同步电机的基本知识及结构
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
同步电机的基本知识及结构
同步电机的基本知识及结构同步电机是一种采用交流电源供电、定子感应电动势与转子磁场同步工作的电动机。
它具有结构简单、功率因数高、转速恒定等优点，广泛应用于工业生产线、空调、电力系统等领域。
一、基本原理：同步电机的工作原理是通过感应电动势与转子磁场的同步运动来实现转子运转。
当同步电机的定子绕组通电时，在定子绕组内产生一个旋转磁场。
而当转子上的匝数大于定子，转子上也会感应出一个电动势，使转子上的磁场也具有旋转特性。
由于两者是同步发展的，所以称之为同步电机。
二、基本结构：1.定子：2.转子：3.端环和碳刷：同步电机转子上的绕组通过端环连接，以便于外部电源的接驳。
转子上还设有碳刷，用于保持转子绕组的绝缘。
4.外壳：三、工作方式：同步电机的工作方式可以分为饱和同步、欠饱和同步和过磁同步三种。
其中，饱和同步是指定子绕组的磁场与转子磁场完全同步，欠饱和同步是指定子绕组的磁场与转子磁场不完全同步，过磁同步则是指定子绕组的磁场与转子磁场超前一定角度。
四、应用领域：同步电机具有功率因数高、转速恒定等优点，广泛应用于工业生产线、空调、电力系统等领域。
在工业生产线中，同步电机常用于驱动各种机械设备，如风机、泵等。
在空调中，同步电机作为风机的驱动装置，能够提供稳定的风流，并降低噪音。
在电力系统中，同步电机作为发电机使用，可以将机械能转换为电能，并通过同步工作产生的电动势向电网输送能量。
总结起来，同步电机是一种采用交流电源供电、定子感应电动势与转子磁场同步工作的电动机。
它的主要结构包括定子、转子、端环、碳刷和外壳等。
同步电机具有结构简单、功率因数高、转速恒定等优点，被广泛应用于工业生产线、空调、电力系统等领域。
电机学同步电机部分知识点总结
二、 对称负载时的电枢反应
1. 同步电机空载时，气隙磁场就是由励磁磁动势所产生的同步旋转的主磁场， 在定子绕组中只感应有空载电动势，因为定子电流为 0，所以端电压就等于 空载电动势。带上对称负载以后，定子绕组流过负载电流时，电枢绕组就会 产生电枢磁动势以及相应的电枢磁场，若仅考虑其基波，则它与转子同向、 同速旋转，它的存在使空气隙磁动势分布发生变化，从而使空气隙磁场以及 绕组中的感应电动势发生变化，这种现象称为电枢反应。
因此，与之对应有直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，再把电枢反应电 抗与漏抗相加，可得直轴同步电抗和交轴同步电抗。
四、同步发电机的参数及测定 1.不饱和同步电抗和饱和同步电抗：不饱和同步电抗的数值要比饱和同步电抗的 数值大得多。（因为饱和时，磁阻大，电抗就小）（有一规律：气隙大，磁阻就大， 电抗就小） 2.漏抗的测定和保梯电抗（电抗三角形） （1）负载特性：当电枢电流及功率因数均为常数时，端电压与励磁电流之间的 关系曲线 U=f(If)称为负载特性。
同步电机的基本原理和运行特性
一、 同步电机（电机转子的转速和旋转磁场转速相同）的结构
转子上装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通以直流电流后，电机内就产生转 子磁场。同步电机的磁极通常装在转子上，而电枢绕组放在定子上，通常称为旋 转磁极式电机。
旋转磁极式同步电机的转子有隐极和凸极两种结构，隐极电机的气隙均匀， 凸极电机的气隙不均匀（极弧下较小，而极间较大）。
6. 由内功率因数角判断同步电机的运行方式。
三、 隐极+凸极同步发电机的分析方法
1.电枢反应电抗的物理意义：电枢反应磁场在定子每相绕组中所感应的电枢反应 电动势 ，可以把它看作相电流所产生的一个电抗电压降，这个电抗便是电枢 反应电抗 。 2.同步电抗： = + ,包含两部分，一部分对应于定子绕组的漏磁通，另 一部分对应于定子电流所产生的电枢反应磁通。在实用上，我们通常不把它们分 开，而是把 + 当作一个同步电抗来处理。
三相交流永磁同步电机工作原理
一、概述三相交流永磁同步电机是一种广泛应用于工业和家用领域的电动机，其具有高效率、高可靠性和良好的动态特性等优点。
了解其工作原理对于工程师和技术人员来说十分重要。
本文将介绍三相交流永磁同步电机的工作原理及其相关知识。
二、三相交流永磁同步电机的结构1. 三相交流永磁同步电机由定子和转子两部分组成。
2. 定子上布置有三组对称的绕组，相位角相互相差120度，通过三个外接电源输入相位相同但是相位差120°的交流电，产生一个与该交流电相位速度同步的旋转磁场。
3. 转子上有一组永磁体，产生一个恒定的磁场。
三、三相交流永磁同步电机的工作原理1. 三相交流电源提供了旋转磁场，使得转子上的永磁体受到作用力。
2. 转子上的永磁体受到旋转磁场的作用力，产生转矩，驱动机械装置工作。
3. 根据洛伦兹力的作用原理，当转子转动时，永磁体受到旋转磁场的作用力，产生转矩，这就是永磁同步电机产生动力的原理。
四、三相交流永磁同步电机的控制方法1. 空载时，调节供电频率和电压等参数，使得永磁同步电机的转速等于旋转磁场的转速。
2. 负载时，通过改变电源提供的电压和频率，调节永磁同步电机的转速。
五、三相交流永磁同步电机的应用领域1. 工业生产线上的传动设备，如风机、泵、压缩机等。
2. 家用电器，如洗衣机、空调、电动车等。
六、结语通过本文的介绍，我们可以了解到三相交流永磁同步电机的结构、工作原理和控制方法等方面的知识。
掌握这些知识可以帮助工程师和技术人员更好地设计、应用和维护三相交流永磁同步电机，促进其在工业和家用领域的广泛应用。
七、三相交流永磁同步电机的优势1. 高效性能：三相交流永磁同步电机的永磁体产生恒定磁场，与旋转磁场同步工作，因此具有高效率和较低的能耗。
2. 高动态响应：由于永磁同步电机的磁场是固定且稳定的，因此可以实现快速响应和高动态性能，适用于需要频繁启动和变速的场合。
3. 高可靠性：永磁同步电机不需要外部激励，减少了绕组的损耗，使得其具有较高的可靠性和长寿命。
永磁同步电机的原理及结构
永磁同步电机的原理及结构永磁同步电机是一种利用永磁体产生的磁场与电流产生的磁场进行传动的电机。
其原理是通过将永磁体与定子绕组分布在转子上，通过电流激励在定子产生的旋转磁场与永磁体产生的磁场相互作用，从而实现电能转换为机械能。
下面将详细介绍永磁同步电机的原理及结构。
一、原理1.磁场产生原理永磁同步电机的转子上安装有永磁体，通过永磁体产生的磁场与定子绕组产生的磁场进行作用，从而实现电能转换为机械能。
定子绕组通过三相对称供电，产生一个旋转磁场。
而永磁体则产生一个恒定的磁场，其磁极与定子绕组的磁极相对应。
这样，当定子旋转磁场的南极与永磁体磁极相对时，两者之间的磁力相互作用将会产生转矩，从而驱动转子旋转。
2.同步运动原理永磁同步电机的转子与旋转磁场同步运动，即转子的转速与旋转磁场的转速保持同步。
这是由于永磁体的磁极与定子绕组的磁极相对应，当旋转磁场改变磁极方向时，永磁体中的磁通也会随之改变方向。
为了保持稳定的运行，要求转子与旋转磁场之间存在一个同步角度，即定子的旋转磁场需要在转子上形成一个旋转磁场，从而使转矩产生作用。
二、结构1.转子：转子是永磁同步电机的旋转部分，一般由转子心、永磁体、轴承等组成。
转子心一般采用铁芯结构，并安装有永磁体，通过永磁体产生的磁场与定子产生的旋转磁场相互作用，从而实现电能转换为机械能。
2.定子：定子是永磁同步电机的静态部分，一般由定子铁芯和定子绕组组成。
定子绕组通过三相对称供电，产生一个旋转磁场。
定子铁芯一般采用硅钢片制作，用于传导磁场和固定定子绕组。
3.永磁体：永磁体是永磁同步电机的关键部分，一般采用钕铁硼（NdFeB）等高强度磁体材料制成。
永磁体产生的磁场与定子产生的旋转磁场相互作用，从而实现电能转换为机械能。
4.轴承：轴承用于支撑转子的旋转，并减小摩擦损耗。
常见的轴承类型有滚动轴承和滑动轴承等。
5.外壳：外壳用于保护永磁同步电机的内部结构，并提供机械稳定性。
外壳通常由金属或塑料制成，并具有散热和防护功能。
同步电机的基本工作原理与结构_图文
额定运行时加在 在额定运行状
三相定子绕组上 态下三相定子
的线电压。
绕组的线电流
对同步发电机额定值.之间关系为：
６.2 同步发电机的空载运行
同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流 电流 ，定子绕组开路的运行称为空载运行。 电磁关系：
空载电动势 大小：
空载特性：
此种情况下
---直轴分量 ---交轴分量
--直轴同步电抗 --交轴同步电抗
分别表征在对称负载下，单位直轴或 交轴三相电流产生的总电枢磁场在电 枢每一相绕组中感应的电动势。
二、凸极同步发电机的相量图 作图步骤
6.4.2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：
令
电动势平衡方程
不计磁路饱和时有下列关系
--同步电抗
称为“V”形
曲线。
对于一个给定的有功功率输出就有一条V形曲线，有功功率 越大，曲线向上移，因此可是以得到一簇“V”形曲线。
６.6 同步电动机和同步调相机
6.6.1 同步电动机
一、同步电机的可逆原理
同步电机的运行是可逆 的，既可以用作发电机，还 可以用作电动机。
同步电机运行于发电 机状态时，如图所示。
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
返回
1、汽轮发电机结构 （1）定子铁心
返回
1、汽 轮发电 机结构
返回
2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
2、水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
1.发电环节——各种电机 引进600MW汽轮发电机
国产300MW汽轮发电机
永磁同步电机的原理和结构
永磁同步电机的原理和结构一、原理1.斯托克斯定律：电机的磁场遵循斯托克斯定律，即磁场的旋度等于电流的流入速率。
电机的磁场随转子位置的变化而发生改变。
2.磁场力矩：永磁同步电机的转子上有多个永磁块构成的磁极，当电机的定子线圈通以电流时，产生的磁场与转子的磁场相互作用，形成力矩。
3.控制策略：为了使电机能够正常运行，需要通过控制器对电机进行控制。
例如，可以通过调节电流的大小和方向来调整磁场力矩，从而实现电机的正常运行。
二、结构1.定子：定子是电机的固定部分，由电磁铁圈组成。
电磁铁圈的线圈上通以交流电，产生的磁场与转子的磁场相互作用，形成力矩。
2.转子：转子是电机的旋转部分，通常由铁芯和永磁体组成。
铁芯提供机械强度和磁通闭合路径，永磁体则产生稳定的磁场。
转子的磁场与定子的磁场相互作用，形成力矩。
3.永磁体：永磁体是电机的励磁源，通常由稀土永磁材料制成。
永磁体能够持续产生磁场，并且磁场强度较高，使得电机具有较高的功率密度和效率。
4.传感器：传感器位于电机的定子和转子之间，用于检测电机的状态和位置。
传感器可以测量定子和转子的角度、速度和位置等参数，通过传输给控制器，实现对电机的精确控制。
5.控制器：控制器是电机的智能控制核心，通过接收传感器的反馈信号，以及根据预定的控制策略，控制定子线圈的电流，调整磁场力矩的大小和方向，实现电机的正常运行。
综上所述，永磁同步电机的原理是通过电磁感应定律和电动机转矩方程实现电动机的工作，其结构主要由定子、转子、永磁体、传感器和控制器等组成。
通过控制器的精确控制，可以实现电机的高效率和高性能运行。
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。
永磁同步电机的结构和工作原理
永磁同步电机的结构和工作原理
永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源，利用交流电源提供与转子匹配的交变磁场，通过电磁感应作用产生转矩的同步电机。
其结构主要由转子、定子和永磁体组成。
1. 转子结构
永磁同步电机的转子一般是由永磁体和转子芯片组成，永磁体主要有NdFeB、SmCo等材质，收集电流的感应环或导电环以
及轴承等组件。
2. 定子结构
永磁同步电机的定子由一个或多个相线圈、铁芯和支承套管等组成。
相线圈是电机进行电磁转换的核心部件，如三相永磁同步电机由三个线圈组成。
3. 永磁体
永磁体是永磁同步电机的关键部件，产生强磁场并与转子匹配，从而实现高功率和高效率的工作。
工作原理：
当三相交流电源加到永磁同步电机的三相定子线圈中时，三相电流在定子线圈中产生交变磁场。
当转子转动时，其磁极旋转，受交变磁场的作用形成一个感应电动势并导致感应电流流过转子。
由于永磁体的磁场一直恒定，转子磁极不断旋转并产生变化的磁场，从而与定子线圈的交变磁场相互作用产生转矩，驱动转子旋转。
由于转子旋转速度与定子的交替电流频率一致，因此称其为永磁同步电机。
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交流电机，其工作原理基于电磁感应和磁场的相互作用。
本文将详细介绍同步电机的工作原理及其相关知识。
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。
定子由绕组和铁芯构成，绕组通常采用三相对称分布，铁芯用于集中磁场。
转子通常由永磁体或电磁体构成，用于产生磁场。
三、同步电机的工作原理1. 电磁感应同步电机的工作原理基于电磁感应，当三相交流电通过定子绕组时，会在定子绕组中产生旋转磁场。
这个旋转磁场会与转子的磁场相互作用，从而使转子跟随旋转磁场运动。
2. 磁场的相互作用同步电机中的转子磁场可以是永磁体产生的恒定磁场，也可以是通过电磁体产生的可调节磁场。
当定子绕组中的旋转磁场与转子磁场相互作用时，会产生力矩，使转子跟随旋转磁场进行同步运动。
3. 同步速度同步电机的转速与旋转磁场的频率和极对数有关。
转速可以通过改变供电频率或改变极对数来调节。
4. 同步电机的稳定性同步电机的稳定性取决于供电频率和负载情况。
当供电频率与电机的额定频率一致时，同步电机可以保持稳定运行。
但如果负载过大或供电频率发生变化，同步电机可能会失去同步，导致停转或转速波动。
5. 同步电机的应用同步电机广泛应用于工业领域，例如电动机、发电机、压缩机等。
其高效率、稳定性和可调性使其成为许多工业设备的理想选择。
四、同步电机的优缺点1. 优点：- 高效率：同步电机的效率通常比异步电机高。
- 稳定性：同步电机在额定负载下运行稳定。
- 可调性：通过调节供电频率或改变极对数，可以调节同步电机的转速。
2. 缺点：- 复杂性：同步电机的结构和控制较为复杂。
- 起动困难：同步电机需要外部设备来启动，起动困难。
五、结论同步电机的工作原理基于电磁感应和磁场的相互作用，通过旋转磁场与转子磁场的相互作用实现同步运动。
同步电机具有高效率、稳定性和可调性等优点，在工业领域得到广泛应用。
然而，同步电机的复杂性和起动困难是需要注意的缺点。
7 第七章-同步电机的基本知识和结构
同步电机的基本结构
18
2. 工作原理
(4) “同步”的概念 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 转速 n 和频率 f 之间保持严格不变的关系，用 之间保持严格不变的关系 电机专业术语说，叫做“同步”，所以这种电机叫同步电 机 。
2. 隐极式转子
隐极式转子上没有凸出的磁极 沿着转子本体圆周表面上，开有 许多槽，这些槽中嵌放着励磁绕 组。在转子表面约1/3部分没有开 槽，构成大齿，是磁极的中心区。 励磁绕组通入励磁电流后，沿转 子圆周也会出现 N 极和 S 极。 在大容量高转速汽轮发电机中， 转子圆周线速度极高，最大可达 170米/秒。为了减小转子本体及 转子上的各部件所承受的巨大离 心力，大型汽轮发电机都做成细 长的隐极式圆柱体转子。 18
度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性 能有重大影响。
汽轮发电机结构
8
Electrical Machinery
11
Electrical Machinery
§7-2
同步电机的基本工作原理
pn ( Hz ) 60
9
§7-2
同步电机的基本工作原理
pn ( Hz ) 60
12
2. 工作原理
（1） P、n、f 三者关系 f
2. 同步电机的运行方式
(3)．作为同步调相机（同步补偿机）运行——向电网发送无功功率
同步调相机 (synchronous condenser) 基本上不进行有功功率的转换，它 专门用来调节电网的无功功率，以改善电网的功率因数。
发电机 电动机 同步调相机
同一台同步电机的三种不同的运 行方式，理论上是可以运行于不同的 运行方式下，但三种运行方式各有自 己的特点，没有特殊情况，不互换使 用。
同步电动机的基本工作原理和结构
同步电动机的基本工作原理和结构同步电动机是一种常见的交流电动机，它的工作原理是利用磁场的相互作用来将电能转换为机械能。
同步电动机是一种特殊的交流电动机，它是通过将外界电源供电到电机的定子绕组上，产生旋转磁场，与电机的转子磁场相互作用，从而使电机产生转矩，实现电能到机械能的转换。
同步电动机的结构一般包括定子、转子和机壳。
定子是通过绕组组成的电磁铁，用来产生旋转磁场。
转子是与定子磁场相互作用的部分，一般是通过导磁铁片和励磁电流来形成磁场，从而与定子磁场相互作用产生转矩。
机壳则是用来保护和支撑定子和转子的重要结构。
同时，同步电动机中还包括定子绕组的绝缘层、轴承等组成部分，用来确保电机的稳定运行。
1.电源输入：将三相交流电源输入到电机的定子绕组中，同时加上适当的控制电路来控制电机的运行。
2.旋转磁场的产生：定子绕组受到电源供电后产生磁场，这个磁场的旋转速度与电源的频率有关，一般是同步电机的同步转速。
3.转子磁场的产生：转子通过导磁铁片和励磁电流来形成磁场，这个磁场与定子的磁场相互作用，从而产生转矩。
4.产生转矩：两个磁场的相互作用会使转子产生转矩，从而使电机开始旋转。
5.效率提高：通过控制电流的大小和相位来调节电机的转速和输出扭矩，实现电机的高效率工作。
同步电动机的结构和工作原理使其具有很多优点，例如输出功率稳定、转速准确可控、效率高等特点。
它广泛应用于各种工业领域，如风力发电、水力发电、工业生产等。
同时，在家用电器、交通工具和船舶等领域也有着广泛的应用。
总的来说，同步电动机是一种重要的电动机种类，其结构和工作原理相对简单但十分有效。
了解同步电动机的基本工作原理和结构，对于工程技术人员和电机专业人员来说是非常重要的，因为它是现代工业中常见的一种电机类型，对于提高生产效率和降低能源消耗都具有重要作用。
希望通过本文的介绍，读者能够对同步电动机有更深入的了解，进而更好地应用它们于实际生产中。
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。
同步发电机的基本知识及结构
温升与绝缘等级
温升
指同步发电机在运行过程中各部分温度 相对于环境温度的升高值。温升过高会 影响发电机的性能和寿命，因此需要对 发电机的冷却系统进行合理设计。
绝缘等级
指同步发电机绝缘材料的耐热等级，即 绝缘材料在连续运行条件下能够承受的 最高温度。绝缘等级越高，发电机的耐 热性能越好，但成本也相应增加。
应用领域与前景
• 大型电站：作为主力电源，为电网提供稳定、可靠的电能。 • 分布式能源：在分布式能源系统中，如微电网、智能电网等，同步发电
机可以作为重要的电源组成部分。 • 可再生能源：在风力发电、太阳能发电等可再生能源领域，同步发电机
作为并网逆变器的重要组成部分，实现电能的并网传输。 • 前景：随着电力系统的不断发展和完善，以及可再生能源的大规模应用，
灭磁装置
在发电机停机或故障时， 迅速切断励磁电流，避免 发电机因磁场过强而损坏。
冷却系统
冷却介质
通常采用空气或水作为冷 却介质，将发电机内部产 生的热量带走。
冷却器
冷却器是将冷却介质进行 冷却的装置，如散热器、 冷却塔等。
冷却风扇或水泵
驱动冷却介质循环流动的 装置，如冷却风扇或水泵 等。
03 同步发电机的工作原理
无松动现象。
检查发电机的滑环和电刷，确 保其表面光滑、无磨损、无裂 纹，电刷长度符合要求。
检查发电机的轴承和润滑系统 ，确保轴承无异常声响、无过 热现象，润滑油油位正常、油 质良好。
常见故障及处理方法
发电机无法启动或启动困难
01
检查电源线路、启动电机、控制系统等，确保电源供应正常、
启动电机工作良好、控制系统无故障。
同步发电机的需求将持续增长。未来，同步发电机将朝着更高效率、更 低排放、更高可靠性和更智能化的方向发展。同时，随着新材料、新工 艺和先进控制技术的应用，同步发电机的性能将得到进一步提升。
同步电机的基本工作原理与结构
同步电机的基本工作原理与结构
同步电机是一种交流电机，其基本工作原理是通过交流电源产生的旋
转磁场与定子磁场达到同步旋转的效果。
同步电机的结构主要由转子、定
子和励磁系统组成。
一、同步电机的基本工作原理
1.定子磁场：
2.旋转磁场：
由于同步电机的构造，它会自动调整转子线圈中的电流，使得旋转磁
场保持和定子磁场同步旋转。
这样，同步电机的转子就能够跟随定子磁场
旋转，产生旋转的动力。
二、同步电机的结构
1.转子：
同步电机的转子一般采用的是绕组，绕组中包含一定数量的线圈。
转
子线圈在转子上形成一个圆柱形的感应电流区，通过感应电流产生的磁场，实现了跟随定子磁场的旋转运动。
转子线圈通常由导体制成，而导体可以
是铜、铝等材料。
2.定子：
3.励磁系统：
同步电机的励磁系统是控制电机旋转的重要部分。
励磁系统一般由励
磁电源、励磁线圈和励磁控制部分组成。
励磁电源通过交流电源产生的电
流来供电励磁线圈，形成磁场。
励磁控制部分负责调节励磁系统的电流，控制电机的转速和输出功率。
具体来说，同步电机的励磁系统有两种类型：恒磁系统和变磁系统。
恒磁系统在运行时磁场强度保持不变，变磁系统可以通过调节电流来改变磁场强度。
总结：。
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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额定功率因数 cosφN：电机在额定运行时的功率因数。 额定效率ηN：电机额定运行时的效率。 额定励磁电压Uf（V）和额定励磁电流if（A） 额定温升（℃）
2．自复励半导体励磁系统
1 GS ～
7
0 A B C
3
5
2
6
4
1－发电机 2－励磁变压器 3－功率电流互感器 4－可控整流器 5－整流器 6－自 动励磁调节器 7－起励装置
3．相复励励磁系统（相位补偿复励式励磁系统）
0 A B C
3
1 2
I
4
6
5
1－发电机 2－线性电抗器 3－电流互感器 4－桥式整流器 5－整定电阻 6－起励装 置
假设：发电机一对极，气隙磁密按正弦分布，转子旋转一周导体中感应电 动势变化见下图：
Y
C
Y
C
. . A
N
S
XA
n1
Z
Z B
S
X
N
n1
B
1）ea = Emax
2）ea = 0
. .
Y
C
A
. . S
N
X
n1
Z
B
3）ea =-Emax
Y
C
N
A
X
S
n1
Z
B
4）ea = 0
同理：p 对极转子旋转一周，导体感应电动势变化 p个周波。
§7-1 概述
同步的概念：
转子与电枢旋转磁场以相同的速度旋转，称之为同步，有此特征的电机 称为同步电机。
同步电机转子转速n、定子电动势频率f和极对数p之间有严格不变的关系：
n 60 f (r / min) p
我国电力系统的交流电频率为50Hz，极对数和转速关系如下：
n 60 50 3000 ( r / min)
2）电动机：适用于不要求调速的生产机械，可提高电网功率因数。 （驱动空气压缩机、鼓风机、球磨机）
3）调相机：调节无功功率，改善电网功率因数。
二、同步电机的结构 同步电机的基本构成：定子铁心、转子铁心、气隙、励磁绕组、电枢绕 组。
1 汽轮发电机
转子：
定子：
2 水轮发电机
转子：
定子：
§7-3 同步电机的基应如何布置？
a
a
a
a
S
N
S
N
p对极电机、转子转速n，则交流电动势的频率： f pn (Hz) 60
转子转速与电枢旋转磁场转速的关系：
1）电势频率为f的p对极电机电枢绕组的基波旋转磁动势表达式：
f1 F1 cost p
2）电枢旋转磁场角速度： 1
d
dt
d dt
1－主发电机 2－主发电机励磁绕组 3－交流主励磁机 4－交流主励磁机励磁绕 组 5－永磁中频副励磁机 6－永磁中频副励磁机转子 7－旋转整流器 8－可控整 流器
二、自励式励磁系统 1．自并励半导体励磁系统
GS 3～ 1
5
0 A B C
2
4
3
1－发电机 2－励磁变压器 3－可控整流器 4－自动励磁调节器 5－起励装置
额定功率PN ： 1）同步发电机：发电机输出的额定有功功率。
PN SN cosN 3UN IN cosN
2）同步电动机：转轴输出的有效机械功率。
PN 3UN IN cosNN
额定电压UN：额定运行时电机定子三相线电压，单位：伏(V)、千伏(kV)。 额定电流IN：电机在额定运行时流过定子绕组的线电流，单位：安(A)。
p
p
§7-2 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； （2）电励磁同步电机。
4）按运行方式分类：
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。
t
p
p
S
V
S/2
S/2
V/2
3）电枢旋转磁场转速：
n1
1
60
2
p
60
2
2 f
p
60
2
2 pn
60 p
60
2
n
旋转电机实现机电能量转换的基本条件：电枢磁动势的基波与励磁磁动势 转速相同，转向一致，它们在空间保持相对静止。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。
一、他励式励磁系统 1．直流励磁机励磁系统
if
If
L
Rf A
K
～G V
2．他励式静止半导体励磁系统
10 9
8
～G
～G
3
5
2
6 7
～G
1 4
1－主发电机 2－主励磁机 3－副励磁机 4－整流器 5－可控整流器 6－自励恒压 装置 7－自动励磁调节器 8－起励装置 9－感应调压器 10－整流器
3．旋转半导体励磁系统
电机的可逆性原理：任何一台同步电机，既可以作为同步发电机运行，也 可以作为电动机或调相机运行。
注意：同步发电机、同步电动机和同步调相机各有自己的特点，没有特殊 情况，不互换使用。
§7-4 同步电机的励磁方式
励磁系统：为同步电机工作时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。 励磁方式：获得励磁电流的方法。 按照励磁系统和发电机的关系，励磁系统可分为他励式和自励式两类。
该系统具有自励恒压特性，能自动调节发电机的励磁，使得在任何负载下 端电压都能稳定在一定范围内。
4．三次谐波励磁系统
1
6
A
2
B
C
0
5
3
4
1－发电机 2－励磁绕组 3－谐波绕组 4－整流器 5－调节电阻 6－集电环
§7-4 同步电机的额定值
额定容量SN：发电机出线端的额定视在功率。单位：千伏安(kVA)、兆伏安 (MVA)。 同步调相机用线端的额定无功功率来表示其容量。单位：千乏(kVAR)或兆 乏(MVAR)。
第二篇 同步电机
第七章 同步电机的基本知识及结构 第八章 交流电机的绕组和电动势 第九章 交流绕组的磁动势 第十章 同步发电机的基本电磁关系 第十一章 同步发电机的并联运行 第十二章 同步电动机和同步调相机 第十三章 同步发电机的不对称运行 第十四章 同步发电机的三相突然短路
重点内容：
1．掌握同步电机的基本工作原理； 2．掌握同步电机转子转速与电动势频率的关系； 3．了解同步电机的基本类型及结构； 4．了解同步电机的额定值。