同步电机
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理一、概述同步电机是一种特殊的交流电机，它的转速与电源频率同步，因此被称为同步电机。
同步电机广泛应用于工业生产中，如电力系统、机械传动和电动车辆等领域。
本文将详细介绍同步电机的工作原理。
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。
定子是由电磁铁圈和绕组构成，绕组通常采用三相对称的绕组形式。
转子由永磁体或电磁铁圈构成，转子上的永磁体与定子的磁场相互作用，产生转矩。
三、同步电机的工作原理1. 磁场产生同步电机的定子绕组通电后，产生的磁场称为定子磁场。
定子磁场的磁通量密度与定子电流成正比。
转子上的永磁体或电磁铁圈产生的磁场称为转子磁场。
2. 磁场同步当定子磁场与转子磁场的磁通量密度相等时，两者的磁场达到同步。
这时，定子磁场和转子磁场的磁通量密度在空间上保持一致，形成一个旋转磁场。
3. 转矩产生同步电机的定子磁场与转子磁场之间产生的磁场相互作用，产生转矩。
这个转矩使得同步电机能够启动并运转。
四、同步电机的工作特点1. 转速恒定同步电机的转速与电源频率同步，因此转速是恒定的。
这使得同步电机在需要恒定转速的场合非常适用，如电力系统中的发电机。
2. 高效率同步电机的转速恒定，可以使其在额定负载下运行，从而提高效率。
同步电机的效率通常高于异步电机。
3. 启动困难同步电机的转子磁场必须与定子磁场同步，因此启动时需要外部的助力。
常见的启动方法有使用起动器、改变电源频率等。
4. 高功率因数同步电机的功率因数通常高于异步电机，可以提高电力系统的功率因数，减少无功功率的损耗。
五、同步电机的应用领域1. 电力系统同步电机广泛应用于电力系统中的发电机。
其稳定的转速和高功率因数使其成为电力系统中的重要组成部分。
2. 机械传动同步电机在机械传动中具有高效率和恒定转速的特点，适用于需要恒定转速的场合，如风力发电机组、水泵等。
3. 电动车辆同步电机在电动车辆中也有应用，其高效率和高功率因数可以提高电动车的续航里程和性能。
电机学第六章同步电机
交流主励磁机（100Hz）
～
自励 恒压器
可控 整流器
～
不可控 整流器
主发电机 ～
电流互感器
电压互感器
静止整流器励磁
电压 调整器
优点：运行、维护方便，没有直流励磁机，使励磁容量得以提高，因而在大 容量汽轮发电机 中得到了广泛的应用。
缺点：存在电刷、集电环的滑动接触（薄弱环节）。
• 自励式 主发电机发出的功率经静止整流器整流为直流，然后通过电刷和集电环通入到主发电机的励磁 绕组中。
当ψ角为不同值的电枢反应
Ψ=00 Ψ=900 Ψ=-900 00<Ψ<900 -900<Ψ<00
位置 q轴 d轴 d轴 d、q轴 d、q轴
电枢反应性质 交轴
直、去 直、增 交、直去 交、直增
负载性质 R L C
R、L R、C
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波波形
幅值大小
位置
转速
励磁 磁动势
正弦波
恒定，由励磁电流决 由转子位置决定 由原动机的转速
Z
N
ns S
B
X
Fa
Y n s A相轴线 C Faq
电流超前电动势的向量图
FaqFacoψs 交磁
Fad Fa sin ψ 与Ff同 向，对 d轴磁场有加 强作用称之为助磁。
直轴电枢反应的影响 • 电机单机运行时，直轴电枢反应将直接影响端电压的大小。去磁时，端电压降低；助磁时 端电压升高。
• 并网运行时，直轴电枢反应影响电机输出的无功功率。
D2 5 ~ 7 L2
• 励磁绕组为集中绕组
• 立式结构
• 阻尼绕组
水轮发电机的转子结构
同步电动机
假设在合闸瞬间，转子 已经加励磁 处于图18.5a所示的位置，此时，电磁转矩 倾 已经加励磁)处于 的位置， 假设在合闸瞬间，转子(已经加励磁 处于 的位置 此时，电磁转矩T 向于使转子逆时钟转动；在另一个瞬间(图18.5b所示)，定子磁场已转过 逆时钟转动 向于使转子逆时钟转动；在另一个瞬间 ，定子磁场已转过180度，而转 度 电磁转矩 倾向于使转子顺时钟转动。 子由于机械惯性尚未启动，电磁转矩T倾向于使转子顺时钟转动。由于定子磁场以 子由于机械惯性尚未启 倾向于使转子顺时钟转动 同步速旋转，作用于转子上的力矩随时间以f 作交变， 同步速旋转，作用于转子上的力矩随时间以 = 50Hz作交变，那么转子上受到的平均 作交变 转矩为0。因此同步电动机是不能自行起动的。概括一下同步电动机没有启动转矩的 转矩为 。因此同步电动机是不能自行起动的。概括一下同步电动机没有启动转矩的 原因是： 原因是：（1）定、转子磁场之间相对运动速度很快；（2）转子本身转动惯量的存 在。
同步电机定义
同步电机定义
《同步电机定义》
嘿，咱今儿个来聊聊同步电机哈！同步电机呢，就好比是一个非常听话的小跟班。
我记得有一次啊，我去参观一个工厂，在那里面就看到了同步电机在那嗡嗡地工作着。
那家伙，可带劲了！它就那么稳稳地转着，和旁边其他的机器一起配合着，就像一个训练有素的团队一样。
你看它呀，一直保持着同样的节奏，不快也不慢，就那么有条不紊地进行着自己的任务。
就好像是个特别靠谱的小伙伴，你让它干啥它就干啥，一点都不含糊。
同步电机就是这样啦，它总是能和其他部分同步协调地工作，就像我们和好朋友一起做事一样，大家步伐一致，才能把事情干好呀！哎呀，反正就是这么个东西，你懂我意思吧！哈哈！
这就是我对同步电机的理解啦，简单来说，就是那个很靠谱、很听话、能和大家好好配合的家伙哟！。
常用同步电动机
移量小、并要求精确、均匀。这就要求步 进电动机步距角小、步距精度高、不丢步 或失步。 （4）输出转矩大，可直接带动负载。
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指令
微电脑及电源
步进电动机
控制电脉冲
机床工作台 传动齿轮
丝杠
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二、步进电动机的工作
原理
以三相反应式步进电机为例
6b
B
C
V1b
V6b
→ 控 制 电 子 开 晶体管控制电路
关中
转子位置传感器
晶体管的通断 第26页/共80页 →
１23..→V2e51.m导V导=通3T导通，m，通→B，a→转→过B1Ba20再a0与→转TBe过mf=垂T1m2直00
→Tem=Tm V2
V1
0
V1
IA
IA
Bf
V4 IB
组成：定子有六个磁极，每两 对应的磁
极绕有一相绕组A 。转子有四个
均匀分布 C’
1 B’
的齿，齿宽与2 定子4 磁极极靴宽
度相等。 ’ B
C 3
A’
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1.三相单三拍运行方
单：每次只式有一相绕组通电。
三拍：三次切换为脉冲的一次循 环。
A相通电：磁力线总是力图走磁 A 阻最小的路 1
C’ B’
U U N，f fN，P2 c Im f (I f )
假设：（1）不计Pcu，PFe，Pm，
（2）（隐极机 X d X q X t
P1
）
Pem
mUI cosm
m
E0U Xt
sin m
c
E0 sin m c及I cosm c
同步电动机的基本理论
THANKS
感谢观看
低能耗和碳排放。
高效能同步电动机的应用领域
高效能同步电动机广泛应用于工业自动化、电力、交通、新能源等领域。在工业自动化 领域，高效能同步电动机能够提高生产效率和降低运营成本；在电力和交通领域，高效 能同步电动机能够提高能源利用效率和减少环境污染；在新能源领域，高效能同步电动
机能够助力可再生能源的利用和发展。
同步电动机的调速与控制
调速
同步电动机的调速可以通过改变电机的输入电压或电流来实现，也可以通过改变电机的极数或频率来实现。
控制
同步电动机的控制可以通过控制系统来实现，控制系统可以根据实际需求对电机的运行状态进行实时监测和控制， 以保证电机的正常运行。
同步电动机的故障诊断与处理
故障诊断
同步电动机的故障诊断可以通过监测电机的运行状态和参数来实现，如电机温度、振动、声音等，一 旦发现异常，立即进行故障诊断。
同步电动机的特点
效率高
同步电动机的效率一般在90%以 上，比异步电动机高出10%左右。
调速性能好
同步电动机的转速与电源的频率成 正比，可以通过调整电源的频率来 实现调速，调速范围广，精度高。
维护方便
同步电动机的结构简单，维护方便， 使用寿命长。
同步电动机的应用场景
大型工业设备
如轧钢机、造纸机等需要大功率驱动的设备。
同步电动机的智能化控制技术
智能化控制技术
随着信息技术和人工智能的发展，智能 化控制技术成为同步电动机的重要发展 方向。通过引入传感器、控制器和优化 算法，实现同步电动机的实时监测、智 能诊断和自动控制，提高电机的运行稳 定性和可靠性。
VS
智能化控制技术的应用
智能化控制技术广泛应用于同步电动机的 控制系统中。通过智能化控制技术，可以 实现同步电动机的远程监控、故障预警和 自动修复等功能，提高电机的运行效率和 安全性。
同步电动机的同步是什么意思
同步电动机的同步是什么意思引言相信大家都知道，电动机是一个可以将电能转化为机械能的装置。
电动机按照其工作原理和特点可以被分为很多种类，而同步电动机是其中的一种比较常见的类型。
同步电动机是通过磁场来产生转动力矩的，因此其同步性能是非常重要的。
在本文中，我们将详细解释同步电动机的同步是什么意思。
什么是同步电动机首先我们来简单了解一下同步电动机。
同步电动机是指转速与电网频率同步的电动机。
当电动机的负载变化或出现突然的电压波动时，同步电动机的同步性能会受到影响，这会导致电能的浪费以及电机的性能下降。
同步电动机的主要部件有转子和定子两部分。
其中，转子上包覆有励磁线圈，当通电时，产生磁场。
在同频率交流电的作用下，定子上的线圈产生与转子磁场的作用力，从而产生转动力矩。
同步电动机通常用于大功率、可控硅调速、恒功率输出的场合，如电力电压调节、同步高速发电机等。
同步电动机的同步是什么意思同步电动机可以同步运行，也就是说其转速与电网频率同步。
具体来讲，同步电动机的转速是由电网的电压和频率来决定的。
正常工作状态下，同步电动机的旋转磁通的转速是与电网同步的，旋转磁通的转速称为同步速度。
同步电动机运行速度与电网同步，是因为电动机内部的电流和磁场都保持了与电网同步。
同步电动机的同步并不是一成不变的。
同步电动机作为大功率设备，其同步性能在负载变化、进电网率改变、发电网故障等情况下都会发生改变，这就会影响电动机的工作效率和输出功率。
因此，在实际使用中，要对同步电动机进行合理的运行和控制，以确保其同步性能达到最佳状态。
如何测试同步电动机的同步性能为了保证同步电动机的正常运行，需要对其同步性能进行测试。
同步电动机同步性能的测试主要包括同步速度和滑差测量和残磁测量。
同步速度测量同步速度是同步电动机的一个关键指标，在检测同步电动机同步性能时也是常用的测量方法之一。
通常采用光电转速测量仪或同频次电源加速试验法测量，具体测试方法如下：•光电转速测量仪测试1.将光电探头传感器安装于电机上；2.光电探头发出光，穿过同步电动机的旋转部分，紧接着照射到光电信号接收器上；3.当同步电动机运转时，旋转部分上的条纹将会对光信号进行调制。
简述同步电机的工作原理
简述同步电机的工作原理
嘿！今天咱们来聊聊同步电机的工作原理呀！这可是个相当有趣且重要的话题呢！
哎呀呀，首先得知道啥是同步电机呀？简单来说，同步电机就是一种能把电能转化为机械能，或者反过来把机械能转化为电能的设备呢！
那它到底是咋工作的呢？哇！这就得从它的结构说起啦！同步电机主要由定子和转子两大部分组成呀！定子上有三相绕组，当通上三相交流电的时候，就会产生一个旋转的磁场呢！这旋转磁场可厉害了，它就像一个无形的大手，推动着转子转动起来呀！
而转子呢，通常有凸极式和隐极式两种哟！不管是哪种，都有励磁绕组，通过直流励磁电流，产生一个恒定的磁场呢！
然后呢？当定子的旋转磁场和转子的恒定磁场相互作用的时候，就产生了电磁转矩啦！这转矩不就驱动着转子跟着定子的磁场同步旋转了嘛！哎呀呀，是不是很神奇！
可为啥要叫它同步电机呢？哇！这就在于它的转子转速和定子磁场的转速是同步的呀！也就是说，定子磁场转多快，转子就跟着转多快呢！
同步电机在实际应用中可太广泛啦！比如在发电厂，它可以作为发电机，稳定地输出电能哟！在工业生产中，它又能作为电动机，带动各种大型设备运转呢！
不过，同步电机也不是完美的哟！它的启动比较复杂，需要专门
的启动装置呢！而且对励磁系统的要求也很高呀！
哎呀呀，说了这么多，大家是不是对同步电机的工作原理有了更清楚的了解啦？哇！希望这能帮助大家更好地认识和运用同步电机哟！。
同步电机工作原理
同步电机工作原理同步电机是一种常见的交流电机，它通过交流电源产生的磁场与转子上的磁场同步运行，从而驱动转子旋转。
同步电机的工作原理涉及到电磁学、电机学和控制理论等多个领域，下面将详细介绍同步电机的工作原理。
1. 磁场的产生。
同步电机中通常有一个定子和一个转子。
定子上的磁场是通过交流电源产生的，而转子上的磁场通常是由外部直流电源提供。
当交流电源通电时，定子上的线圈会产生交变磁场，这个交变磁场会与转子上的直流磁场相互作用，从而产生转矩，驱动转子旋转。
2. 同步运行。
同步电机的名称来源于其工作原理中的“同步”这一概念。
当定子上的交变磁场与转子上的直流磁场同步运行时，转子会以同步速度旋转。
这意味着转子的旋转速度与交变磁场的频率成正比，这一特性使得同步电机在恒速运行时非常稳定。
3. 构造特点。
同步电机通常具有定子和转子两部分。
定子上的线圈通常布置成三相对称的形式，这样可以产生旋转磁场，从而驱动转子旋转。
转子上的磁场通常由永磁体或直流电源提供，这样可以保持转子上的磁场不随定子磁场的变化而改变，从而实现同步运行。
4. 控制方法。
同步电机的控制通常需要考虑定子和转子的磁场之间的相对位置关系。
传统的同步电机控制方法通常采用定子电流控制和转子磁场控制相结合的方式，通过控制定子电流的大小和相位来实现对转子速度的控制。
近年来，随着电力电子技术的发展，矢量控制等先进控制方法也被应用到同步电机中，从而提高了同步电机的性能和效率。
5. 应用领域。
同步电机由于其稳定的恒速特性和高效率的工作方式，被广泛应用于工业生产中的各种场合。
例如，同步电机常被用于驱动风力发电机组中的发电机部分，以及工业生产中的各种传动设备中。
此外，由于同步电机具有较高的功率因数和较低的转子损耗，因此在一些特殊的场合，如高性能电动汽车和高速列车中也得到了应用。
总结。
同步电机是一种常见的交流电机，其工作原理涉及到电磁学、电机学和控制理论等多个领域。
通过交流电源产生的磁场与转子上的磁场同步运行，从而驱动转子旋转。
同步电机原理
第四章 同步电机
一、同步电机原理与结构 二、同步电机磁场分析 三、同步电机的电磁关系与等效电路 四、同步电机运行特性
第一节 同步电机的原理与结构
同步电机的原理与结构
• 基本工作原理 • 主要结构 • 运行状态
• 额定值
一、同步电机的基本原理
• 转子直流励磁 • 原动机拖动转子磁场以 速度n0旋转 • 定子导体感生电动势,定 子带负载则有电流流过 • 定子电流产生旋转磁场， 速度为n0 • 转子导体受电磁力，形 成电磁转矩，和拖动转 矩平衡
其中：xd xad x
称为直轴同步电抗 称为交轴同步电抗
xq xaq x
思考：xd与xq有何不同，大小关系？
7、凸极发电机的相量图
已知端电压、负载电流和功率因数及ra 、xd、xq。
已知内功率因数角ψ 按照电势方程式的关系作出相量图 未知内功率因数角ψ
E Q U ra I j I xq E 0 j I d ( xd xq ) 1）利用方程式求出ψ：
几个概念
①内功率因数角Ψ：E0和Ia之间的夹角，与 电机本身参数和负载性质有关； ②外功率因数角φ：与负载性质有关； ③功率角（功角）θ：E0和U之间的夹角； 且有Ψ=φ+ θ （电感性负载） ④直轴（d轴）：主磁极轴线（纵轴）； ⑤交轴（q轴）：转子相临磁极轴线间的中 心线为交轴（横轴）
下面从三种极限情况出发进行研究，即 （1） Ia和E0同相位，即ψ=0；
2）利用公式求出ψ：
arctan
xq I U sin ra I U cos
E 0 U ra I j I d xd j I q xq
同步电机励磁变频控制原理
同步电机励磁变频控制原理一、同步电机的基本原理同步电机是一种交流电机，其转速与供给电源的频率和极对数有关，即N=60f/p，其中N为转速，f为电源频率，p为极对数。
同步电机除了可以直接从交流电源供电外，还可以通过励磁受控来调节电机的转速和负载。
二、同步电机的励磁原理同步电机的励磁是指通过电流在电磁铁中产生磁场，使磁铁带动转子转动。
励磁的方式有直流励磁和交流励磁两种。
直流励磁是通过直流电源供电，在励磁电流的作用下，形成磁场，驱动转子运动。
而交流励磁是通过交流电源供电，在交流电流的作用下，形成磁场，并通过差动励磁控制实现加速和减速。
同步电机的变频控制原理是通过改变供电电源的频率和电压，从而改变同步电机的转速和扭矩。
变频器是变频控制的关键部件，通过调节变频器中的电路元件，可以改变电流和电压的频率，从而控制电机的转速和负载。
变频器的工作原理主要包括三个部分：整流、逆变和滤波。
整流是将交流电信号转换为直流电信号，逆变是将直流电信号转换为相应的交流电信号，滤波是将输出信号中的杂波和谐波滤除。
在变频控制系统中，变频器通过控制直流电流的大小和方向，控制同步电机的转速和负载。
变频器可以根据所需的转速和所接的负载情况，自动调整输出频率和电压，使得同步电机始终在最佳工作点运行。
此外，变频器还可以通过自动识别负载和调整电压大小，提高同步电机的效率和性能。
通过合理选择变频器的参数，可以实现同步电机的快速启动、平稳运行和精准控制。
总结起来，同步电机的变频控制原理是通过改变供电电源的频率和电压，通过变频器的整流、逆变和滤波，控制同步电机的转速和负载。
通过合理调整变频器的参数，可以实现同步电机的快速启动、平稳运行和精准控制。
2 同步电机
US
E0
UG
US
G S
Ic
X (a)
(b)
图11-2
电压不相等时的并联合闸
二、不满足并联投入条件的后果(2)
２、电压相等，相序一致，但发电机频率和电网频率不相等。
US UG U S
UG U Ic
U
US
G S U G
与 同相 1. E0 I
(1)定子绕组内的电动势,电流和磁动势的空间矢量图
Ff
A
Z
B0
Y
A相轴线
ns
ns
B
N
S
C
X
Fa
(2)时间矢量图
E 0C 0A
IC
1
0 0 时间参考轴 IA
0C
E 0A
IB
0B
E 0B
(3)时-空统一矢量图
Ff
B0 ( 0 )
降，只是大容量系统中，电压和频率的变动很小而已。
三、研究并联运行时所用的规定正方向
A
发 电 机 一 相 绕 组
IG
E0
IS UG U S 电网
X
图11-1
研究并联运行的正方向
2.7.2 同步发电机并联投入的条件和方法
一、并联投入条件
为了避免并联合闸时引起电流、功率以及由此引起的发电机 内部的机械应力的冲击，将要投入电网的发电机应满足下列条件： 1. 发电机的电压幅值等于电网电压幅值，而且波形一致。 2.投入时，发电机的电压相位与电网电压相位一致，即 3.发电机的频率等于电网的频率，即
E0
第六章 同步电机
电枢反应：电枢磁动势对主极磁场的影响。 电枢反应除使气隙磁场发生畸变，从而直接关 联到机电能量转换外，还有去磁或增磁作用， 对同步电机的运行性能产生重要的影响。同步 电动机的励磁系统分为直流发电机励磁系统和 半导体 励磁系统。 电枢反应的性质取决与电枢磁动势和主磁场在 空间的相对位置。分析表明，这一相对位置与 激磁电动势
即
P M
m ax
UE 0 m Xs
它正比于E0（即励磁电流）,反比于同步电 抗。从功角特性可以决定电磁转矩与功角 之间的关系，由此可以得出相应的电磁 转矩，为 mUE 0 PM T s in 1 1 X s 式 中 ， 单 位 是 W； 单 位 是 rad/s； 单 位 是 N· m。
PM mUI a cos muI a cos( ) mUI a cos cos mUI a sin sin
从图得：
U sin I a X s cos
E0 U cos I a X s sin
U sin I a cos Xs 所以有 E 0 U cos I a sin Xs
6.1.3 冷却问题简述 ： 在中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。 当电机的容量很大时，电机内部的损耗及发热 量迅速增加，冷却问题显得格外重要，此时必 须加强通风或采用其他的冷却方式。 1）在大型汽轮发电机中，为了提高其冷却效 率，往往用氢气冷却，是氢气与空气混合后， 有爆炸危险，必须有一套控制设备来保证外界 空气不会渗入到电机内部。 目前在更大容量的发电机中，可以采用导线内 部直接冷却。例如采用空心导体（如图），冷 却介质直接在导体中流通而把热量带走，这样 能更有效地降低电机的温升。所采用的冷却介 质一般有氢气 及水等。
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理同步电机是一种利用定子磁场和转子磁场同步运动的电机，其工作原理可以分为静态原理和动态原理两个方面。
一、静态原理：1.磁通链路：同步电机的静态原理是基于磁场的存在。
电机中有定子和转子两部分，其中定子绕组制造一个旋转磁通，通过磁路连接，将转子磁场与定子磁场连在一起。
因此，转子在定子磁场的作用下与定子实现磁通链路。
2.磁场互作用：同步电机中，定子和转子的磁场存在相互作用。
定子提供稳定的磁场，转子则产生自己的磁场。
定子磁场的频率必须等于电源的频率。
当电源频率与机械转动速度相等时，定子和转子的磁场趋于同步运动，使得电机的稳态运转。
二、动态原理：1.相序：同步电机的动态原理是基于其相序的规律。
同步电动机需要电源交流电作为供电，通过将三相交流电中的相位关系调节到正确的相序，可以控制电机的运转速度和方向。
2.电磁感应：同步电机在工作时，定子的旋转磁场经过转子绕组内的导体时，将会感应出电动势。
由于定子电流与磁通链接在一起，转子导体感应出的电动势与定子磁场之间有相对运动，从而产生力矩，驱动转子旋转。
3.自激振荡：同步电机工作时，转子上的磁场与定子磁场之间总是呈同步状态，即转子磁场的旋转速度与定子旋转磁场的频率相同。
当电机承受负载时，如果反馈到转子上的力矩不能保持与负载匹配，转子就会渐渐偏离同步状态。
此时，电机中的电流会产生偏差，导致磁场变化，从而引起转子自激振荡，使转子恢复到同步状态。
总结起来，同步电机的工作原理可以看做是电磁感应和磁场互作用的结果。
通过正确的相序控制和电磁场同步运动，使得转子与定子之间的磁链相连，实现稳态运转。
同时，当负载变化时，电机通过自激振荡的方式使得转子重新回到同步状态，保持稳定的转速。
同步电机和异步电机的区别及应用
同步电机和异步电机的区别及应用一、同步电机和异步电机的区别同步电机和异步电机是两种不同类型的电机，它们的主要区别在于工作原理和结构。
1.工作原理：同步电机的工作原理是基于电枢反应的，它可以通过改变励磁电流来改变输出电压。
而异步电机则通过转子在定子中产生的磁场与电源产生的磁场相互作用来工作。
2.结构：同步电机的结构比异步电机复杂，主要包括转子、定子和励磁系统。
而异步电机的结构相对简单，主要包括转子和定子。
3.效率：同步电机的效率高于异步电机，但启动电流较大。
而异步电机在启动时电流较大，但运行效率相对较低。
4.应用范围：同步电机适用于需要精确控制转速和功率平衡的场合，如电力系统中用于调节电压和无功功率。
而异步电机适用于不需要精确控制转速的场合，如风机和水泵等。
二、同步电机的应用同步电机在电力系统中的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1.调节电压：同步电机可以通过调节励磁电流来改变输出电压，从而维持电力系统的稳定运行。
2.平衡无功功率：同步电机可以平衡电力系统中的无功功率，提高电力系统的功率因数，降低线损。
3.发电：同步电机可以作为发电机使用，将机械能转化为电能。
4.补偿负荷：同步电机可以作为补偿负荷使用，提高电力系统的供电可靠性。
三、异步电机的应用异步电机在工业和民用领域的应用也非常广泛，主要包括以下几个方面：1.风机和水泵：异步电机可以作为风机和水泵的动力源，广泛应用于制冷、供暖和供水系统中。
2.传动装置：异步电机可以作为传动装置的动力源，如机床、纺织机和电梯等。
3.工业自动化：异步电机可以用于工业自动化生产线中的各种设备，如搬运、加工和检测等。
4.民用电器：异步电机可以用于各种民用电器中，如电风扇、空调和洗衣机等。
5.起重机械：异步电机可以用于起重机械中，如起重机和叉车等。
6.电动工具：异步电机可以用于电动工具中，如钻机、角磨机和切割机等。
7.其他领域：异步电机还可以应用于电力、交通、航空航天等领域。
同步电机 原理
同步电机原理
同步电机是一种利用电磁场周期性变化引起转动的电动机。
其工作原理可以分为电磁感应原理和电磁力原理两种。
一、电磁感应原理：
同步电机的转子上有若干个绕组，通过给转子绕组供电，形成一个旋转的磁场。
而定子绕组中也有电流通过，形成一个旋转的磁场。
当这两个磁场的旋转速度相同且方向相反时，它们会相互作用，产生一个力矩，使得转子开始转动。
这个过程中，转子上的电流是从电源系统提供的。
二、电磁力原理：
同步电机的转子是由一个磁铁组成，这个磁铁可以是永磁体或者通过直流电流激励产生的电磁体。
当定子绕组中通入交流电流时，它会产生一个交变的磁场。
由于磁场是周期性变化的，所以会在转子上产生一个交变的磁力，这个磁力将会推动转子转动。
这个过程中，转子上的电流是由定子绕组的交流电流引起的。
无论是电磁感应原理还是电磁力原理，同步电机的转子转速都与定子的旋转速度同步，因此被称为“同步电机”。
同时，同步电机还必须与电源系统提供的频率相匹配才能正常工作。
同步电机的工作原理及结构特点
03
在能源领域中，同步电 机用于发电和输电，特 别是在大型电站中作为 发电机使用。
04
在交通领域中，同步电 机用于驱动地铁、动车、 有轨电车等轨道交通车 辆。
同步电机的结构
02
转子
01
02
03
转子铁芯
通常由硅钢片叠压而成， 用于产生磁场。
转子绕组
缠绕在转子铁芯上的线圈， 通过电流产生磁场。
转轴
连接电机和负载，传递扭 矩。
定子
定子铁芯
由硅钢片叠压而成，具有 较高的导磁性能。
定子绕组
缠绕在定子铁芯上的线圈， 用于产生三相交流电。
机座
固定和支撑定子铁芯和绕 组，通常由铸铁或钢板制 成。
机座和端盖
机座
支撑和保护电机内部元件，通常 由铸铁或钢板制成。
端盖
固定电机两端的轴承，并起到保 护电机内部元件的作用。
其他部件
轴承
用于支撑转轴，减少摩擦和磨损。
功率因数控制
总结词
功率因数控制是通过调节电机的输入电压或电流的相位角，以实现功率因数的优化控制。
详细描述
功率因数控制通常采用闭环调节系统，通过检测电机的输入电压和电流，计算出功率因 数，并与设定值进行比较，自动调节电压或电流的相位角，以使电机的功率因数与设定 值保持一致。功率因数控制能够提高电力系统的效率，减少无功损耗，广泛应用于电力
功率因数可调
同步电机的功率因数可以通过调节励磁电流来调整，使其保持在较高的水平上， 从而提高电网的功率因数。
通过调整同步电机的功率因数，可以改善电网的电能质量，减少无功功率的消耗 ，提高电力系统的稳定性。
对电网无冲击
同步电机在启动和停车时，对电网的冲击较小，不会产生较 大的电流峰值，从而避免了电网电压的波动和闪变。
1.同步电机概述
1.1 基本概念及分类
一.同步电机的概念 二.同步电机的运行原理 三.同步电机的用途 四.同步电机的分类
一. 同步电机的概念
什么是同步电机？
有三种等价的说法： 1.电机转子磁场的转速等于定子磁场的转速。 2.电机转子转速和定子电流的频率有固定不 变的关系。 3.转子转速恒等于同步转速。
发电机定子总装配
ALSTOM发电机
ALSTOM 发电机定子是由定子机座、定子铁芯和定子绕 组等主要部件组成。
定子机座由定子 铁芯支撑环、20 个垂直的斜元件、 垂直筋板以及机 座外壁等组成。 机座分6瓣，现 场组装
发电机定子总装配
•
定子铁芯由硅钢片、齿压板、 压指、压紧螺栓等组成。硅 钢片厚度为0.5mm，两面均 涂有F级绝缘漆，叠成总高 度为3130mm，共46段叠片堆， 47个通风槽；铁芯拉紧螺栓 位于铁芯叠片中部，用绝缘 套管与铁芯叠片绝缘，与传 统的位于铁芯叠片尾部相比 拉紧效果好，有利于防止叠 片翘曲变形和运行过程中松 动。
公司、德国西门子公司、通用电气加拿大国际公司
三家联营体，简称VGS生产制造；
b. 4#、5#、6#、10#、11#、12#、13#、14#为
ALSTOM公司生产制造
左岸发电机简介
三峡左岸电站水轮发电机组为混流式，采用立轴半伞式 三导轴承结构，下导与推力采用推导联合轴承。
机组额定转速75r/min，额定工作水头为80.6m。
发电机冷却方式采用半水冷，即定子绕组采用直接水冷， 定子铁芯和转子绕组采用空冷的发电机。 发电机与主变连接采用联合单元接线，发电机出口不设 断路器，发电机中性点通过接地变压器接地。
机组制动采用电气/机械制动的方式。
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b) 时间矢量图
E 0C 0A
IC
1
时间参考轴 0 0 IA
0C
E 0A
E 0B
IB
0B
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c) 时-空统一矢量图
Ff
直轴 D轴
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4.1.1 三相交流同步电机的基本结构 三相交流同步电机由定子部分和转子部分构成 以转子绕组形式分类，有旋转电枢式和旋转磁极式。
旋转电枢式同步电机图
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旋转磁极式同步电动机
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定子
AVR
交流励磁机 转子 旋转 整流器
发电机
图5-4 无刷同步发电机
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4.1.2 三相交流同步发电机的基本工作原理 当转子由原动机以恒定转速驱动。极性相间的励 磁磁场随轴一起旋转，并依次切割定子各相绕组 （相当于绕组导体反向切割励磁磁场）。定子三 相电枢绕组就会感应出大小和方向按周期性变化 的交变正弦电动势。由于三相电枢绕组在空间相 差120º电角度，三相电动势相位也相差120º。
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1）电枢电流与空载电势同相位时(即Ψ =0)的电枢反应 a) 定子绕组电动势、电流和磁动势的空间矢量图 Ff
A
B0
Y
交轴电枢反应
A相轴线
ns
Z
ns
N
B
S
C
X
Fa
直轴(Direct Axis )：与主磁场同轴。
交轴(Quadrature Axis )：与主磁场相交的轴。
o
iA
iB
iC
t
ns
S
X
Fa
C
Ba ( a )
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时-空统一矢量图
Ff
直轴 D轴
B0 ( 0 )
d轴 1
Ba ( a )
交轴 Q轴
I
Fa ( Fad )
E0
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式中 o 为每极下的总磁通 . 空载电动势的频率 f 与转子的转速n和磁极对数p成正比, 即 pn f 60 由以上两式可得
E0 Ke 0 n
Ke为电势常数
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4.1.3 铭牌数据
额定容量 ，连接方式 , 线电压 , 额 定频率，磁极对数 , 额定转速 , 采用绝缘 等级, 冷却方式, 设计标准环境温度等。
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4.2.2 同步发电机对称负载运行 同步发电机定、转子之间的气隙同时出现两个旋 转磁场。 当同步发电机接通负载时, 三相电枢绕组的三相电 流将产生旋转磁场 a, 这种旋转磁场称为电枢反 应磁场。电枢磁场对磁极主磁场的影响称为电枢 反应。 电枢反应效应与负载性质有关。
3） 电枢电流超前于空载电动势90的电枢反应 直轴增磁电枢反应：电枢磁 场 a 与磁极磁场 o 在同一轴 线上,且方向相同,起增磁效应 使合成磁场 大于主磁场 o 。
Ff
A
Z
B0 ( 0 )
Fa Y
N
Ba ( a )
i(u )
o
iA
i B iC
t
ns
S
C
X
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三相同步发电机额定值 同步发电机的主要额定值有： 额定容量 SN 或额定功率PN 额定电压 UN 额定电流 IN 额定功率因数 cosΦN 额定频率 fN 额定转速 nN 额定励磁电压（额定励磁电流）
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其瞬时值为：
eu E m sin t ev E m sin(t 120) ew E m sin(t 240)
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空载电动势的有效值为
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E0 Em / 2 4.44kfN0
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转子部分 转子磁极有两种结构形式 隐极式 凸极式（也称显极式）
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按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型， 即自励的、他励的
图5-3 自励同步发电机
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船舶电气设备及系统 §4. 2 三相交流同步发电机运行特性
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通常把同步发电机转子转速为同步额定转 速条件下，空载电动势E0与励磁电流的关 系曲线称为同步发电机空载特性曲线E0=f （If）或称开路特性曲线。
Er：剩磁电压（在额定转速下使If=0时所 测得的电枢开路电压）。
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Y
B
S
C
X
Fa
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2） 电枢电流落后于空载电动势90时的电枢反应
直轴去磁电枢反应 ：
电枢磁场 a与磁极磁场 o 在同一轴线上 , 但方向相 反 , 起去磁效应使合成磁 场 < o。
Ff
A
Z
B
B0 ( 0 )
Y
N
i(u )
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定子部分
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定子是由定子铁心、定子三相绕组、机座以及固 定这些部分的其他结构件组成。 定子铁心由硅钢片叠压而成。
定子铁心槽内嵌放三相依次相差120º 电角度（或 120º /P空间机械角度）的。绕组，称为三相电枢 绕组，是交流电路部分。
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B0 ( 0 )
1
d轴
Fn ( Faq )
交轴 Q轴
I
E0
直轴(Direct Axis )：与主磁场同轴。
交轴(Quadrature Axis )：与主磁场相交的轴。
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d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
B0
A
Z
ns
B
N
Te