第八章三相同步电动机
三相同步电动机
8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.2 同步电动机功率因数的调整 8.3 同步电动机的启动方法 8.4 同步补偿机 小结
8.1 同步电动机的结构和工作原理
同步电机主要由磁极和电枢两部分组成。可以做成磁极 固定、电枢旋转的同步电机（转枢式)，这种形式在小容量同 步电动机中得到某些应用。也可以做成电枢固定而磁极旋转 的同步电机(转极式)。这种形式广泛应用于大、中型容量的 同步电机中，并成为同步电机的通常结构形式。这种结构形 式有下列特点：
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8.1 同步电动机的结构和工作原理
8.1.2.2 电动机 从电网吸收电能转变为其他机械动力的同步电机，称为
同步电动机。同步电动机的功率因数，可通过调节励磁电流 进行调节。它不但可把功率因数调节到1，还可以调节到超前， 对改善电网的功率因数有重要意义。同步电动机转速为恒定 值，不受负载变动的影响。功率范围一般在250KW到1万KW 以上，电压有3kV、6kV和10kV几种，转速范围从100r／min 到3 000 r／min。一般用于不调速(或恒速)机械。TD表示同 步电动机，TDL表示立式同步电动机。 8.1.2.3 调相机(同步 补偿机)
称交流电源，在定子铁心中便建立旋转磁场。转子绕组中通 人直流电，转子铁心中便产生转子磁场。这两磁场相互作用， 转子将在定子磁场的带动下，沿定子旋转磁场的转向，以旋 转磁场的转速旋转，输出转矩带动工作机构工作，实现电能 向机械能的转换。图8-3所示为同步电机两磁场相互作用示意 图。
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8.1 同步电动机的结构和工作原理
8.1.2 同步电机的分类
同步电机按结构分，可分为旋转磁极式和旋转电枢式。 高压、大容量电机大多采用旋转磁极式。在旋转磁极式电机 中，同步电机又分为隐极式和凸极式两种基本形式。从安装 结构上可分为立式和卧式两种。 按防护型式分，有开启式、防护式和封闭式o 按冷却方式分，有空气冷却、氢冷与水冷、混合冷却等。 按同步电机的用途分，有发电机、电动机和调相机。 按拖动发电机的原动机类型分，可分为汽轮发电机、水轮发 电机、柴油发电机、汽油发电机、风力发电机等。
三相同步电动机的建模与特性
其中，
I d I a sin I q I a cos
（8-6） （8-7）
对于同步电动机，分析电枢反应的影响时，应首先将电枢电流反向，由反向电流产生 正向电枢反应磁势，然后再采取与上述过程完全相同的方法进行分析。
C、三相同步电机负载后的电磁关系
a、隐极式同步发电机
m sin(t)
图8.2 同步电机的结构
隐极式转子结构实物
单个凸极式转子主极
凸极式转子结构实物
凸极式一般用在水轮机发电机上，水轮机转速较低，结构和工艺都 比隐极式简单，转子扁而大。
隐极式一般用在汽轮机上，汽轮机转速较高，为了增大容量，只能 增加转子长度，转子细而长。
C、同步电机的三种运行状态
图8.3a、b、c分别给出了三相同步电机的几种不同运行状态的示意图。
应磁势 Faq 两个分量，然后再对这两个磁势分量分别作用于直轴和交轴磁路所产生的磁
场情况进行讨论。
B、三相同步电机负载后的电枢反应
d、当 Ia滞后于 EΨ0 角（即一般情况）时
于是，电枢磁势 Fa 可表示为：
其中，
Fa Fad Faq
Fad Fa sin Faq Fa cos
相应的电流分量为：
同步电动机运行：定子三相交流绕组接三相电源，定子产生在相合成旋转磁 场Fa，依靠磁拉力驱动直流励磁的转子同速同向旋转。此时，FFra bibliotek在前，Ff在 后。
无论何种运行状态，Fa与Ff始终同速同向旋转，故两磁势矢量总是相对静止 的，形成合成气隙磁势Fδ=Fa +Ff。
同步电机空载运行时，Fδ=Ff。
8.2 三相同步电机的电磁关系
额额定定功频率率因I(数NHzc)；os工；N频额5定0H状Z态。下定子侧的功率因数。
三相同步电动机原理
三相同步电动机原理今天来聊聊三相同步电动机原理，这可真是个挺有趣的东西呢。
大家有没有发现，在生活中有很多需要精确控制转速的设备呀？就像那种大型的时钟，指针稳稳地、精确地转动着。
这其实就有点像三相同步电动机运行的一个情况。
三相同步电动机是一种交流电动机，它的转速和电源频率有着严格的对应关系，能够保持恒定的同步速度运转。
我最开始接触这个的时候，就特别困惑，这电啊、磁啊看不见摸不着的东西，咋就能让电机这么稳稳地转起来呢？其实呀，这里面的关键就是磁场之间的相互作用。
就好比你和一群小伙伴都朝着一个方向，用同样的速度在跑，大家的步伐非常协调。
在三相同步电动机里呢，定子上有三相绕组，通入三相交流电后会产生一个旋转磁场。
这时候呢，转子是一个磁极，它受到定子旋转磁场的吸引力，就跟着旋转磁场一起同步旋转起来。
打个比方，这就像狗狗追着马车跑，马车怎么跑，狗狗就怎么跑，而且速度保持一致。
说到这里，你可能会问，那这电机是怎么保证刚好就同步的呢？这就要说到这个电动机设计里一些巧妙的地方了。
它的磁极对数、电源频率这些参数都和转速有密切关系。
已知电源频率固定的情况下，磁极对数确定了，转速就基本确定了。
而且它需要外界设备先把转子带到接近同步转速，然后转子才能顺利地被定子旋转磁场拉入同步运行。
从实用价值来讲，三相同步电动机在一些对转速要求严格的大型工业设备里应用特别广泛。
比如说大型的发电机组，就需要这种能精确按照固定速度旋转的电动机来确保发电频率稳定。
实际应用的时候呢，也有一些注意事项。
因为它和电源频率关系这么紧密，如果电网频率波动较大，可能会影响它的正常工作。
而且启动的时候也相对复杂一些，需要一定的辅助手段来先带动转子转动。
老实说，对于一些更深入的涉及到电机内部一些电磁损耗以及复杂的磁场分布情况等内容，我现阶段理解还不是特别透彻。
不过通过这次研究三相同步电动机原理，我也意识到电磁领域真的很神奇，看似无形的力量却能驱动这么庞大的设备。
三相同步电机课件
1. 定子：主要由铁心和电枢绕组构成
定子铁心是 由硅钢片叠成， 它构成电机磁 路的一部分。 电枢绕组是 三相对称绕组， 由高强度漆包 线绕成，它构 成电机的电路。
定子三相绕组接线方式
U W’ U’ V’ W’ U’ V’
V’
W
W’
.
.
C
E0
.
( 2 )QN 3UI sin N 3148KVA
A
AC AB BC U sin Ixc ( 10000/ 3 ) sin 25.84 417 14 8355
I
o
OA U cos 5196 E0 N OC 83552 51962 9839 V
⑸额定转速 nN 电动机额定运行时转子转速，单位为 r / min 。 此外，同步电动机铭牌上还给上额定频率 f N ( Hz )；额 定励磁电压 U fN (V )；额定励磁电流 I fN ( A) 等数据。
第二节 同步电动机内部的电磁 一、隐极同步电动机电磁分析和相量图 关系
1、电磁分析 同步电动机带负载运行， 定转子电流产生两个旋转 磁场，它们相对静止，只 在定子中感应电势。 转子If 定子 Ia
转 子 结 构 特 点
d轴
d轴
q轴
q轴
凸极转子
特点：气隙不均匀
隐极转子
特点：气隙均匀
二、同步电动机的工作原理
定子三相对称绕组，加三相对称 电压，流入三相对称电流，产生旋 转磁场N1、 S1 。旋转磁场的转速为
60f 1 n1 p
转子励磁绕组，加直流电压，产生恒定磁场N2、 S2 。 定子磁场N1、 S1 与转子磁场N2、 S2 之间产生磁拉 力，从而产生电磁力矩拖动转子与定子磁场同步旋转。
简述三相同步电动机的工作原理
三相同步电动机的工作原理一、概述三相同步电动机是一种常见的交流电动机，其工作原理基于电磁感应和电磁场的相互作用。
它是通过三相交流电源提供的电流产生旋转磁场，从而驱动电动机转动。
二、三相电源三相同步电动机的工作离不开三相交流电源。
三相交流电源由三个相位的正弦波组成，相位之间相差120度。
这种三相电源提供了连续的正弦波电流，使得电动机能够稳定运行。
三、电磁感应三相同步电动机的转子和定子之间存在电磁感应现象。
当定子线圈通电时，会产生一个旋转的磁场。
这个磁场会感应到转子上的导体，从而在转子上也产生一个旋转的磁场。
四、磁场相互作用转子上的磁场和定子上的磁场相互作用，从而产生一个力矩，驱动转子转动。
这个力矩的大小取决于电流的大小和相位差。
当电流大小和相位差适当时，力矩最大，电动机转动最快。
五、同步转速三相同步电动机的转子速度和旋转磁场的频率成正比。
旋转磁场的频率由电源的频率决定。
所以，三相同步电动机的转速与电源频率有直接关系。
六、控制方法为了控制三相同步电动机的转速和转向，通常采用调整电源频率和相位差的方法。
通过改变电源频率和相位差，可以实现对电动机的精确控制。
七、应用领域三相同步电动机广泛应用于各个领域，例如工业生产中的机械传动、电力系统中的发电机、交通运输中的电动汽车等。
其高效、稳定的性能使其成为许多应用中的首选。
八、优缺点三相同步电动机具有多种优点，如高效率、高功率因数和高转矩密度等。
然而，它也存在一些缺点，如启动困难和复杂的控制系统。
九、总结三相同步电动机是一种重要的交流电动机，其工作原理基于电磁感应和电磁场的相互作用。
通过调整电源频率和相位差，可以实现对电动机的精确控制。
它在各个领域具有广泛的应用，并且具有多种优点和一些缺点。
随着科技的不断发展，三相同步电动机的性能和控制方式也在不断改进和创新。
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。
三相同步电机的工作原理
三相同步电机的工作原理
三相同步电机是指以三相交流电为动力源的电动机。
它有三个基本组成部件：转子、定子和机壳。
电动机在起动时，定子产生旋转磁场，转子切割磁力线，使转子感应出电（即感应电流），该电流与定子旋转磁场的磁场方向相反，产生磁势，并带动定子旋转。
三相同步电机的结构与普通电动机基本相同，它由定子和转子组成。
定子绕组由两个平行四边形的铝框构成，它由电源经导线与两个绕组连接。
当电源通入三相交流电时，经换向器连接在铝框上的两个绕组中产生三相对称电流。
当电机在运行时，换向器两端的电压为零，三相电流便通过铝框和电机轴进入电机内部。
定子绕组由两个三角形铁心组成，它们通过联轴器连接在转子上。
由于定子绕组中没有旋转磁场，转子上感应出的电压为零，在转子上不产生电流。
当电动机启动后，由于转子旋转时在定子和转子绕组中产生电磁场作用于定子旋转磁场时所产生的磁拉力的作用下，定子绕组中便产生感应电流。
—— 1 —1 —。
三相同步电动机工作原理
三相同步电动机工作原理
三相同步电动机是电动机的一种，具有结构简单、运转稳定等优点，
广泛应用于各种工业生产中。
三相同步电动机的工作原理是怎样的呢？下面我们来一一讲解。
第一部分：电机结构
三相同步电动机由定子、转子和开关器件组成。
定子上绕有三个相间120 度的交流电绕组，称为 A、B、C 相绕组。
转子上有凸极，凸极数
目等于定子相数，且与定子相间距离相等。
开关器件是为了控制转子磁极与定子磁场相位同步，使电机正常运转。
当定子绕组通电时，形成旋转磁场，因转子凸极数目与定子相数相等，所以转子凸极必定被旋转磁场捕捉，形成同步转速的转子转矩。
第二部分：工作原理
三相同步电动机工作原理是基于电磁感应定理，通过定子的三绕组中
流过三相电流，会形成旋转磁场，旋转磁场与转子中的凸极作用，产
生匹配的电磁力使得电机正常运转。
通过这样的工作原理，电机产生的转矩可以通过调整定子中的电流大
小和相位，以及改变转子中凸极磁场分布来调整。
当所输入的电流频
率与电机自身同步电动机频率相等时，电机会保持同步，稳定地运行。
第三部分：适用范围
三相同步电动机适用于各种场合，特别是适用于高功率电机和需要精
确控制设备的应用。
例如矿山、造纸、钢铁等工业生产领域。
另外，三相同步电动机还常常用于水泵载荷、压缩机负载和静止负载
等轴加载有严格的要求的应用。
总结
以上就是三相同步电动机的工作原理。
通过定子的电流产生旋转磁场，通过转子的凸极产生匹配的磁场，从而使得电机持续转动。
我们可以
根据需要调整电流和相位，使电机保持正常的旋转速度。
三相同步电机
5
应用领域
应用领域
永磁同步电机(PMSM)
永磁同步电机广泛应用于以下领域 电动汽车和混合动力汽车：由于其高效节能和调速 性能，适合用作动力源 工业自动化：用于高精度、高效率的生产线驱动 风机和水泵：在节能和宽范围调速方面具有优势 医疗器械和高精度仪器：需要高精度控制和低噪音 的环境
三相异步电机(ASM)
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性能特点
性能特点
永磁同步电机(PMSM)
永磁同步电机具有以下性能特点 高效节能：由于转子上嵌有永磁体，无需励磁电流 ，因此电机效率高，特别是低速时 调速性能：通过控制定子绕组中的电流，可以实现 宽范围、高精度的调速 体积小、重量轻：由于采用永磁体，电机的体积和 重量相对较小 高温适应性：由于没有励磁电流产生的热量，电机 在高温环境下也能保持稳定运行
性能特点
三相异步电机(ASM)
三相异步电机具有以下性能特点
结构简单、维护方便：由于结构简单，制造成本较 低，且维护方便
宽广的调速范围：通过调节电源频率或使用变频器 ，可以实现宽范围、高精度的调速
较高的启动转矩：在启动时，具有较高的启动转矩 ，适用于需要重载启动的场合
环境适应性：由于结构简单，对环境适应性较强。 但在高温环境下，效率PMSM)
永磁同步电机的工作 原理基于磁场同步控 制。转子上的永磁体 产生一个恒定的磁场 ，与定子绕组中的电 流相互作用，产生力 矩。通过控制定子绕 组中的电流，可以精 确控制电机的转速和 转矩
工作原理
工作原理
三相异步电机(ASM)
三相异步电机的工作原理基于磁场异步控制 。定子绕组中的电流产生一个旋转磁场，与 转子上的励磁绕组相互作用，产生力矩。电 机的转速略低于旋转磁场的转速，这是因为 转子上的励磁绕组与电源同步，而电枢绕组 与电源频率不同步
三相同步电动机
三相同步电动机同步电机是一种转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机。
其转子转速n与磁极对数p、电源频率f之间满足n=60f/p。
转速n决定于电源频率f，故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。
具有运行稳定性高和过载能力大等特点。
常用于多机同步传动系统、精密调速稳速系统和大型设备等。
一、同步电机的基本结构同步电机的结构型式多样，转子结构有隐极式和凸极式，四极以上的同步电机转子多用凸极式。
安装方式有卧式、悬挂式、半悬挂式和立式等。
同步电机一般都由定子、转子、轴承、底板、端盖以及集电环、刷架构成，防护等级为IP44以上的电机还包括冷却器。
下面对上述各部件作简要说明：1、定子定子由机座、定子铁心和定子线圈及支撑定子线圈端部的端箍和支撑件等构成。
1.1机座机座有圆形机座和方形机座(箱式结构)，均由钢板焊接而成。
大型卧式安装的圆形机座的电机，机座中心可下沉，机座下部有时下沉到安装平面以下的地坑里，因而电机的中心高不受外圆尺寸限制。
方形机座一般用在防护等级要求较高的电机，多采用空-空冷却或空-水冷却，冷却器一般置于机座的上方，电机铁心外径受中心高限制，机座下部一般不低于安装平面。
1.2定子铁心定子铁心由机座和压装在机座内的硅钢板组成。
铁心压装分为内压装和外压装：内压装即以机座内圆定位，等硅钢片压入机座再用拉紧螺杆和压圈拉紧固定在机座上；外压装即先制作铁心骨架,硅钢片压装在骨架中，嵌线后经真空压力浸漆处理再套入机座内。
1.3定子线圈定子线圈由具有相应绝缘和电压等级的电磁线绕制而成，经过匝间和对地耐电压试验合格的线圈才能嵌入定子铁心槽内。
线圈直线部分用槽楔压紧，端部用涤纶套管装线圈、端箍和支撑件牢牢的绑扎在一起，经过浸漆处理后，整个定子成为一个牢固整体。
定子线圈可以有B级和F级绝缘，特殊情况也有H级绝缘，10KV以上都采用F级。
定子线圈是电机关键的部件，容易因弄脏、受潮、绝缘损坏而使电机烧坏，使用维护时要非常注意保护。
电机及拖动基础第八章
张 方 谢胜利 主 编 副主编
21世纪高等学校规划教材来自.1同步电机的结构和工作原理8.1.1 同步电机的主要结构
电机与拖 动基础
同步电机同交流感应电机一样，由定子和和转 子两大部分组成。 定子上有三相交流绕组； 转子上有励磁绕组，通入直流励磁电流，产生 磁场。 同步电机分为发电机、电动机和补偿机。同步 电机的定子也称为电枢，其构造与感应电动机 一样，包括定子铁芯、三相电枢绕组、机座和 端盖等部件。
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利
电机与拖 动基础
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利
电机与拖 动基础
转子励磁磁动势Ḟ0总是作用在d轴方向上， 它产生的磁通用 表示。由于 以同步 0 0 转速旋转，因此它要切割定子绕组并在 定子绕组中产生感应电动势Ė0。 电枢磁动势Ḟa也要产生磁通 a。由于 Ḟa 的大小、相位由定子电流I决定，而定子 电流又由负载大小决定，因此在不同的 负载下，Ḟa和Ḟ0空间相位不同。也就是 说，Ḟa相对于Ḟ0的空间位置不同。
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利
电机与拖 动基础
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利
电机与拖 动基础
电机的机座用于支撑定子铁芯，固定定 子绕组，同时，它也是电机磁路的一部 分。 中小型同步电动机的机座、端盖和异步 电机一样； 大型同步电机的机座常由钢板焊接而成， 其结构形式与采用的通风系统有直接关 系。
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利
电机与拖 动基础
目前，在更大容量的发电机中，可以 采用导线内部直接冷却。所谓内部直 接冷却，就是使冷却介质直接与铜线 相接触。 例如，采用空心导体，如图8-6所示， 冷却介质直接在导体中流通，从而把 热量带走，这样能更有效地降低电机 的温升。 采用的冷却介质一般有氢气及水。
三相永磁同步电动机工作原理
三相永磁同步电动机工作原理
三相永磁同步电动机是一种采用永磁体作为转子的电机，其中转子的磁场与固定在定子上的三相绕组的磁场同步运动。
以下是三相永磁同步电动机的工作原理的基本解释：
1.定子：定子是电动机的固定部分，它包含三个互相位移120
度的绕组，称为A相、B相和C相。
这些绕组通过外部电源供电以产生旋转磁场。
2.转子：转子是电动机的转动部分，由一组永磁体组成。
这些
永磁体产生一个恒定的磁场，通常是一个强磁体如永磁铁或永磁钕铁硼。
3.同步运动：当三相绕组通过外部电源供电时，它们产生一个
旋转磁场。
这个旋转磁场与转子的永磁体的磁场相互作用，使得转子开始同步转动。
转子的永磁体受到磁场作用，会对其进行吸引和排斥，在电磁力的作用下实现转动。
4.电磁定位：由于磁场的互相作用，转子与旋转磁场保持同步
运动。
转子的永磁体会不断地受到磁场的吸引和排斥，从而保持转子与旋转磁场的同步力。
这种同步力使得转子按照旋转磁场的速度和频率进行旋转。
5.控制和反馈：为了精确控制三相永磁同步电动机的运动，通
常需要配备电机控制器和位置反馈装置。
电机控制器根据需要调整电流和频率来控制电机的转速和扭矩。
位置反馈装置提供电机转子位置的准确反馈，以便电机控制器能够及时地
调整电流和频率，以保持转子与旋转磁场的同步性。
通过以上原理，三相永磁同步电动机可以提供高效率、高扭矩密度和较宽的速度范围。
由于其永磁体的特性，它们不需要外部的励磁源，从而简化了电动机的结构和控制方式。
这使得三相永磁同步电动机在工业和交通领域中得到广泛应用。
简述三相同步电动机的工作原理
简述三相同步电动机的工作原理一、前言三相同步电动机是一种广泛应用于工业生产中的电动机，其具有结构简单、运行可靠、效率高等优点。
本文将对三相同步电动机的工作原理进行详细介绍，包括其基本构造、磁场转速和运行特性等方面。
二、基本构造三相同步电动机的基本构造包括定子和转子两部分。
其中定子由三个互相120度的定子绕组组成，每个定子绕组上都有一个交流电源接入。
转子则由永磁体或电枢组成，其轴线与定子轴线重合。
三、磁场转速当三个交流电源接通后，会在每个定子绕组内产生一个旋转磁场。
这些旋转磁场之间存在一定的差异，导致在转子内也会产生旋转磁场。
当这个旋转磁场与永磁体或电枢内部的磁场达到同步时，就会出现稳态运行状态。
此时，由于旋转磁场的速度与定子绕组内交流电源频率相关，因此称为“同步速度”。
而永磁体或电枢内部的旋转速度也随之同步，称为“磁场转速”。
三、运行特性三相同步电动机的运行特性主要包括启动、稳态和失速三个阶段。
1. 启动阶段在启动阶段，由于转子内部的磁场速度低于同步速度，因此会出现滑差。
此时，电机无法实现同步运转，需要通过外界力矩作用使其加速到同步速度。
2. 稳态阶段当电机达到同步速度后，就会进入稳态运行阶段。
此时，电机的输出功率与输入功率相等，且转矩恒定。
由于其结构简单、效率高等优点，在工业生产中得到广泛应用。
3. 失速阶段在失速阶段，由于外界因素的影响或负载变化等原因导致转子内部的磁场无法与旋转磁场达到同步状态。
此时电机无法继续正常运行，并出现振荡或停止等现象。
四、总结三相同步电动机是一种广泛应用于工业生产中的电动机。
其基本构造包括定子和转子两部分，当交流电源接通后会在定子绕组内产生旋转磁场，从而驱动转子旋转。
在运行过程中，电机会出现启动、稳态和失速三个阶段。
由于其结构简单、效率高等优点，三相同步电动机在工业生产中得到广泛应用。
三相永磁同步电机原理
三相永磁同步电机原理一、引言三相永磁同步电机（PMSM）是一种高效、环保的电机，广泛应用于工业自动化、新能源汽车、风力发电等领域。
其具有高转矩密度、高效率、高可靠性等优点，是现代电机控制技术的重要发展方向之一。
本文将对三相永磁同步电机的原理、结构、数学模型、控制策略等方面进行详细介绍。
二、三相永磁同步电机结构和工作原理三相永磁同步电机主要由定子和转子两部分组成。
定子部分包括三相绕组、铁芯等，转子部分则由永磁体构成。
其工作原理基于磁阻最小原理，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合。
当电机运行时，转子永磁体产生的磁场与定子绕组产生相互作用，从而使电机旋转。
三相永磁同步电机的旋转速度与电源频率成正比，其转矩与电流和磁通之间的相位差成正比。
通过控制定子电流的相位和幅值，可以实现对电机的速度和转矩的精确控制。
三、数学模型与动态分析为了更好地分析和控制三相永磁同步电机，需要建立其数学模型。
其数学模型主要包括电压方程、电流方程、磁链方程等。
通过这些方程，可以描述电机的动态行为，为进一步的控制策略提供基础。
四、控制策略与调速系统控制策略是三相永磁同步电机的重要组成部分，直接影响其性能和运行稳定性。
目前常用的控制策略包括矢量控制、直接转矩控制等。
这些控制策略可以根据电机的运行状态和需求，对电机的输入电压、电流等进行调节，从而实现高精度的速度和转矩控制。
调速系统是实现电机速度调节的关键部分，其主要作用是根据控制策略对电机的输入电压、电流等进行调节，以达到所需的转速和转矩。
调速系统的性能直接影响到电机的性能和运行稳定性。
目前常用的调速系统包括电压调节器、电流调节器等。
这些调节器可以根据控制策略的要求，对电机的输入电压、电流等进行调节，从而实现对电机的速度和转矩的精确控制。
五、技术挑战与发展趋势尽管三相永磁同步电机具有许多优点，但在实际应用中也面临着一些技术挑战，例如温度对电机性能的影响、电机弱磁扩速等问题。
为了克服这些挑战，需要进一步研究和改进电机的设计、制造和控制技术。
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电压有115V、230V、375V、750V及1500V等，转速一般为3000r／min。
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8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.1.2.2 电动机
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8.1 同步电动机的结构和工作原理
(1)励磁电流比电枢电流小得多，励磁电压比电枢电压低得多，向转子输入励磁电流时， 电刷与滑环负荷较小，工作较为可靠。
(2)同步电机容量较大，尤其是同步发电机，容量更大。电枢装在定子上，便于嵌线，加 强绝缘，通风散热。强大的电流向负载输出时不经过电刷和滑环，可减少故障，保证供 电的可靠性。 旋转磁极式，从转子运行的机械强度和固定转子绕组来看，又可分为隐极式和 凸极式，如图8-1所示。
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8.3同步电动机的起动方法
在起动前，先将励磁绕组经过电阻RM=10rf(附加电阻RM，励磁绕组电阻rf)短接， 如图8-13所示。这样可防止刚开始转动时，励磁绕组切割磁力线而产生很大的电动势， 从而避免对人或设备造成危害。
然后，接通三相电源，定子与笼型起动绕组组成一台异步电动机，靠这种转矩 使转子加速。
f= p n 60
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8.1 同步电动机的结构和工作原理 当在定子绕组内通过三相交流电，定子绕组内便产生一个旋转磁场，这时转子 绕组仍通以直流电，则转子所建立的恒定磁场将在定子旋转磁场的带动下，沿定子磁场 的方向，以定子旋转磁场的转速旋转，转子的转速由下式决定
n= 60 f p
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从电网吸收电能转变为其他机械动力的同步电机，称为同步电动机。同步电动 机的功率因数，可通过调节励磁电流进行调节。它不但可把功率因数调节到1，还可以 调节到超前，对改善电网的功率因数有重要意义。同步电动机转速为恒定值，不受负载 变动的影响。功率范围一般在250KW到1万KW以上，电压有3kV、6kV和10kV几种， 转速范围从100r／min到3 000 r／min。一般用于不调速(或恒速)机械。TD表示同步电 动机，TDL表示立式同步电动机。 8.1.2.3 调相机(同步补偿机)
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8.1 同步电动机的结构和工作原理
8.1.3.2同步电动机的工作原理 (1)同步电动机的能量转换 三相同步电动机工作时，定子的三相对称绕组接人三相对称交流电源，在定子铁心中
便建立旋转磁场。转子绕组中通人直流电，转子铁心中便产生转子磁场。这两磁场相互 作用，转子将在定子磁场的带动下，沿定子旋转磁场的转向，以旋转磁场的转速旋转， 输出转矩带动工作机构工作，实现电能向机械能的转换。图8-3所示为同步电机两磁场 相互作用示意图。
当转速增至空载转速时，即达到所说的亚同步速，就可给转子磁极通入励磁电 流。旋转磁场对转子磁场作用力矩的频率很小，方向几乎不变。这时靠同步速度的旋转 磁场就可以把转子拉到同步转速。
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8.3同步电动机的起动方法 转子达到同步转速后，转子笼型导条与旋转磁场之间没有相对转速，转子起动 绕组中也就没有感应电流了，此时起动绕组就完成了起动任务。另外，如果电动机容量 较大，起动时定子绕组中的电流会很大，为了限制起动电流，应该采用恰当的起动方法， 如降压起动法等。 8.3.1.2 异步起动原理 装有起动绕组的同步电动机转子结构如图8-12所示。起动绕组在起动时产生异步 转矩，此转矩在起动过程中起主要作用。
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8.1 同步电动机的结构和工作原理
(3)同步电动机旋转过程 当三相交流电通过定子绕组时产生旋转磁场，转子绕组中通入直流电，产生极
性固定的磁极，磁极的对数与旋转磁场的磁极对数相等。当转子上的N极与旋转磁场的 S极对齐时，转子的S极与旋转磁场的N极也对齐，异性磁极相互吸引，转子就随着旋转 磁场转动了。理想空载时，如图8-4(a)所示。
常数时，电磁转矩T、电枢电流I、效率η、功率因数COSφ与输出功率P2之间的关系，
即T、I、η、COSφ=f(P2)，称为工作特性。如图8-8所示。其中，同步电动机的效率特性
和一般电动机相同。同步电动机在不同励磁下功率因数特性如图8-9所示
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8.2同步电动机功率因数的调整
8.2.3 V形曲线 同步电动机的V形曲线是指当电网电压和频率都为额定值时，在某一恒定负载下。
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8.2同步电动机功率因数的调整
8.2.2 工作特性
由加T=转，f(P矩为2)方了是程克一可服直知负线，载。转I=矩f(P，2)电也T磁近=转T似2矩为+将一T成条o，=正直当比线P输2增。0出大+所功T，以率o电，P枢在2=电0电时流网，也电T将压=T随U0，=之常随增数着大，输。励出因磁功此电率，流的If增=
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8.1 同步电动机的结构和工作原理 同步电动机可以通过调节励磁电流专门改善电网功率因数，这种电机又称同步 调相机。 同步调相机的功率范围约为5000～60000 kVA，电压为6.6 kV、11KV等。一般用 于电网中，TT表示同步调相机。
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8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.1.3 三相同步电机的工作原理
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8.3同步电动机的起动方法
8.3.1异步起动法 8.3.1.1异步起动法结构及起动过程
在设计和制造同步电动机时，在转子磁极的圆周表面上加装一套阻尼绕组作为 起动绕组。
绕组的形式与笼型异步电动机一样，在转子磁极表面的槽内嵌入铜条，两端用 端环把铜条短接，构成笼型起动绕组，如图8-12所示。这种在转子上_加笼型起动绕组 的方法称为异步起动法。
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8.1 同步电动机的结构和工作原理
8.1.2 同步电机的分类 同步电机按结构分，可分为旋转磁极式和旋转电枢式。高压、大容量电机大多
采用旋转磁极式。在旋转磁极式电机中，同步电机又分为隐极式和凸极式两种基本形式。 从安装结构上可分为立式和卧式两种。 按防护型式分，有开启式、防护式和封闭式o 按冷却方式分，有空气冷却、氢冷与水冷、混合冷却等。 按同步电机的用途分，有发电机、电动机和调相机。 按拖动发电机的原动机类型分，可分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、汽油发 电机、风力发电机等。
一般同步电机的定子和异步电机的定子相同，在定子铁心内圆上分布一定数量 的槽，在槽中嵌放三相对称绕组。对于发电机，定子又叫电枢。同步电机的转子，主要 是由磁极和励磁绕组构成，励磁绕组是靠外接直流电源供给励磁电流的。
同步发电机和同步电动机的工作原理分述如下。
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8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.1.3.1同步发电机的工作原理 (1)同步发电机的能量转换 (2)转子旋转磁场的形成 (3)三相交变电动势的产生 (4)三相感应电动势的频率
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8.1 同步电动机的结构和工作原理 8.1.2.1 发电机 （1）汽轮发电机 以汽轮机或燃气轮机等高速动力机械作为原动机，拖动同步发电机而
产生交流电的设备，称为汽轮发电机。 （2）水轮发电机 它是以水轮机为原动机拖动同步电机而产生交流电的设备。 （3）柴油发电机 它是用柴(汽)油机作为原动机拖动同步电机而发电的设备。其发电成
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8.1 同步电动机的结构和工作原理 (2)同步电动机“同步”的含义
同步电动机是一种定子绕组用三相交流电励磁以建立旋转磁场，转子绕组用直 流电流励磁以建立转子磁场，这样双边励磁的交流电动机。其工作实质是定子的旋转磁 场以磁拉力拖着转子磁场一同旋转。它们之间没有相对运动，所以称“同步”(相对异 步而言)。
第八章三相同步电动 机
8.1 同步电动机的结构和工作原理 同步电机主要由磁极和电枢两部分组成。可以做成磁极固定、电枢旋转的同步 电机（转枢式)，这种形式在小容量同步电动机中得到某些应用。也可以做成电枢固定 而磁极旋转的同步电机(转极式)。这种形式广泛应用于大、中型容量的同步电机中，并 成为同步电机的通常结构形式。这种结构形式有下列特点：
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8.3同步电动机的起动方法 当用外力将转子以一定的转速沿定子旋转磁场方向旋转时，再给定子绕组通以 三相交流电，则转子所受交变转矩的频率将降为f2=sfl，当s越来越小时，所受交变作用 力的次数越来越少，当s=0时，就受到了恒定恒方向的作用力了，转子就达到了同步转 速。
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8.1 同步电动机的结构和工作原理 由上述两种情况可知，同步电机无论作为发电机使用，还是作为电动机使用,其 转速与交流电频率之间将保持严格不变的关系，这是同步电机的基本特点。在磁极对数 确定的情况下，电机的转速与交变电流的频率成正比。同步电机在恒定频率下的转速称 为同步转速。这是同步电机与异步电机的基本差别之一。
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8.3同步电动机的起动方法
同步电动机在异步起动过程中，作用在转子上的转矩有四种，一是励磁绕组产 生的单轴转矩；二是起动绕组产生的异步转矩；三是磁阻转矩；四是励磁绕组励磁后产 生的同步转矩。
单轴转矩是同步电动机在异步状态下由励磁绕组中流过感应电流与气隙磁场相 互作用产生的。由于励磁绕组相当于一个单相绕组，故由此而产生的转矩称为单轴转矩。 这是因为同步电动机作异步起动时，不允许将励磁绕组开路。若开路，在刚起动时，气 隙磁场与转子之间的转速很大，励磁绕组的匝数又很多，将在两端产生很高电压，很可 能破坏绕组的绝缘，并危及人身安全。
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8.1 同步电动机的结构和工作原理
8.1.1 同步电机的结构特点 图8-2为同步电机的构造原理图。通常三相同步电机的定子是电枢，与三相异步