
Faq
C Fa
（2） I滞后 E时0 的时-空统一矢量图
Ff
•
0
1
Faq
0 •
I
•
E0
Fad
Fa
（2） I超前 E时0 的时-空统一矢量图
Ff
•
1
0
Fad
•
Fa
I
0
•
E0
F F f Fa 电枢反应的性质(增磁、去磁或交磁)取决于电枢磁动势 和主磁场在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取决于激F磁a 电动势E0和负载电流I之间的相角差Ψ0 (Ψ0称为内功率因数角)。 下面分成两种情况来分析。
1. E与0 同I相
(1)定子绕组内的电动势,电流和磁动势的空间矢量图
是同步电动机的一种特殊的运行方式，即接于电网作空载运 行，专门用于电网的无功补偿，以提高功率因数。
6.2 同步电机的主要结构及基本工作原理
一. 主要结构 同步电机
旋转电枢式 旋转磁极式
隐极式（Salient-pole） 凸极式（Cylindrical-Rotor）
旋转磁极式又可分为凸极式和隐极式两种。 1. 凸极式同步电机的结构 （1）定子部分
铁心 由电工钢片冲叠而成圆柱体铁心，外围有磁槽，槽 内安放励磁绕组，构成磁路。
绕组 励磁绕组，经电刷和滑环引入直流电，以形成主极 磁场。
二. 基本工作原理
1. 发电机工作原理
A
转子的主极磁场在原动机的
拖动下旋转，切割定子的三相绕
Z
NY
组，依次感应电势如下：
ns
eA Em sin t eB Em sin(t 120 ) eC Em sin(t 240 )
副励磁机 G
主励磁机 同步发电机
G
2. 静止式交流整流励磁系统，如下图所示。
交流副励磁机
交流主励磁机
不可控整 流起器
自励恒 压器
可控整 流起器
主发电机
电流互感器
电 压 互 感 器
电压调 整器
四. 同步电机的用途 1. 同步发电机
世界上的电力几乎都由同步发电机发出。 2. 同步电动机
同步电动机即可作为电动机，又可通过调节励磁电流来改变 功率因数。 3. 同步调相机
第六章 同步电机
6.1 同步电机概述 6.2 同步电机的主要结构及基本工作原理 6.3 空载和负载时同步发电机的磁场 6.4 隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路 6.5 凸极同步发电机的电压方程和相量图 6.6 同步发电机的功率方程和转矩方程 6.7 同步电机参数的测定 6.8 同步发电机的运行特性
6.1 同步电机概述
一. 同步电机的运行特点
同步电机转子的旋转速度必须与定子磁场的旋转速度严格的
同步，即
n1
6同0 f步1 电机由此得名。
p
二. 同步电机的分类 1. 同步发电机：机械能 交流电能 2. 同步电动机：交流电能 机械能 3. 同步调相机：接在电网上作空载运行的同步电动机，其主要 作用是补偿电网的无功功率，以提高功率因数。 三. 励磁方式 1. 直流发电机励磁系统
Ff
A B0
Z
N
ns
B
S
X
Y
ns
C
A相轴线
Fa
(2)时间矢量图
•
E 0C
•
IC
•
0C
•
E0B
•
0A
1
0
0• IA
时间参考轴
•
E0A
•
•
0B
IB
(3)时-空统一矢量图
Ff
•
B0 (0 )
1
d轴
Fn ( Faq )
•
•
I
E0
(4)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
B0
B
A
Te
Y
Z
N
ns
B
S
Fa
C
X
2. 与E0 不I同相 （1） I滞后于 E时0 的空间矢量图
空载特性如图（b）所示，它是同步电动机的一条很重要的特 性曲线。
0
E0 , 0 气隙线
U N
UNห้องสมุดไป่ตู้
空载特性
（a）
o
If0
（b）
If ,F
二. 负载运行时同步发电机的磁场 当同步发电机向外供电时，其定子三相绕组中流过三相的对
称电流同样产生旋转磁场，该磁场对主极磁场的影响称为电枢反 应。
I F a
If Ff
绕组 三相对称绕组，通入三相对称电流，以产生旋转磁 场。
（2）转子部分 铁心 由电工钢片冲成凸极叠压而成，其上安放励磁绕组，
构成磁路。 绕组 励磁绕组，经电刷和滑环引入直流电，以形成主极
磁场。 2. 隐极式同步电机的结构 （1）定子部分 同凸极式 （2）转子部分
B
S
C
X
2. 电动机工作原理
当同步电机的三相对称绕组通入对称三相电流时，在定子中
产生旋转磁场。该磁场与主极磁场互相作用，产生电磁力矩，使
转子跟着旋转磁场旋转。其原理图如下：
S
n1
No
n
N
n1
So
n
三. 额定值
额定容量SN(或额定功率PN )——指额定运行时电机的输辅出功率 额定电压UN —— 指额定运行时定子的线电压 额定电流IN —— 指额定运行时定子的线电流 额定功率因数cosΦ —— 指额定运行时电机的功率因数
额定频率fN ——指额定运行时电枢的频率。我国标准工频规定为 50Hz
额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，对同步电机而言，即 为同步转速
6.3 空载和负载时同步发电机的磁场
一. 空载运行时同步发电机的磁场 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。
图（a）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Φδ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。主磁 通所经过的主磁路包括空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转 子轭等五部分。
Ff
A
Z
N
B ns S Fad
X
A相轴线
ns
Faq
C Fa
（2） I滞后 E时0 的时-空统一矢量图
Ff
•
0
1
Faq
0 •
I
•
E0
Fad
Fa
（2） I超前 E时0 的时-空统一矢量图
Ff
•
1
0
Fad
•
Fa
I
0
•
E0
F F f Fa 电枢反应的性质(增磁、去磁或交磁)取决于电枢磁动势 和主磁场在空间的相对位置。分析表明，此相对位置取决于激F磁a 电动势E0和负载电流I之间的相角差Ψ0 (Ψ0称为内功率因数角)。 下面分成两种情况来分析。
1. E与0 同I相
(1)定子绕组内的电动势,电流和磁动势的空间矢量图
是同步电动机的一种特殊的运行方式，即接于电网作空载运 行，专门用于电网的无功补偿，以提高功率因数。
6.2 同步电机的主要结构及基本工作原理
一. 主要结构 同步电机
旋转电枢式 旋转磁极式
隐极式（Salient-pole） 凸极式（Cylindrical-Rotor）
旋转磁极式又可分为凸极式和隐极式两种。 1. 凸极式同步电机的结构 （1）定子部分
铁心 由电工钢片冲叠而成圆柱体铁心，外围有磁槽，槽 内安放励磁绕组，构成磁路。
绕组 励磁绕组，经电刷和滑环引入直流电，以形成主极 磁场。
二. 基本工作原理
1. 发电机工作原理
A
转子的主极磁场在原动机的
拖动下旋转，切割定子的三相绕
Z
NY
组，依次感应电势如下：
ns
eA Em sin t eB Em sin(t 120 ) eC Em sin(t 240 )
副励磁机 G
主励磁机 同步发电机
G
2. 静止式交流整流励磁系统，如下图所示。
交流副励磁机
交流主励磁机
不可控整 流起器
自励恒 压器
可控整 流起器
主发电机
电流互感器
电 压 互 感 器
电压调 整器
四. 同步电机的用途 1. 同步发电机
世界上的电力几乎都由同步发电机发出。 2. 同步电动机
同步电动机即可作为电动机，又可通过调节励磁电流来改变 功率因数。 3. 同步调相机
第六章 同步电机
6.1 同步电机概述 6.2 同步电机的主要结构及基本工作原理 6.3 空载和负载时同步发电机的磁场 6.4 隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路 6.5 凸极同步发电机的电压方程和相量图 6.6 同步发电机的功率方程和转矩方程 6.7 同步电机参数的测定 6.8 同步发电机的运行特性
6.1 同步电机概述
一. 同步电机的运行特点
同步电机转子的旋转速度必须与定子磁场的旋转速度严格的
同步，即
n1
6同0 f步1 电机由此得名。
p
二. 同步电机的分类 1. 同步发电机：机械能 交流电能 2. 同步电动机：交流电能 机械能 3. 同步调相机：接在电网上作空载运行的同步电动机，其主要 作用是补偿电网的无功功率，以提高功率因数。 三. 励磁方式 1. 直流发电机励磁系统
Ff
A B0
Z
N
ns
B
S
X
Y
ns
C
A相轴线
Fa
(2)时间矢量图
•
E 0C
•
IC
•
0C
•
E0B
•
0A
1
0
0• IA
时间参考轴
•
E0A
•
•
0B
IB
(3)时-空统一矢量图
Ff
•
B0 (0 )
1
d轴
Fn ( Faq )
•
•
I
E0
(4)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
B0
B
A
Te
Y
Z
N
ns
B
S
Fa
C
X
2. 与E0 不I同相 （1） I滞后于 E时0 的空间矢量图
空载特性如图（b）所示，它是同步电动机的一条很重要的特 性曲线。
0
E0 , 0 气隙线
U N
UNห้องสมุดไป่ตู้
空载特性
（a）
o
If0
（b）
If ,F
二. 负载运行时同步发电机的磁场 当同步发电机向外供电时，其定子三相绕组中流过三相的对
称电流同样产生旋转磁场，该磁场对主极磁场的影响称为电枢反 应。
I F a
If Ff