同步电机的基本类型与结构
同步发电机的基本工作原理和结构
8/16/2015
临沂电力学校
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同步发电机的主要构成部件包括两大部分：定子 （工作时不运动部分）和转子（工作时转动部分）。 定子部分主要有：定子铁心（硅钢片叠成），其 内表面开槽用于嵌放定子绕组；定子三相对称绕组， 用于切割磁场感应电动势，将动能转换成电能。
转子部分主要有：转子铁心及磁极；转子绕组（ 也称为励磁绕组），用于通过直流电流（励磁电流） 形成恒定磁场。 对照原理结构图，说明同步发电机的工作过程： 电生磁：转子绕组通直流电流后产生恒定磁场。 磁生电：该恒定磁场在原动机带动下旋转，切割 定子上的三相对称绕组，在定子绕组上产生感应电动 势，在其引出端就有了三相对称交流电压输出。
相关部件的散热（冷却）方式：通过空气、水、 氢气等冷却介质进行冷却。
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第二节 同步发电机的基本结构 目前电力系统中的发电机主要有两大类：汽轮发 电机和水轮发电机，这两类发电机的工作原理是一样 的，不同的是在工作过程中一类是高转速发电机，一 类是低转速发电机，这使其结构有一点不同。 一、汽轮发电机的基本结构 汽轮发电机是在高转速下工作，定子结构与水轮 发电机是一样的，其转子采用隐极式结构，直径小、 轴向尺寸长，全为卧式布置，理由——
推力轴 承 上机 架 转子
转子
下机架
8/1Байду номын сангаас/2015
推力轴承
悬式
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伞式
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水轮发电机组也有采用卧式机组形式的，主要用 于高水头、小流量的小型机组，这样可降低整个厂房 的修建高度，从而降低修建成本。如青城电站——
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第三节 三相同步发电机的励磁方式 从原理分析已知，同步发电机运行时必须在转子 绕组中通入直流电流建立磁场，这个电流就叫励磁电 流。我们把供给励磁电流的电源及其附属设备（励磁 调节器、灭磁装置）统称为励磁系统。 获取励磁电流的方式有多种，在实际应用中常用 的有以下几种： 一、直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统的构成见下图示：
同步电机的基本类型和基本结构
采用条件 nm1i≤n1500r/ （2p≥4） 转速较高
实例
水轮发电机，同步 电动机及由内燃机 拖动的同步发电机 和调相机
汽轮机
凸极式
旋转磁极式同步电 机
1－定子 2－凸极转子 3－隐极转子 4－集电环
隐极式
9.2 同步电机的根本构造
转子
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C A
定子绕组
机械端口
B 电端口
定子铁心
副励磁机输出 副励磁机
主励磁机
的也是三相交
流电，须由晶
闸管整流后再
供给主励磁机。
他励式静止半导体励磁系统
同步发电机
2、自励式静止半导体励磁系统
自励式静止半导体励磁：取消交流励磁机，交流励磁电源直接 取自同步发电机本身
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主发电机的励 磁电流以由整 流变压器取自 自身输出端， 经过三相晶闸 管整流后变为 直流电。
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1、汽轮发电机构造
定子铁心
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2、水轮发电机构造 (1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
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3〕水轮发电机构造转子构造 10000kW水轮机转子
4〕现场运行的水轮发电机
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二、静止的交流整流励磁系统
静止的交流整流励磁系统可分为自励式与他励式两种：
1、 他励式静止半导体励磁系统 汽轮发电机的励磁电流由同轴交流主励磁机发出的三相交 流通过静止的半导体硅整流器供给。 供给主励磁机励磁电流的是副励磁机。
副励磁机也是交流发电机共励磁电流在电机运行之初由外界直 流电源供给，待建立输出电压后则改为自励。
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
同步发电机结构及工作原理
电源频率固定，采用转子结构与转速有关。
火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转 速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通 常称为汽轮发电机。
核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站 用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都 较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电 站的大。
水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较 多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式。
• 有足够的刚度。 • 大型同步电机，由于端部漏磁通较大，所以固定端
盖的螺栓宜加以绝缘，以防止漏磁通引起的涡流流 过螺栓而使其发热。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
汽轮发电机结构
（2）定子铁心
定子铁心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的电工钢 片叠成。各段叠片间有宽约10mm的通风槽，以改善 定子铁心散热。
ff 6p6p0n0n eeOcBEEmmcsoisn(tt112200 )0
ec
eb
三相对称负 载运行时
三相对称电 枢电流 iabc
旋磁转势基Fa波Fa
2021/4/11
n n 电力工程技n术n11（ch6i6n0pa0p-dffianli） n n1 1 (同步电机)
三相同步发电机的基本工作原理
2021/4/11
定子端部 电力工程技术（china-dianli）
汽轮发电机结构
2．转子
转子组成 ✓ 转子铁芯 ✓ 励磁绕组 ✓ 阻尼绕组 ✓ 紧固件 ✓ 风扇
功能：传递原动机供给的机械能、支撑旋转的励磁 线圈、形成良好的磁通路径和转子散热通道，因此 对转子结构、材料和加工工艺要求较高。
2021/4/11
气隙不均匀，极弧 底下气隙较小，极间部 分较大。
同步电机的基本工作原理和结构
同步电机的基本工作原理和结构第一节精编资料本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理,同步电机的电动势和磁动势,异步电动...二,同步电机的工作原理1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场...原理,结构同步电机的基本工作原理和结构本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理、同步电机的电动势和磁动势、异步电动机的电势平衡，磁势平衡、等值电路及相量图、功率转矩、同步发电机运行原理等内容。
本章共有10节课，内容和时间分配如下:1.掌握同步电机的结构特点及工作原理。
(2节)2.掌握同步电机绕组有关的结构、额定参数(1节)3.掌握同步电机机绕组的磁动势、等效电路，一般掌握相量图。
(3节)4.掌握同步电机功率、转矩和同步电机启动特性。
(2节)5.了解同步发电机的运行原理。
(2节)一、简介交流电机，根据用途，可以分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三类。
(交流电能几乎全部是由同步发电机提供的。
目前电力系统中运行的发电机都是三相同步发电机。
同步电动机可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数，因而在不需要调速的低速大功率机械中也得到较广泛的应用。
随着变频技术的不断发展，同步电动机的起动和调速问题都得到了解决，从而进一步扩大了其应用范围。
同步补偿机实质上是接在交流电网上空载运行的同步电动机，其作用是从电网汲取超前无功功率来补偿其它电力用户从电网汲取的滞后无功功率，以改善电网的供功率因数。
) 二、同步电机的工作原理1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场和转子旋转磁场。
定子旋转磁场—又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场60f1n,速度:同步速度，即 1p方向:从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相。
形成原因:以电气方式形成。
(当对称三相电流流过定子对称三相绕组时,将在空气隙中产生旋转磁通势。
它的旋转速度60f1n,1p为同步速度，即;它的旋转方向是从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相;当某相电流达到最大值的瞬间，旋转磁势的振幅恰好转到该相绕组轴线处。
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
永磁同步电机转子结构_概述及解释说明
永磁同步电机转子结构概述及解释说明1. 引言1.1 概述永磁同步电机是目前较为先进和广泛应用的一种电机类型。
其核心部分是转子结构，决定了电机的性能和特点。
因此，了解和掌握永磁同步电机转子结构的概述及解释非常重要。
本文将深入介绍永磁同步电机转子结构的相关知识，并对其进行详细说明。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、永磁同步电机转子结构概述、永磁同步电机转子结构解释说明、应用领域与发展趋势分析以及结论与展望。
在引言部分，将对文章整体内容进行概括，并阐明文章的架构安排。
1.3 目的本文旨在全面介绍永磁同步电机转子结构相关知识，深入剖析其内部组成和工作原理，提供读者对该领域有一个清晰而全面的了解。
同时，通过分析其应用领域与发展趋势，帮助读者把握未来该技术的发展方向和潜力。
请注意以上内容并按要求对文章部分进行撰写。
2. 永磁同步电机转子结构概述2.1 定义与背景永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源，利用旋转的磁场与定子绕组产生的交变磁场进行互相作用而工作的电机。
其主要特点是具有较高的效率、功率密度和动态响应能力，因此在许多领域被广泛应用。
2.2 基本原理永磁同步电机转子结构是其关键部分之一。
转子结构由永磁体和铁芯组成。
永磁体是通过将永磁材料固定在转子上而形成的，它产生固定的、恒定的磁场。
铁芯则用于引导和增强磁场，在转子运行时保持稳定性。
通过控制电流流过定子绕组，可以改变转子上的磁场分布，从而控制电机的输出。
2.3 工作原理及特点当三相交流电流与旋转的磁场相互作用时，产生了由Lorentz力驱动的转子运动。
这种方式使得永磁同步电机具有自同步性，即转子速度与旋转磁场的频率同步。
同时，由于永磁体固定在转子上，无需额外的励磁电流，因此具有较高的效率。
此外，永磁同步电机还具有快速响应、宽范围调速和较低的机械损耗等特点。
总结起来，永磁同步电机转子结构是由永磁体和铁芯组成，并通过控制定子绕组电流与旋转磁场相互作用实现运动。
永磁同步电机的基本知识和结构
WORD 文档可编辑技术资料 专业分享第一章永磁同步电机的原理及结构1.1永磁同步电机的基本工作原理永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。
在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。
在起动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。
在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。
但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。
1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。
一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。
和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。
由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。
永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。
就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
图1-1面贴式的永磁同步电机在工业上是应用最广泛的，其最主要的原因是其拥有很多其他形式电机无法比拟的优点，例如其制造方便，转动惯性比较小以及结构很简单等。
同步电机的基本类型与结构n
一、基本类型：
1、用途：发电机、电动机、调相机（补偿机）
2、转子结构：凸极式、隐极式
3、按原动机类型（发电机）：汽轮发电机、
水轮发电机
主要特征：
定子铁心上有齿和槽，槽内设置三相对称
绕组
转子上装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组
通以直流电流后，产生转子磁场
原动机带动转子旋转，则磁场与定子绕组间
(3)灯泡贯流式水轮发电机
2、水轮发电机结构(续)
(4)转子结构
10000kw水轮机转子
三、额定值
1、额定功率 (kW) 输出的额定功率
发电机：电功率；
电动机：机械功率
2、 额定电压(V)：定子绕组额定线电压
3、 额定电流(A)：定子绕组额定线电流
4、 额定转速 (r/min)：额定运行时的转子
转速
5、 额定功率因数Cos：额定工况下发电机
的功率因数
6、 励磁电压（V）和励磁电流(A)
当极对数
凸极式转子
汽轮机＋同步机－－－－汽轮发电机
水轮机＋同步机－－－－水轮发电机
汽轮发电机都为隐极式
汽轮机高速时较为经济
一般都为两极机，转速为3000r/min
汽轮发电机组一般为横轴式
水轮发电机都为凸极式
水轮机转速较低
转速为每分钟数十转至数百转，依
水头高低、流量大小而定
水轮发电机的极数就很多
子转速总等于由电机极对数和电枢电流频率
所决定的同步转速
60 f
n1
p
“同步”机因而得名
同步电机的转子有两种构造型式：
凸极式
隐极式
隐极式转子构造特点：
第十二章+同步电机的基本理论和运行特性
定子
转子
转子磁极铁芯
B C
定子铁芯 定子绕组 电刷 S N
C B
转子励磁绕组
集电环 （滑环）
A
N
S
+
A
气隙
09级学习部资料
09级学习部资料
Back
1、定子
（同一般的交流电机相似；尺寸大，常采用拼装）
组成：铁芯、绕组、机座及其他部件 0.35～0.5mm硅钢片，叠压
定子铁心
由扇型片拼成，省材，便于运输
4 空间矢量相对于转子而言是静止的，由于转子以同 步速旋转，所以空间矢量相对于气隙而言就是以同 步速旋转的。
09级学习部资料
四、空载电动势相量
气隙磁场由转子磁极建立
磁通：主磁通和漏磁通 主磁路：气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身、转子轭
E0 A E00 E0 B E0 120 E0C E0120
同轴连接 电压输出
交流主励磁机100Hz
旋转电枢绕组
主发电机
自动电压调节器
交流副励磁机500Hz
09级学习部资料
图12-12 旋转整流励磁系统
§12.3 同步电机的空载运行
空载的定义 If=IfN，n=nN 定子绕组开路的状态 空载电动势E0
沿气 隙 分布
空载电动势E0随时间变
化规律与转子磁场沿空 间分布规律相同。
60 f n n1 p
当f=50Hz时，p=1、2、3、4、5… 则： n=n1=3000、1500、1000、750、600…
2、主要用途 ①主要作发电机 ②电动机（无需调速、低速大功率机械、改善功率因数） ③补偿机（空转的同步电动机，向电网输送无功功率）
一、同步电机的基本工作原理
第十二章 同步电机的基本理论和运行特性
义？
• 空间矢量和时间相量的物理意义有何区别？同步电机中哪 些量是空间矢量，哪些量是时间相量？ • 何谓时空矢量图？同步发电机空载时的时空矢量图？ • 电压波形正弦畸变率的定义是什么？
§12.4 对称负载时的电枢反应
电枢反应的概念 电机带负载后，电枢电流产生的磁场将使空载气隙磁 场的分布发生变化，从而使绕组中的感应电动势发生 变化，这种现象称为电枢反应。 三个特殊角
第四篇同步电机福州大学电气工程与自动化学院电机学教研组电机学多媒体课件系列20068第十二章同步电机的基本理论和运行特性第十二章同步电机的基本理论和运行特性121同步电机的结构122同步电机的励磁系统123同步电机的空载运行124对称负载时的电枢反应125隐极同步发电机的分析方法126凸极同步发电机的分析方法127电枢绕组的漏抗128同步发电机的空载短路和负载特性129同步发电机的参数及测定1210同步发电机的稳态运行特性121同步电机的结构1基本特点根据电磁感应原理工作的交流旋转电机转子转速固定为同步转速2主要用途主要作发电机电动机无需调速低速大功率机械改善功率因数补偿机空转的同步电动机向电网输送无功功率一同步电机的基本工作原理a同步发电机原动机拖动转子转子磁场切割定子绕组感应三相交流电势转子加直流励磁定子铁芯电枢绕组交流转子铁芯励磁绕组直流相电势大小
0
E0
思考：相量 图和矢量图 的区别？
时空矢量图的定义：将具有相同角速度的空间矢量和 时间相量画在同一坐标即为时空矢量图。
同步电机空载时的时空矢量图
时间相量和空间矢量都以相绕组轴线作为参考轴。
A相轴/时轴/交轴
Z
B
ω1=2πf
E0
A
N
S
直轴
X
Ff
φ0
同步电动机控制
⎡u a ⎤ ⎡ r 0 0⎤ ⎡i a ⎤ ⎡ L ⎢u ⎥ = ⎢0 r 0⎥ ⎢i ⎥ + ⎢ M ⎢ b⎥ ⎢ ⎥⎢ b ⎥ ⎢ ⎢u c ⎥ ⎢0 0 r ⎥ ⎢i c ⎥ ⎢ M ⎦⎣ ⎦ ⎣ ⎣ ⎦ ⎣
中点无引线系统：
M L M
M ⎤ ⎡i a ⎤ ⎡e a ⎤ ⎡u 0 ⎤ M ⎥ P ⎢ib ⎥ + ⎢eb ⎥ + ⎢u 0 ⎥ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ L ⎥ ⎢i c ⎥ ⎢e c ⎥ ⎢u 0 ⎥ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦
(a) 基本结构 无换向器电机换相原理图
(b) 端电压波形
无换向器电机系统构成
无换向器电机一般用于大容量调速系统，功率开关通 常为大功率晶闸管
转矩控制原理：无换向器电机采用电流源型逆变器供电。以 隐极同步电动机为例，根据定子电流与转子磁场的相互作用， 转矩方程可表达如下：
T = 3 pm Φ f I a sin δ T
idd
Lmd p =− (isd + ie ) Rd + Ldd p Lmq p Rd + Ldq p i sq
idq = −
将上式代入转子磁链方程可得：
ψ e = Lmd
L s Rd + Ldσ s i sd + ( Le − )ie Rd + Ldd s Rd + Ldd s
2 md
相应转矩表达式为：
或
T = 3 p m Lm I f I a sin δ T
转子励磁电流
转子励磁电感
当转子磁通Φ f 和转矩角δT为恒量时，同步电动机类似于直 流电机，转矩和电枢电流 Ia 成比例关系。 对凸极电机也有类似结论成立，只是凸极转矩项会对影响转 矩与电枢电流的线性比例关系，采用转速外环后对转速影响 较小。
(完整版)永磁同步电机的原理和结构
WORD文档可编辑第一章永磁同步电机的原理及结构1.1永磁同步电机的基本工作原理永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。
在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是其在异步转矩、永磁发电制动转矩、由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用起的磁阻转矩和单轴转矩下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。
在起动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其他的转矩大部分以制动性质为主。
在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。
但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。
1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。
一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。
和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。
由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。
永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。
就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
图1-1面贴式的永磁同步电机在工业上是应用最广泛的，其最主要的原因是其拥有很多其他形式电机无法比拟的优点，例如其制造方便，转动惯性比较小以及结构很简单等。
电机学 第5章 同步电机
输出电压随转子转角变化而变化，两者呈成正弦、余弦函 数关系称为正余弦旋转变压器；成线性关系称为线性旋转 变压器，主要用于坐标变换、三角运算的角度测量等。
转子转速与磁场转速不相等。 n0=60f/p，n不等于n0。
退出
3、三相同步电动机的运行特性
（1）机械特性
转速与负载转矩之间的关系。
n
n=f（M）
n0
由于同步电动机转速恒定不随转
矩而变，这种特性成为绝对硬特
性，即恒转速特性。是同步电动
M
机的基本特性。
退出
（2）工作特性
指同步电动机外加电压、励磁电流为常数时电磁转矩、定 子电流、功率因数、效率、和输出机械功率P2之间的关系曲 线。
退出
额定容量SN 3U相I相；
输出有功功率 SNcos；
输出无功功率 SNsin；
额定电压：线电压U
；
L
额定电流：线电流I；
当Y形连接时，额定电流 SN SN 3U相 3UL
当形连接时，额定电流 SN SN 3U相 3UL
退出
解：(1)转子磁极对数p 3,旋转磁场转速为
n 60f 60 50 1000r/min
退出
例：一台三相Y形连接的隐极同步发电机，每相电抗 为2欧姆，每相电阻为0.1欧姆，当容量为500kvA， cosφ=0.8（滞后）时，端电压为2300v，求气隙磁场在 一相绕组中产生的电动势。
解：相电压U UL 2300 1327.9V
3
3
相电流I S 500103 125.（ 5 A） 3UL 3 2300
退出
3、微型同步电动机
将不变的交流电信号转变为转速恒定的机械运动。在自动 控制中作为执行元件。在恒速传动装置中广泛应用。分为永 磁式、反应式、磁滞式等类型。
同步电机原理
•时间相量—单相绕组的感应电势、电压和电流，匝链的磁通 相轴： 每相绕组的轴线位置。 •空间矢量—三相绕组合成磁势和磁通密度（随时间变化） 时轴: 时间相量在其上投影可得瞬时值 两极间中心线
转子绕组 轴线 •将相绕组轴线作为空间矢量参考轴（相轴）
•令时间相量参考轴（时轴）与空间矢量参考轴重合
四、 空载电势
＝1，有功功率等于零，仅发出电感性无功功率。
•为保持电压不变，应增大励磁，即为过激状态，将输出电感 性无功功率
直轴电枢反应
ψ=π 时电枢反应
•• 转子磁势作用在直轴上，电枢磁势作用在交轴上，电枢反 I与E0反相。cosψ＝-1，sinψ＝0，有功功率将从 应使合成磁势的轴线位置产生一定的偏移，幅值发生一定 电网输送到电机——电动机运行状态。 的变化。
E0,Φ0 E0 UNΦ 气隙线 空载特性 E0= f ( If ) 电机的磁化曲线 ————Φ0= f ( Ff )
空载额定电压时 主磁路饱和系数
k
I f0 E 0 U N I f0
1.1 ~ 1.25
0
I'f0 If0
If , Ff
一、隐极同步电机的空载磁势
• 励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形， • 谐波分析法—>基波分量 • 合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波。 一般，仅考虑磁通密度的基波分量
采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时， 电枢的电压方程为
因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa不计磁饱 和时，Φa又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即
滞后于 Φ 以90°电角度，若不计定子 在时间相位上， E a a 同相位，则 铁耗Φ , 与 将滞后于 以90°电角度于是 E I I a a 亦可写成负电抗压降的形式，即
同步电机基本类型与结构
3、 氢气冷却广泛用于大、中型汽轮同步发 电机中，容量超过10万KW时采用氢内 冷方式，将氢气通入定子和转子槽内直 接冷却导线。
4、 氢气冷却要注意防爆防漏。使钢板能承受 发生意外爆炸时的压力。
第四十五页，共97页。
三、水内冷 （ 60 万KW~ 130 万KW采用）
1、水内冷采用的不是一般的水。 火电站中发电机中采用凝结水，导
第七十页，共97页。
这种励磁系统便于维护，电 压稳定度高，动态性能好，采用 多。
第七十一页，共97页。
2、他励式静止半导体励磁系统
第七十二页，共97页。
汽轮发电机用 （3000r/min，125MW）
所谓静止是指整流装置不旋转
副励磁机
主发电机
f = 400HZ
自励 恒压
~
交流励磁机
f = 100HZ
第九页，共97页。
本篇学习目的和要求
•
了解同步发电机的结构、工作原理，为分析
同步发电机的运行性能作必要的准备。
• 了解同步发电机电枢电动势产生的原理
第十页，共97页。
本章要点:
12-1 同步电机的分类 12-2 同步电机的基本结构 12-3 同步电机的冷却方式
12-4 同步电机的励磁方式
12-5 同步电机的额定值
（一）直流发电机励磁系统（50MW以下）
第六十一页，共97页。
I f1 Rt
发电机 励磁绕 组 If
+
L EL CeLn
-
A
负
F ~
载
E04.44 f1N1kd1 p0
励磁机
第六十二页，共97页。
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6）额定转速nN [ r/min]
7）额定频率fN：我国电网频率f=50Hz。
8）额定励磁电压UfN [V] 和额定励磁电流ifN [A]
3~ 3~
+ 励磁 －
N S
励磁 + －
N
×
S
隐极电机
凸极电机
•按轴的安装方式分：立式、卧式 •按原动机的类型分：汽轮发电机、水轮发电机、其他原动 机带动的发电机
卧式
立式
汽轮发电机
汽 轮 机
发 电 机
励 磁 机
国产世界最大容量全空冷式水轮发电机组就位龙滩水电站
•同步发电机：把机械能转换为交流电能，是同步电机最主 要的运行方式。 •同步电动机：把交流电能转换为机械能，用于驱动恒速运 转的大功率机械。 •同步补偿机：专门用于电网的无功补偿，以提高电网的功 率因数，改善供电性能。
3.同步电机的基本类型
•按用途分：发电机、电动机、补偿机 •按转子结构特点分：隐极电机、凸极电机
励磁机
发电机 水轮机
12-2 同步电机的基本类型与结构
1.汽轮发电机
采用隐极式转子，大多采用卧式结构。
1-轴承座；2-出水支座；3-端盖；4-定子；5-转子；6-进水口 汽轮发电机
1）定子
由定子铁心、定子绕组、一部分，嵌放定子绕组。 •构成：0.5mm厚的硅钢片叠装而成。
水轮发电机定子 的分段铁心
2）转子
水轮发电机的转子由磁极、磁轭、励磁绕组、集电环、转 轴、转子支架和阻尼绕组等部分构成。 磁极
•作用：转子磁路的一部分，安装励磁绕组。
•构成：由厚1~1.5mm的钢板冲成磁极冲片，叠压而成。
水轮发电机的磁极装配
2）转子
转子磁轭
•作用：固定磁极，构成转子磁路的一部分。 •构成：铸钢铸成，或用冲片叠成。 励磁绕组 •作用：建立主极磁场。
第十二章 同步电机的基本类型与结构
12-1 同步电机的用途
12-2 同步电机的基本类型与结构
第十二章 同步电机的基本类型与结构
基本要求：
1.了解同步电机的基本类型
2.熟悉同步电机的基本结构 3.掌握同步电机的额定值
12-1 同步电机的用途
1.同步电机的特点
60 f n n1 p
2.同步电机的运行方式
•构成：非磁性合金钢。
汽轮发电机的转子
护环 护环 中心环 风扇
3.水轮发电机
采用凸极式转子，大多采用立式结构。
立式水轮发电机按推力轴承安装位置的不同，分为悬吊式和
伞式两类。
悬吊式
•安装方法：推力轴承装在转 子上边的机架上。
•特点：机械稳定性好，机组
的轴向高度大。 •适用对象：高速水轮发电机 （150r/min以上）。
2）转子
励磁绕组
•作用：建立主极磁场。 •构成：由扁铜线绕制成同心式绕组。
励磁绕组端部
嵌装完励磁绕组后的转子
滑环（集电环）
•作用：将励磁绕组与励磁电源连接起来。
•构成：炭钢。
护环和中心环
•作用：保护励磁绕组的两个端部，防止它因离心力的作用 而甩出。 •构成：非磁性合金钢。 中心环
•作用：用于支持护环并阻止励磁绕组沿轴向移动。
电机额定运行时定子三相绕组上的线电压。
2）额定电流IN（A）
电机额定运行时，流过定子绕组的线电流。
3）额定功率PN（kW）
电机额定运行时，输出的有功功率。
4）额定功率因数cosN
电机额定运行时，电枢绕组侧的功率因数。
5）额定效率N
同步发电机： P UN I N cosN SN cosN N 3 同步电动机： P UN I N cosNN SN cosNN N 3
•构成：由扁铜线绕制而成， 各励磁绕组串联后接到集电 环上。
2）转子
阻尼绕组
•作用：在同步发电机中用于抑制转子机械振荡；在同步电 动机和同步补偿机中用作起动绕组。
•构成：由插入极靴阻尼槽中的裸铜条和端环焊接而成。
转子支架 •作用：转轴和转子磁轭的 中间部分，固定磁轭。
4.同步电机的额定值 1）额定电压UN（V或kV）
定子铁心冲片
定子铁心
定子绕组 •作用：感应电动势，传递能量。 •构成：绝缘扁铜线绕制而成(水内冷电机采用空心导线)。 •形式：三相双层短矩叠绕组，Y连接。
定子线圈
2）转子
由转子铁心、励磁绕组、护环、中心环、 滑环及风扇等部件组成。 转子铁心
•作用：主磁路的一部分，嵌放励磁绕组。
•构成：用整块具有良好导磁性能和高机械强度的合金钢锻 造而成，并与转轴锻成一个整体。
悬吊式水轮发电机
伞式 •安装方法：推力轴承装在转子下边的机架上。 •特点：机械稳定性差，机组的轴向高度小。 •适用对象：低速水轮发电机（150r/min以下）。
伞式水轮发电机
1）定子
定子结构与隐极同步电机基本相同。 大容量的水轮发电机由于直径很大，为便于运输，通常把 定子分成数瓣，运到工地后再拼成一个整体。