第六章同步电机磁场6.2
第六章参数说明
第六章参数说明概述：本章详细讲述了ME320变频器各功能码的应用场合及具体的选值方法。
6.1 F0 基本功能组ME320电梯专用变频器是针对电梯高动态相应高精度调速等特点专门开发的，此参数系统默认为1，不可修改。
该参数仅供用户查看出厂机型用。
选择变频器的运行方式。
0：无速度传感器矢量控制指开环矢量。
主要是用于调试阶段运行或维修时的故障判断运行。
1：有速度传感器矢量控制指闭环矢量。
主要适用于高精度速度控制、转矩控制和位置伺服控制等对控制性能要求严格的场合。
电梯使用此种控制方式。
2：V/F控制适用于对控制精度要求不高的场合，如风机、泵类负载。
可用于一台变频器拖动多台电机的场合。
提示：选择矢量控制方式时在必须进行过电机参数辨识过程。
只有恢得准确的电机参数才能发挥矢量控制方式的优势。
通过调整速度调节器参数（F2组）可获得更优的性能。
选择变频器控制命令的通道。
变频器控制命令包括：启动、停机、正转、反转、点动等。
0：键盘控制（“LOCAL/REMOT”灯灭）；由键盘面板上的RUN、STOP/RES按键进行运行命令控制。
多功能键MF.K若设置为FWD/REV切换功能（F7.01设为2），可通过该键来改变运转方向。
1：端子控制（“LOCAL/REMOT”灯亮）；由多功能输入端子FWD、REV、JOGF、JOGR等进行运行命令控制。
2：通讯控制（“LOCAL/REMOT”灯闪烁）运行命令由上位机通过通讯方式给出。
选择此项时，必须选配我司通讯卡（可选件）。
选择变频器主给定频率的输入通道。
共有10种主给定频率通道：0：数字设定（不记忆）初始值为F0-08 “数字设定预置频率”的值。
可通过键盘的▲、▼键（或多功能输入端子的UP、DOWN）来改变变频器的设定频率值。
不记忆指变频器掉电后，变频器的设定频率值恢复为F0-08 “数字设定预置频率”值。
1：数字设定（记忆）初始值为F0-08 “数字设定预置频率”的值。
可通过键盘的▲、▼键（或多功能输入端子的UP、DOWN）来改变变频器的设定频率值。
电机学教材
第六章同步电机 (272)6.1 概述 (272)6.1.1 同步电机的结构型式 (272)6.1.2 同步电机的励磁方式 (278)6.1.3 同步电机的冷却方式 (278)6.1.4 同步电机的额定值 (278)6.2 同步电机的运行原理 (279)6.2.1 同步发电机的空载运行 (279)6.2.2 同步电机的电枢反应 (282)6.2.3 隐极同步发电机的负载运行 (286)6.2.4 凸极同步发电机的负载运行 (291)6.3 同步发电机的运行特性 (295)6.3.1 同步发电机的运行特性 (296)6.3.2 特性曲线在参数计算中的应用 (299)6.3.3 同步发电机稳态参数的测定 (306)6.4 同步发电机的并联运行 (307)6.4.1 投入并联的条件和方法 (308)6.4.2 功率和转矩平衡方程 (311)6.4.3 功角特性 (312)6.4.4 有功功率调节与静态稳定 (314)6.4.5 无功功率调节和V形曲线 (318)6.5 同步电动机和调相机 (319)6.5.1 基本电磁关系 (319)6.5.2 无功功率调节 (322)6.5.3 起动与调速 (323)6.5.4 调相机 (326)6.6 同步发电机的不对称运行 (327)6.6.1 相序阻抗和等效电路 (327)6.6.2 不对称稳态短路 (330)6.6.3 负序和零序参数测定 (334)6.6.4 不对称运行的影响 (336)6.7 同步电机的突然短路 (337)6.7.1 超导回路磁链守恒原理 (337)6.7.2 三相突然短路过程中的基本电磁关系 (338)6.7.3 同步电机的瞬态参数 (343)6.7.4 突然短路电流及其衰减时间常数 (347)6.7.5 突然短路对电机的影响 (351)6.8 特殊用途的同步电机 (352)6.8.1 磁阻同步电动机 (352)6.8.2 磁滞同步电动机 (354)6.8.3 反应式步进电动机 (356)习题 (358)电机学第六章同步电机272第六章同步电机同步电机是交流电机的一种。
同步发电机的磁场
.
.
.
.
EaE (jIaXajIaX)
.
.
jIa(XaX)jIa Xs
式气隙中均Xs匀，X为a常X数 。称为隐极同步电机的同步电抗，
27
电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99@
电机学
电枢反应电抗的物理意义
同步发电机的磁场
这样同步发电机在负载下，电枢反应磁通 及漏磁通所产生的作用，可以通过同步电 抗压降的形式来表示了。
同步电机在正常状态下工作，磁路略呈饱 和。磁路的饱和程度越高，它的磁阻便越 大，所对应的电抗便会越小。所以磁阻或 电抗的大小是随着磁路饱和程度的改变而 改变的。
同步发电机的磁场
交轴电枢磁势固定地作用在交轴磁路，也对应于
一个恒定不变的磁阻，产生磁通
。磁通
aq
ad
与
aq分别切割定子绕组而在其中感应出电势 Ead 及 E aq。由于交轴及直轴的磁阻都恒定不变，所以
E ad 正比于 ad
， E aq
正比于
，因此，
aq
.
.
Ead j Id Xad
隐极同步电机：
隐极同步电机有一个特点就是定转子之间的气隙
是均匀分布的。下面我们就来分析他的电抗。
25
电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99@
电机学
电枢反应电抗的物理意义
同步发电机的磁场
已知：
.
.
Ea j Ia Xa
其中的 X a 称为电枢反应电抗。在同样大小电流情况 下,如果 X a 越大，电枢反应电势也越大，表示着电 枢磁势所产生的电枢磁通很强。因此 X a的大小可以 说明电枢反应的强弱。
第06章-交流电机的旋转磁场理论
-11-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
二、旋转磁场的基本特点
1）三相对称绕组通入三相对称电流所产生的三相基波合成 磁动势是一个旋转行波， 合成磁动势的幅值是单相电枢绕组脉
振磁动势幅值的3/2倍。同理可以证明，对于m相对称绕组通入 m相对称电流，所产生的基波合成磁动势也是一个旋转行波， 其幅值为每相脉振幅值的m/2倍。
-13-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
第三节 交流电机的主磁通和漏磁通
一、主磁通
当交流电机的定子绕组通入三相对称电流时， 便在气隙中
建立基波旋转磁动势，同时产生相应的基波旋转磁场。 与基波
旋转磁场相对应的磁通称为主磁通，用m表示。由于旋转磁场
是沿气隙圆周的行波，而气隙的长度是非常小的， 所以相应的
-8-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
图6-3说明 Fs (x,t) 是一个幅 值恒定、正弦分布的行波。
由于 Fs (x,t) 又 表示三相电
枢绕组基波合成磁动势沿气隙圆
F sm
F ( x, t) s
v1
et
周的空间分布，所以它是一个沿
气隙圆周旋转的行波，其相对于
定子的速度是
v1
e
π
（6-8）
0
FA1( x, t ) FB1 ( x, t ) FC1 ( x, t )
Fm
1
c
oset
c
os
πx
Fm
1
c
os
(et
2π 3
)
Fm 1
cos(et
2π 3
)
cos(πx
cos(πx
2π ) 3 2π ) 3
（6-5）
式中，Fm1是每相磁动势基波分量的幅值，其精确的计算需要考 虑绕组分布及短距等因素。
同步电机的基本工作原理与结构
转子
转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成 励磁绕组：铜线制成 护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出 中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动 滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组
第二页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
转子
C A
定子绕组
B
900
q轴 U轴
F f 与Fa之间夹
角为 900
V2 W1
记Fa为Fad
d轴
Fa N
Ff
U1
电枢反应性质：
直轴助磁电枢反应
V轴
W2
S U2
V1
W轴
第二十三页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
6.3.4 一般情况下的电枢反应
空枢载 电电流动势角I E,超0 前电
00 900
q轴 U轴
引进600MW汽轮发电机
第十页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产300MW汽轮发电机
第十一页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产200MW汽轮发电机定子
第十二页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
国产200MW汽轮发电机定子铁心
第十三页，编辑于星期六：二十点 四分。
同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。
第十七页，编辑于星期六：二十点 四分。
第６章 同步电机
６.1.3 同步电机的额定值
额定容量SN 额定功率PN
指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输出 的额定视在功率或有功功率，单位是KVA或KW。电动机额定容 量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是KW。调相机 用KVA或Kvar表示。
同步电机习题答案
同步电机习题与答案6.1 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？[答案见后]6.2 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？[答案见后]6.3 在凸极同步电机中，为什么要采用双反应理论来分析电枢反应？[答案见后]6.4 凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗X ad大于交轴电枢反应电抗X aq？[答案见后]6.5 测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降为原来0.95n N，对试验结果有什么影响？[答案见后]6.6 一般同步发电机三相稳定短路，当I k=I N时的励磁电流I fk和额定负载时的励磁电流IfN 都已达到空载特性的饱和段，为什么前者Xd取不饱和值而后者取饱和值？为什么Xq一般总是采用不饱和值？[答案见后]6.7 为什么同步发电机突然短路，电流比稳态短路电流大得多？为什么突然短路电流大小与合闸瞬间有关？[答案见后]6.8 在直流电机中，E>U还是U>E是判断电机作为发电机还是作为电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？为什么？[答案见后]6.9 当同步发电机与大容量电网并联运行以及单独运行时，其cosφ是分别由什么决定的？为什么？[答案见后]6.10 试利用功角特性和电动势平衡方程式求出隐极同步发电机的V形曲线。
[答案见后]6.11 两台容量相近的同步发电机并联运行，有功功率和无功功率怎样分配和调节？[答案见后]6.12 同步电动机与感应电动机相比有何优缺点？[答案见后]6.13 凸极式同步发电机在三相对称额定负载下运行时，设其负载阻抗为R+jX，试根据不考虑饱和的电动势相量图证明下列关系式[答案见后]6.14 试述直流同步电抗X d、直轴瞬变电抗X´d、直轴超瞬变电抗X"d的物理意义和表达式，阻尼绕组对这些参数的影响？[答案见后]6.15 有一台三相汽轮发电机，P N＝25000kW，U N＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后），作单机运行。
同步发电机的运行原理
If
Ff
If Nf
0 f
E0 4.44 fNkN10
只增加磁极部分 的饱和程度
第四页，编辑于星期六：二十点 二分。
一、空载运行时的主磁通
空载运行时气隙磁场仅由转子励磁磁动 势单独建立，磁场的强弱仅由励磁电 流大小决定。
第五页，编辑于星期六：二十点 二分。
二、带对称负载时的主磁通
负载运行时，定子 绕组中有电流流过， 便会产生电枢基波 旋转磁动势。
说明：
E0、ψ的公式同样适用于隐极电机，只要令
个锐角，此时电
枢反应性质为交
轴电枢反应。
第十五页，编辑于星期六：二十点 二分。
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应 l 交轴电枢反应，即交磁作用。 l 电枢磁场与转子励磁绕组相互作用产生的电
磁力f1，在转子上产生的电磁转矩与转子的转 向相反，对发电机起制动作用。 l 要想维持转速不变，就要相应地增加原动机的 输入机械功率。
Φδ= Φ0+ Φa ； E δ=E0+Ea 当磁路饱和时，磁场不再满足线性叠加条
件，但由安培环路定律可知磁动势是可以 叠加的，所以要先求合成气隙磁动势 Fδ=Ff+Fa ，再由Fδ求出Φδ、 Eδ 。
第二十六页，编辑于星期六：二十点 二分。
一、隐极同步发电机
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：
三、电枢反应
5、 -90°<ψ<0° 时的电枢反应
F
Fa
Faq
1
E0
d轴
I Iq
Ff
B0 (0 ) Fad Id
时空矢量图
• 既有交轴电枢 反应，又有直 轴增磁电枢反 应。
运动控制系统-第6章 同步电动机变压变频调速系统
2
当负载转矩加大为 TL4时，转子减速使角θ 增加，电磁转矩 Te减4 小，导致θ继续，最 终，同步电动机转速偏离同步转速，这种 现象称为“失步”。
2
在 的范围 内，2 同步电动机不 能稳定运行，将产 生失步现象。
Te
Te3
Te4
0
3 4
2
图6-4 在 的范围内，
2
Te1
TL1
3U s Es
m xd
sin1
0
2
当负载转矩加大为 时，转子减速使角θ增加，
当 衡，
，电磁 转 2矩 2
和TL负2 载转矩
Te 2
又达到平
TL2
Te 2
TL2
3U s Es
m xd
s in 2
同步电动机仍以同步转速稳定运行。
0
2
若负载转矩又恢复
为 TL1，则角 恢 复
3. 梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直 流电动机——以梯形波永磁同步电动机为 核心的自控变频同步电动机，由于输入方 波电流，气隙磁场呈梯形波分布，性能更 接近于直流电动机，但没有电刷，故称无 刷直流电动机。
无刷直流电动机实质 上是一种特定类型的
iA eA eA
同步电动机，气隙磁 场和感应电动势是梯
第6章
同步电动机变压变频 调速系统
同步电动机直接投入电网运行时，存在 失步与起动两大问题，曾一直制约着同 步电动机的应用。同步电动机的转速恒 等于同步转速，所以同步电动机的调速 只能是变频调速。
变频调速的发展与成熟不仅实现了同步 电动机的调速问题，同时也解决了失步 与起动问题，使之不再是限制同步电动 机运行的障碍。
永磁同步电动机的转子用永磁材料制 成，无需直流励磁。
06第六章 同步电机
= U cosψ 0 cosϕ + U sinψ 0 sin ϕ + IRa cosψ 0 + IX d sinψ 0
cosψ 0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX q )2
E0 =
U cosϕ + IRa
sinψ 0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sinϕ + IX q )2
得证第一式
U sin ϕ + IX q
代入前式得
(U cosϕ + IRa )2 + (U sinϕ + IX d )(U sinϕ + IX q ) (U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX q )2
IR IX cosϕ + a + sin ϕ + d U U
∗ 2 a 2 ∗ d ∗ q ∗ 2 a ∗ d ∗ 2 q ∗ a ∗2 a ∗ q ∗ d ∗ q ∗ 2 a ∗ 2 q
2 IX q IR sin ϕ + cosϕ + a + U U
∗ ∗ d Xq
)
得证第二式
∗ ∗ ∗ = Xq = Xs ，所以上两式简化为 对于隐极同步发电机，由于 X d = X q = X s 、 X d
E0 =
∗ E0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX s )2
(U
∗
∗ cosϕ + Ra
) + (U
第六章 三相异步电机的建模与特性分析
⎩结论：随着时间的推移，定子三相绕组所产生的合成磁场是大小不变、转速恒定的旋转磁场。
当某相电流达旋转磁场切割闭合导体产生电流带电导体切割磁力线产生力，即（1）电动机运行状态在这种状态下，转速：，相应的转差率：此时，电磁转矩为驱动性的。
10n n <≤0≤<s（2）发电机运行状态在这种状态下，由原动机拖动异步电机运行，转速为：，相应的转差率为：。
此时，电磁转矩为制动性的。
1n n >0<s（3）电磁制动状态在这种状态下，如果在外力拖动下，转子转速，相应的转差率。
此时，电磁转矩为制动性的。
电机内部损耗转子轴上输入机械能定子输入电能⇒+0<n 1>s定子绕组：单层、双层（6.3节展开讲）与直流电机相比，异步电机的气隙较小。
中小型异步交流绕组的槽电势星形( ，241=Z 2(1)单个整距线圈所产生的磁势单个整距线圈所产生的磁势和前边直流电机中一样是矩形的，注意到是小写的，说明是瞬时值，也就是说上图是某瞬间的磁势。
，磁势t I i c c ωcos 2=c i tI N i N cy c y ωcos 2212/=(2)单个短距线圈所产生的磁势=个分布线圈磁势矢量的个分布线圈磁势矢量的分布系数q q空间、时间函数，即脉振磁势值变化）A−A+三相合成时，反向的，标量相加抵消； 正向的，标量相加叠加为３／２倍交流电机的磁场ναννδsin 1∑∞==m B b ατπδsin sin 111m m B x B b ==既然有个旋转磁场，干脆以一个以旋转永气隙基波磁密一个线圈的两个边，感应电势大小相等、相位相180°，且每个线圈由匝组成，整距线圈所感应的y Nτy =1y<τ1一个线圈的两个边，相位相不再差180°，而是β=感应电势大小则不再相等，则短距线圈所感应的基波电势为：=个分布线圈感应电动势个分布线圈感应电动势分布系数q q 一个线圈组所感应电势的有效值为：。
永磁同步发电机的工作原理
永磁同步发电机的工作原理一、基本原理从6.2节可见，永磁同步发电机是由定子与转子两部分组成，定子、转子之间有气隙。
永磁同步发电机的定子与普通交流电机相同，转子采用永磁材料。
其主磁通路径如图6-28所示。
图6-28 永磁同步发电机主磁通路径图6-29（a）为一台两极永磁同步发电机，定子三相绕组用3个线圈AX、BY、旋转，永磁磁极产生旋转的气隙磁场，其CZ表示，转子由原动机拖动以转速ns基波为正弦分布，其气隙磁密为——气隙磁密的幅值；式中B1θ——距坐标原点的电角度，坐标原点取转子两个磁极之间中心线的位置。
图6-29 两极永磁同步发电机在图6-29（a）位置瞬间，基波磁场与各线圈的相对位置如图6-29（b）所示。
定子导体切割该旋转磁场产生感应电动势，根据感应电动势公式e=Blv可知，导体中的感应电动势e将正比于气隙磁密B，其中l为导体在磁场中的有效长度。
基波磁场旋转时，磁场与导体间产生相对运动且在不同瞬间磁场以不同的气隙磁密B切割导体，在导体中感应出与磁密成正比的感应电动势。
设导体切割N极磁场时感应电动势为正，切割S极磁场时感应电动势为负，则导体内感应电动势是一个交流电动势。
对于A相绕组，线圈的两个导体边相互串联，其产生的感应电动势大小相等，方向相反，为一个线圈边内感应电动势的2倍（短距绕组需要乘短距系数，见第3章）。
将转子的转速用每秒钟内转过的电弧度ω表示，ω称为角频率。
在时间0～t内，主极磁场转过的电角度θ=ωt，则A相绕组的感应电动势瞬时值为——感应电动势的有效值。
式中E1三相对称情况下，B、C相绕组的感应电动势大小与A相相等，相位分别滞后于A相绕组的感应电动势120°和240°电角度，即可以看出，永磁磁场在三相对称绕组中产生三相对称感应电动势。
关于定子绕组中感应电动势的详细计算可参照第2章。
导体中感应电动势的频率与转子的转速和极对数有关。
若电机为两极电机，周，则导体中电动势交转子转1周，感应电动势交变1次，设转子每分钟转ns/60。
第6章-同步发电机基本方程
二、同步发电机的原始方程
• 磁链、电压、电流正方向确定
④ 定子回路 定子电流的正方向——绕组中性点流向端点的方向 各相感应电势的正方向与相电流的相同 向负荷侧看，电压降的正方向与相电流正方向一致。
⑤ 转子回路 各个绕组感应电势的正方向与本绕组电流的正方向相同 向励磁绕组提供正向励磁电流的外加励磁电压是正的 两个阻尼回路的外加电压为零
id
2 3 [ia
cos
ibcos(Fra bibliotek 120 ) ic
cos(
120
)
iq
2 3 [ia
sin
ib
sin(
120 ) ic
sin(
120 )
三、同步发电机的基本方程
3.1、派克变换
• 通过这种变换，将三相电流ia、ib、ic变换成了等效的两相电流
② 转子极中心线用d表示，纵（直）轴；极 间轴q横（交）轴。按转子旋转方向，q轴 超前d轴90°。
励磁绕组ff轴线与d轴重合；阻尼绕组 用相互正交短接线路表示；DD纵轴阻尼 绕组轴线与d轴重合；QQ横轴阻尼绕组 与q轴重合。
隐极机转子涡流效应可用阻尼绕组等效 ，外形不同，凸极机特例。
③ Ψ正方向——i正方向——轴线正方向
个绕组，气隙中产生正弦分布的磁势； ④ 定子绕组沿定子均匀分布，电机空载，转子恒速旋转时，转子绕组的磁
动势在定子绕组所感应的空载电势是时间的正弦函数； ⑤ 电机的定子和转子具有光滑的表面。（即不考虑定转子槽、通风沟等）。
二、同步发电机的原始方程
• 磁链、电压、电流正方向确定
① 定子三相绕组ax、by、cz中心轴线a、b、 c彼此相差120°。c相滞后a相轴线120°， b相轴线滞后a相240°。
电机学讲义
具有相当强的理论性（基础性）和实践性（技术性）
内容：绪论～第六章 同步电机 考核： 出勤 15 平时 15 实验 25 期末 40 其它 5
Yanshan University
第六章
同步电机的稳态分析
同步电机的特点：稳态运行时，转子转速与电网频率之间具 有固定不变的关系，即 同步电机主要用作发电机。现代发电站中的交流发电机几乎 都是同步发电机。 也可以用在不需要调速的大型电动机和改善电力系统供电性 能的同步补偿机。 1.同步电机的基本结构、运行状态 2.空载和负载时同步发电机的磁势和磁场 3.同步发电机的基本方程、等效电路、功率和 本章 转矩方程 主要内容 4.分析同步发电机运行特性和与电网的并联 5.同步电动机和同步补偿机 Yanshan University 6.同步发电机的不对称运行
Yanshan University
Yanshan University
二、同步电机的运行状态 稳态情况下，定子产生的气 隙旋转磁场和转子绕组通过 直流产生的转子磁极之间一 直保持相对静止。 它们之间相互作用产生电磁 转矩，进行能量转换。 电动机——把电能转换为机械能
补偿机——没有有功功率的转换， 只发出或吸收无功功率 发电机——把机械能转换为电能
相量图和等效电路图
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6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图
凸极同步电机的气隙沿电枢圆周是不均匀的。因此做定量 分析时常采用双反应理论。 一、双反应理论 凸极同步电机的气隙是不均匀的，极面下气隙较小， 两极之间气隙较大，故直轴下单位面积的气隙磁导 要比交轴下单位面积的气隙磁导 大很多。 当正弦分布的电枢磁动势作用在直轴上时，由于 较 大，故在一定大小的磁动势下，直轴基波磁场的幅值 相对较大，而交轴基波磁场幅值 将明显较小。
同步电机PPT
下面我们分四种情况考虑：
交轴q
•
•
1、 I 和 E0 同相（ 0 0)
交轴电枢反应使合成磁动
势从空载时的直轴处逆转
向后移了一个锐角 ，幅
值有所增加。
直轴d
F
磁极位置
Ff
Bf
•
0
•
E0
•
I
Fa
•
•
2、I 滞后 E 0 90（0 0 90 0 )
直轴去磁性电枢反应
直轴d Ff
交轴q
•
E0
磁极位置
1、定子部分
发电机定子铁芯由导磁良好的 硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀 分布着许多槽，用来嵌放定子 线圈 ，每相绕组由多个整体成 型的线圈组成 ，按一定规律排 列。
大型水轮发电机通常都是立式 结构，整个机组传动部分的重 量以及作用在水轮机转轮上的 水推力均有推力轴承支撑，并 通过机架和机座传递到地基上
3、补偿机状态： δ=0
S
N
ns
No
Te 0
So
补偿机状态时电磁转矩为零，电机内无有功功率的转换。
五、同步电机的励磁方式
供给同步电机励磁的装置，称为励磁系统 。 1、直流励磁机励磁
2、整流器励磁
整流器励磁又分为静止式和旋转式两种。
静止式指的是整流 装置外放静止状态
旋转式指的是整流装置 随主轴一同旋转
3、相量图及等效电路
已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cosφ及参数
Ra 、Xs，当功率因数滞后时的相量图：
其等效电路：
E&0
jIX s
IRa
U&
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
电机与拖动大学课程 第六章 同步电机
Fa
a
Ea
F E
Ff
1
F
E
Fa
感应电动势的正方向与产生它的磁通 的正方向不符合右手螺旋关系。与电 流方向相反，为反电势。
E0 j4.44 f1N1kw10 Ea j4.44 f1N1kw1a
对吗？
E j4.44 f1N1kw1
E j4.44 f1N1kw1
为便于分析，假设磁路不饱和，不考虑铁耗，转子为隐极，则电
Ea与
a
符合左手螺旋关系，Ea超前
90
a
度电角度，即超前 I 90度电角度。
Fa
a
Ea
I
Ea jIa X a
Xa为电枢反应电抗，相当于感应电机的励磁电抗，当磁路不饱和
气隙磁动势是由电枢磁动势与励磁磁动势的合成，当电机为隐极， 气隙均匀，若不计饱和，可根据气隙磁动势求出气隙磁场的分布。F HB0H0F
当电机为凸极，气隙不均匀，无法用解析表达式来求解。双反应理 论应运而生。
利用合成磁动势的方法走不通，在不计磁路饱和的情况下，先把 交直轴电枢磁动势及励磁磁动势各自形成的磁场分布求出来，然后 把我们所关心的基波磁场的效果进行叠加。这种分别计算交轴和直 轴电枢反应的方法，就是双反应理论。
(5)额定转速nN 是指同步电机的同步转速，单位r/min (6)额定效率ηN 额定运行时的效率 (7)额定功率因数cosφN 额定运行时的同步电机的功率因数
对于三相同步发电机：
PN SN cosN 3UN IN cosN
对于三相同步发电机：
PN 3UN INN cosN
§6-2 同步电机的电枢反应
这种负载时电枢电动势对主极基波磁场的影响称为电枢反应。
电枢反应与电流的大小、主磁路的饱和程度有关，与电枢磁动势与 励磁磁动势在空间中的相对位置有关，还与转子结构有关。
许晓峰《电机拖动》第六章习题答案
6.13答：因为同步发电机带感性负载时，将产生去磁性质的电枢反应，而且负载电流越大，电枢反应去磁作用越强，发电机端电压越低，再加之漏阻抗压降的影响，也使端电压下降，故外特性曲线是下降的。
6.18解：故障前后输出的有功功率不变，则：
6.19解：（1）取电压相量为基准，即：
发电机输出的功率：视在功率：Βιβλιοθήκη 有功功率：无功功率
空载电动势：
所以：
功角：
（2）以为基准相量
额定时功率和电流：
额定功率增至额定情况下110%时：
功角：
所以
增加有功功率后，为：
由电动势方程得：
增加有功功率后的功率或电流：
即无功功率：
无功功率：
功率因数：
（3）电磁功率：
功角：
无功功率：
功率因数：
定子电流：
6.20
解：
电动机的输入功率：
母线上总有功功率：
同步电动机补偿有无功功率：
解上式得：
同步电动机的功率因数：
同步电动机的定子电流：
6.22解：
（1）换机前，水泵站需从电网吸收的视在功率和功率因数：
（2）换机后，水泵站从电网吸收的视在功率和功率因数：
两台异步电动机：
两台同步电动机：
两台异步电动机：
两台同步电动机：
视在功率：
功率因数：
（3）不更换电动机，装设一台同步调相机，将功率因数提高到0.9（滞后），调相机的容量为：
解得：
机电传动与控制(第四版)第6章课后习题参考答案
第六章6.1 有一台交流伺服电动机，若加上额定电压，电源频率为50Hz,极对数P=1，试问它的理想空在转速是多少？n0=60*f/p=60*50/1=3000r/min理想空在转速是3000 r/min6.2何谓“自转”现象？交流伺服电动机时怎样克服这一现象，使其当控制信号消失时能迅速停止？自转是伺服电动机转动时控制电压取消,转子利用剩磁电压单相供电,转子继续转动.克服这一现象方法是把伺服电动机的转子电阻设计的很大,使电动机在失去控制信号,即成单相运行时,正转矩或负转矩的最大值均出现在Sm>1的地方.当速度n 为正时,电磁转矩T为负,当n为负时,T为正,即去掉控制电压后,单相供电似的电磁转矩的方向总是与转子转向相反,所以是一个制动转矩.可使转子迅速停止不会存在自转现象6.3有一台直流伺服电动机，电枢控制电压和励磁电压均保持不变，当负载增加时，电动机的控制电流、电磁转矩和转速如何变化？当副在增加时, n=U c/K eΦ-RT/K e K tΦ2电磁转矩增大,转速变慢,根据n=U c/K eΦ-R a I a/K e Φ控制电流增大.6.4有一台直流伺服电动机，当电枢控制电压Uc=110V时,电枢电流I a1=0.05A，转速n1=3000r/min;加负载后，电枢电流I a2=1A, 转速n2=1500r/min。
试做出其机械特性n=f (T)。
电动机的电磁转矩为T=BI a NLD/2,n300015000.05A6.5n0=3000r/min;当n0=120Uc/πNBLD6.6细不变,式中的BI a Nl/2紧思维常数,故转矩T与直径D近似成正比.电动机得直径越大力矩就越大.6.7 为什么多数数控机床的进给系统宜采用大惯量直流电动机？因为在设计.制造商保证了电动机能造低速或阻转下运行,在阻转的情况下,能产生足够大的力矩而不损坏,加上他精度高,反应快,速度快线性好等优点.因此它常用在低俗,需要转矩调节和需要一定张力的随动系统中作为执行元件.6.8 永磁式同步电动机为什么要采用异步启动？因为永磁式同步驶电动机刚启动时,器定子长生旋转磁场,但转子具有惯性,跟不上磁场的转动,定子旋转时而吸引转子,时而又排斥转子,因此作用在转子的平均转矩为零,转子也就旋转不起来了.6.9 磁阻式电磁减速同步电动机有什么突出的优点？磁阻式电磁减速同步电动机无需加启动绕组,它的结构简单,制造方便.,成本较低,它的转速一般在每分钟几十转到上百专职践踏是一种常用的低速电动机.6.10 一台磁组式电磁减速同步电动机，定子齿数为46，极对数为2，电源频率为50Hz,转子齿数为50，试求电机的转速。
永磁同步电机转子磁场和定子磁场
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同步电机合成磁场与定子磁场夹角
同步电机合成磁场与定子磁场夹角1.引言1.1 概述概述同步电机是一种广泛应用于工业领域的电动机类型，它的运行依赖于合成磁场与定子磁场夹角的控制。
合成磁场是同步电机中非常重要的一个概念，它决定了电机的性能和运行特性。
定子磁场夹角则是指合成磁场与定子磁场之间的夹角，它对同步电机的工作效率和稳定性起着至关重要的作用。
在本文中，我们将详细讨论同步电机合成磁场与定子磁场夹角的相关知识。
我们将首先介绍同步电机的基本原理和结构，然后重点讨论合成磁场是如何形成的，以及它与定子磁场之间的夹角是如何控制的。
在实际应用中，控制合成磁场与定子磁场夹角的大小和稳定性对电机的性能和效率至关重要。
正确地控制夹角可以有效地提高电机的功率因数和转矩输出，并降低电机的损耗和能耗。
因此，深入了解同步电机合成磁场与定子磁场夹角的相关知识对于电机设计和优化具有重要的意义。
本文将以实例和图表的形式进行详细解释和说明，并结合实际应用案例，以便读者更好地理解同步电机合成磁场与定子磁场夹角的控制方法和应用价值。
研究同步电机合成磁场与定子磁场夹角的相关知识不仅对于电机行业的从业人员有着重要的参考价值，也对于电机相关技术的研究和发展具有深远的影响。
相信通过本文的阅读，读者将对同步电机合成磁场与定子磁场夹角的概念和控制方法有更全面、深入的理解。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文按照以下结构进行叙述。
首先，在引言部分，我们将概述同步电机合成磁场与定子磁场夹角这一主题，并说明本文的目的。
接下来，在正文部分，我们将详细介绍同步电机合成磁场的概念、作用以及形成的原理。
同时，我们还将探讨定子磁场夹角对同步电机性能的影响，并说明其重要性。
最后，在结论部分，我们将总结本文的主要内容，并给出一些展望和未来研究的方向。
通过以上的结构，本文将全面地介绍同步电机合成磁场与定子磁场夹角这一问题，从而对同步电机的运行原理和性能进行深入的了解。
希望本文能够帮助读者更好地理解同步电机的工作原理，并对相关领域的研究和应用提供一定的参考价值。
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参考轴的选取是任意的。但一般
– 把相绕组轴线作为空间矢量参考轴
– 令时间相量参考轴与空间矢量参考轴重合
– 相绕组轴线－相轴； – 转子绕组轴线－直轴； – 与直轴正交（90度电角度）－交轴
时间相量：E&, &, I&,U& 空间矢量：F, B
相轴，交轴 时轴
1 2f1
直轴
27
5.时空相矢量图
28
17
（2）基波励磁磁动势
18
同步发电机的空载运行
19
3.基波气隙磁通密度
20
3.基波气隙磁通密度
21
同步发电机的空载运行
22
4.电枢绕组的磁链、感应电动势
23
4.电枢绕组的磁链、感应电动势
24
4.电枢绕组的磁链、感应电动势
25
同步发电机的空载运行
26
时间相量与空间矢量
画在同一坐标平面上的时间相量图和空间矢量图称为 时空矢量图。
51
同步发电机负载时的电枢反应
52
f
x 称为电机的励磁磁动势波
形系数，即
kf
Ff 1 Ff
12
（1）励磁磁动势
13
凸极式同步电机的空载磁动势
凸极同步电机的绕组式集中
绕组，它所产生的磁动势是矩形 波，幅值为 Ff ， 基波分量的振幅为
Ff 1
4
Ff
励磁磁动势的波形系数
kf
4
14
2.基波励磁磁动势
15
（2）基波励磁磁动势
16
（2）基波励磁磁动势
电流的性质。
同步和空载电势 E0 电机输出电流 I之间的相角 定义
为内功率因数角。
0 时，电流 I滞后于 E0； 端电压 U和 I 之间的相位角 称为外功率因数角 。
35
同步发电机负载时的电枢反应
36
同步发电机负载时的电枢反应
37
同步发电机负载时的电枢反应
38
电枢反应的性质
39
电枢反应的性质
Ea
时间相量图
时空矢量图
46
电枢反应的性质
47
电枢反应的性质（内功率因数角 90）
1 2f1
IA
时轴
E0 A
IB
E0C
IC
时间相量图
1 2f1
相轴，交轴 时轴
E E0
Ea
E0B 直轴 F Ff 1 Fa I
0 a
时空矢量图48ຫໍສະໝຸດ 电枢反应的性质49
电枢反应的性质
50
同步发电机负载时的电枢反应
分类，励磁系统主要有两大类： 一类是直流发电机作为励磁电源的直流励磁机
励磁系统； 另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励 磁的交流励磁机整流励磁系统。
3
同步发电机的空载运行
4
同步电机的空载运行
空载运行时，电枢电流为零，仅有由励磁电流所建立的主极磁场。 主极磁通分为主磁通和主极漏磁通，主磁通所经过的路径称为
隐极式同步电机的转子绕组为分布绕组，在每极下有
一个大齿和若干个小齿，转子磁动势的空间分布波形为阶
梯波形，如下图所示，幅值为 Ff
I
f
N
（其中
f
I 为f 励磁电
流， N为f励磁绕组的每极匝数）
f
f f1
0
f f Ff Ff1
大齿
定义磁极磁动势的基波分
量振幅 Ff 1 与实际磁动势
最大幅值
Ff
之比为
k
，
43
电枢反应的性质（内功率因数角 180）
Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势 F 有Ff增磁作用 因为I、E反相，所以不发无功功率
44
电枢反应的性质
45
电枢反应的性质（内功率因数角 90 ）
1 2f1
E0C
时轴
E0 A
IC
直轴
IA
IB
E0 B
相轴
交轴
时轴
1 2f1
E0
E
Ff 1 0 a I Fa
第二节 同步电机的运行原理（基本电磁关系）
1
第二节 同步电机的运行原理（基本电磁关系）
2
同步电机的励磁系统
同步电机运行时，必须在其转子励磁绕组中通 入直流电流，以便建立磁场，这个直流称为励 磁电流，供给励磁电流的整个系统称为励磁系 统。励磁系统是同步电机的重要组成部分，励 磁系统和励磁元件的性能对电机的运行性能有 重要影响。
5.时空相矢量图
29
5.时空相矢量图
30
5.时空相矢量图
31
同步发电机的空载运行
32
6.空载特性
33
对称负载时的电枢反应
34
对称负载时的电枢反应
空载：I≈0，Fa ≈0，气隙磁场只由转子电流产生； 负载时：I≠0，Fa ≠0，Fa对Ff的影响称电枢反应 同步电机电枢磁势与转子磁势间的相对位置取决于负载
E&0A E00 E&0B E0 120 E0C E0120 忽略高次谐波时，励磁电动势的有效值为
E0 4.44 fN1kw10
式中： 为0 每极的主磁通量
6
同步发电机的空载运行
7
同步发电机的空载运行
8
（1）励磁磁动势
9
（1）励磁磁动势
10
（1）励磁磁动势
11
隐极式同步电机的空载磁动势
40
电枢反应的性质
41
电枢反应的性质
42
电枢反应的性质（内功率因数角 0 ）
相矢图中，按参考轴设定，有：Ff 与0同方向，Fa与a同方向
I f Ff 0 E0 0 I Fa a Ea
Ff , Fa 90
Fa在交轴，所以称交轴电枢反应，因合成磁势 F 有Ff增磁作用 因为I、E同相，所以不发无功功率
主磁路，包括：空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭五个 部分。
主极磁通
是否通过气隙
交链
主磁通 0 通过
主极漏磁通 f 不通过
于定子绕住相交链 仅与励磁绕组相交链
5
同步电机的空载运行
当转子以同步转速旋转时，主磁场就在气隙中 形成一个旋转磁场，它“切割”对称的三相定 子绕组后，就将在定子绕组内感应出频率为 f的 一组对称三相空载电动势：