同步发电机的基础知识与设计
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q轴 A轴
时轴
E0A
.
.
Y
C
IA ψ E 0C
Βιβλιοθήκη Baidu. .
IB
.
d轴 Ff
.
Fa
A
N
S
X
IC
E 0B
Z
B
直轴助磁电枢反应
17
内功率因数角00<Ψ<900
q 轴 A轴
时轴
E0A
.
Y
Ψ +900
C
IC
ψ
. .
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IA
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d轴
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Ff
A
Fa
N
S
X
E 0C
IB
E 0B
Z B
既有交轴又有直轴去磁电枢反应
18
功角δ的双重物理意义
10
同步电机的运行状态 电动机——把电能转换为机械能 补偿机——没有有功功率的转换，专门发出或吸收 无功功率、调节电网的功率因数 发电机——把机械能转换为电能
同步电机运行于哪一种状态，主要取决于 定转子合成磁场与转子主磁场之间的夹角δ， δ称为功率角
11
B0
A
Z
ns
B
N
Te
Y
B
S
C
X
Fa
12
13
Ff T1
Tem
N
n
δ
S N
21
功角 δ 是转子磁极 轴线和定子合成磁 极轴线的空间夹角
电磁计算中的基本输入数据
功率，转速，频率 定子内径，定子外径，定子槽数，气隙，定子槽形，跨距，通风沟宽 铁心长度，极靴形状，转子线规，转子匝数
并联支路数a
并绕根数cc 每槽导体数Ns
22
并联支路数
23
并绕根数
9
同步电机的额定值
额定功率PN —— 指额定运行时电机的输出功率 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
同步发电机的基本知识与设计
2016.08.21
0
课程目的：
1. 2.
掌握同步发电机的基本知识 学会使用电励磁同步发电机设计软件
1
电机为什么会转？
2
3
4
这里 代表可以产生磁场的磁源，如永磁体， 带励磁绕组铁心
代表磁场的移动/旋转，可以是机械运 动引起的“摸得到”的旋转，也 可以是通电绕组产生的“摸不到” 的旋转 视频：磁场的旋转
24
每槽导体数Ns
25
26
每相串联匝数
N Z Ns 2 3 a
U 4.44 f N W K dp1 1
拉出一相
变弯？
27
基本输出数据 电流密度
I a J 1 C 1A c
线负荷
热负荷
N sI a A 1 t 1
AJ 1 A 1 J 1
14
内功率因数角Ψ=00
时轴
q轴 A 轴
E0A
IA
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Fδ
Fa
Y C
Ψ +90
d轴
Ff
0
E 0C
.
. IC
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Z
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A
N
S
X
B
交轴电枢反应
15
内功率因数角Ψ=900 时轴
q轴 A轴
.
E0A
IC
ψ
. .
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Y
C
d轴
Ff
IA
A
N
Z B
S
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IB
.
E 0B
.
直轴去磁电枢反应
16
内功率因数角Ψ=-900
28
磁通密度 B
F
29
损耗与效率
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
30
5
同步和异步
绕组电流的频率与转子转速的关系
nN 60 f N p
无论同步还是异步电机，磁场的转速都是相同的！！！
6
联想
同步电机：热恋中的情侣 异步电机：商场里的滚梯
扩展
双馈电机
7
旋转磁极式同步电机的类型
N
+
S
隐极式：高速—汽轮发电机
8
旋转磁极式同步电机的类型
N
S
N
S
+
凸极式：低速—水轮发电机
三角四轴
内功率因数角 : 是 E 0 与 I 的时间相位角 , 与电机参数及负载有关 ; 外功率因数角 : 是 U 与 I 的时间相位角 , 与负载有关; 功率角(功角) : 是 E 0 与U 的时间相位角 .三者关系:
直轴（纵轴、d 轴） ：主磁极轴线位置。 交轴（横轴、q 轴） ：与直轴成 900 电角度的位置。 相轴： 每相绕组的轴线位置。 时轴: 时间相量在其上投影可得瞬时值
1、是电动势
E 0和电压 U 间的时间相角差 2、是励磁磁势 和合成磁势 间的空间相角差 F Ff
19
功角 δ 意 义的图示A：
E0
E a E j I xa j I x
U
δ
F
a 0
I
δ
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n1
S Fδ
功角 δ 意 义的图示B
时轴
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直轴助磁电枢反应
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内功率因数角00<Ψ<900
q 轴 A轴
时轴
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既有交轴又有直轴去磁电枢反应
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功角δ的双重物理意义
10
同步电机的运行状态 电动机——把电能转换为机械能 补偿机——没有有功功率的转换，专门发出或吸收 无功功率、调节电网的功率因数 发电机——把机械能转换为电能
同步电机运行于哪一种状态，主要取决于 定转子合成磁场与转子主磁场之间的夹角δ， δ称为功率角
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B0
A
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Ff T1
Tem
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功角 δ 是转子磁极 轴线和定子合成磁 极轴线的空间夹角
电磁计算中的基本输入数据
功率，转速，频率 定子内径，定子外径，定子槽数，气隙，定子槽形，跨距，通风沟宽 铁心长度，极靴形状，转子线规，转子匝数
并联支路数a
并绕根数cc 每槽导体数Ns
22
并联支路数
23
并绕根数
9
同步电机的额定值
额定功率PN —— 指额定运行时电机的输出功率 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
同步发电机的基本知识与设计
2016.08.21
0
课程目的：
1. 2.
掌握同步发电机的基本知识 学会使用电励磁同步发电机设计软件
1
电机为什么会转？
2
3
4
这里 代表可以产生磁场的磁源，如永磁体， 带励磁绕组铁心
代表磁场的移动/旋转，可以是机械运 动引起的“摸得到”的旋转，也 可以是通电绕组产生的“摸不到” 的旋转 视频：磁场的旋转
24
每槽导体数Ns
25
26
每相串联匝数
N Z Ns 2 3 a
U 4.44 f N W K dp1 1
拉出一相
变弯？
27
基本输出数据 电流密度
I a J 1 C 1A c
线负荷
热负荷
N sI a A 1 t 1
AJ 1 A 1 J 1
14
内功率因数角Ψ=00
时轴
q轴 A 轴
E0A
IA
.
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Fδ
Fa
Y C
Ψ +90
d轴
Ff
0
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. IC
. IB
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交轴电枢反应
15
内功率因数角Ψ=900 时轴
q轴 A轴
.
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Ff
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直轴去磁电枢反应
16
内功率因数角Ψ=-900
28
磁通密度 B
F
29
损耗与效率
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
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5
同步和异步
绕组电流的频率与转子转速的关系
nN 60 f N p
无论同步还是异步电机，磁场的转速都是相同的！！！
6
联想
同步电机：热恋中的情侣 异步电机：商场里的滚梯
扩展
双馈电机
7
旋转磁极式同步电机的类型
N
+
S
隐极式：高速—汽轮发电机
8
旋转磁极式同步电机的类型
N
S
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S
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凸极式：低速—水轮发电机
三角四轴
内功率因数角 : 是 E 0 与 I 的时间相位角 , 与电机参数及负载有关 ; 外功率因数角 : 是 U 与 I 的时间相位角 , 与负载有关; 功率角(功角) : 是 E 0 与U 的时间相位角 .三者关系:
直轴（纵轴、d 轴） ：主磁极轴线位置。 交轴（横轴、q 轴） ：与直轴成 900 电角度的位置。 相轴： 每相绕组的轴线位置。 时轴: 时间相量在其上投影可得瞬时值
1、是电动势
E 0和电压 U 间的时间相角差 2、是励磁磁势 和合成磁势 间的空间相角差 F Ff
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功角 δ 意 义的图示A：
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E a E j I xa j I x
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功角 δ 意 义的图示B