电机学 第四篇 同步电机
电机学-同步电机
表征气隙合成磁场的等效磁极
ns
S
N
δ
ns
N0
Te
S0
主极
发电机旋转时，原动机必须输入驱动转矩来克服制动电磁转
矩，从而将机械能转变成电能，所以交轴电枢反应与电磁转 矩的产生和机电能量转换直接相关。
29
(2)、电枢电流 I 滞后激磁电动势 E 0 90 (0 = 90) 时
同步电机
同步电机和感应电机同属于交流电机，与感应电机
的区别是同步电机的转子转速 n 与电网频率 f 之间
具有固定不变的关系 子转速 n≠ns。
n
ns
60 f p
，而感应电机的转
本章主要讲述同步发电机的工作原理、电磁关系，
导出基本方程、等效电路和相量图；
同时分析同步发电机的运行特性，以及与电网的并 联运行和功率调节问题。
相量重合；
(2)、忽略磁滞和涡流损耗时，旋转磁场的磁密矢量
与产生它的磁动势矢量重合；
(3)、该相绕组交链的磁通相量与产生它的磁密矢量
重合。
a
s
Ba
FIa
同步发电机的时空矢量图
25
2、对称负载时的电枢反应
s
E 0 Fa
0 I
Ff1
B0
0
N
一般情况下同步发电机的时空矢量图
电枢反应的性质（增磁、去磁或交磁）取决于电枢磁动势 基波 Fa与励磁磁动势基波 Ff1 的空间相对位置。
f
pns 60
。
同步电机转速与电网频率有着严格不变的关系，
即电网频率一定时，同步电机转速不变。
22
2、空载特性
在同步转速下，激磁电动势E0与励磁电流 If 之间的 关系曲线E0= f ( If )，称为同步电机的空载特性。
电机学 同步电机4
E0U Pe = m sin δ = 常值 Xs P2 = mUI cos = 常值
E 0 sin δ = 常值 I cos = 常值
22.2 同步发电机的功角特性
1. 同步发电机的功率和转矩 P1 = p + p Fe + Pe Pe = mUI cos + mI 2 Ra Pe = pCua + P2 = mI (U cos + IRa ) U cos + IRa = E cosψ = E Q cosψ 0
Pe = mEI cosψ = mEQ I cosψ 0 = mEQ I q
EQ
E
U
IRa
E0
jI d ( X d X q )
交轴电枢反应愈强，功率角就愈大，同步电 交轴电枢反应愈强，功率角就愈大， 机的电磁转矩和电磁功率也愈大， 机的电磁转矩和电磁功率也愈大，所以交轴 电枢反应对产生电磁转矩和进行能量转换具 有直接关系。 有直接关系。
ψ ψ0
δ
jIX aq
δ = 90
2. 静态稳定
整步功率系数： 整步功率系数：
过载能力 ：
dPe E0U =m cos δ dδ Xs
E0U m Xs 1 ≈ = E0U m sin δ N sin δ N Xs
kp =
Pe (max) PN
22.3 并联运行时同步发电机功率的调节
3. 无功功率的调节和 形曲线 无功功率的调节和V形曲线
22.1 同步发电机投入电网的条件和方法
直接接法（灯光熄灭法） 直接接法（灯光熄灭法）
电网频率f
UA
2
A B
1
U A'
ω'
ω
2009_29电机学-同步发电机的基本电磁关系04
凸极同步发电机的电动势方程式：q q d d a aq q ad d a x I j x I j r I U x x I j x x I j r I U E &&&&&&&&&+++=+++++=)()(0σσσσx x x x x x aq q ad d +=+=分别称为凸极同步电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。
其物理意义为当对称三相直轴或交轴电枢电流每相为1 安时，三相联合产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。
讨论：1）由于xad> x aq，所以x d> x q。
2）对于隐极电机，由于x ad＝x aq＝x a，所以x d＝xq ＝xs。
§10-6 从空载特性、短路特性求同步电抗的不饱和值和短路比¾空载特性n=n1，I=0时，E0＝U0=f(i f)¾短路特性n=n1，U=0时，I k=f(i f)以隐极电机为例s ks ka ks ax I jx I jr Ix I j r IU E&&&& && &≈+=+ +=90≈ψ如果被试电机是凸极电机，由于短路时ψ≈90∘，此时电枢反应为直轴电枢反应，因此求出的同步电抗为直轴同步电抗xd的不饱和值。
q kq aQxI jx I j r IU E&& && &≈+ +=090≈ψ短路比的数值对电机性能影响很大。
短路比小，说明同步电抗大，这时短路电流小，但负载变化时发电机机端电压变化较大，并联运行时稳定性较差，但电机的成本较低；反之，短路比大则电机性能较好，但成本高，因为短路比大表示同步电抗小，故气隙大，使励磁电流增大、转子用铜量增大，所以短路比的选择要合理地统筹兼顾运行性能和电机造价这两方面地要求。
汽轮发电机的K c ＝0.47-0.63 ，水轮发电机的K c ＝1.0-1.4，水轮发电机的短路比较大是由于水轮发电机为凸极结构，气隙较大。
电机学第四篇同步电机
电机学第四篇同步电机第四章同步电机一、填空1. ★在同步电机中，只有存在电枢反应才能实现机电能量转换。
答交轴2. 同步发电机并网的条件是：（1；（2；（3）。
答发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致3. ★同步发电机在过励时从电网吸收，产生电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出，产生电枢反应。
答超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴增磁4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是和之间的夹角；二是和空间夹角。
答主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使Xq和Xd将。
答增加6. 凸极同步电机气隙增加使Xq和Xd将。
7. 答减小8. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为。
答mU(211?)sin?2 XqXd二、选择1. 同步发电机的额定功率指（）。
A 转轴上输入的机械功率；B 转轴上输出的机械功率；C 电枢端口输入的电功率；D 电枢端口输出的电功率。
答 D2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性cos??0.8，则其电枢反应的性质为（）。
A 交轴电枢反应；B 直轴去磁电枢反应；C 直轴去磁与交轴电枢反应；D 直轴增磁与交轴电枢反应。
答 C3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（）。
A 漏阻抗较大；B 短路电流产生去磁作用较强；C 电枢反应产生增磁作用；D 同步电抗较大。
答 B4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（）。
A X??Xad?Xd?Xaq?Xq；B Xad?Xd?Xaq?Xq?X?；C Xq?Xaq?Xd?Xad?X?；D Xd?Xad?Xq?Xaq?X?。
答 D5. 同步补偿机的作用是（）。
A 补偿电网电力不足；B 改善电网功率因数；C 作为用户的备用电源；D 作为同步发电机的励磁电源。
答 B三、判断1. ★负载运行的凸极同步发电机，励磁绕组突然断线，则电磁功率为零。
《同步电机》课件
详细描述：同步电机在电力系统中扮演着至关重要的角色。作为发电机，它可以将机械能转化为电能 ，为电力系统提供电源。作为电动机，它可以将电能转化为机械能，驱动各种设备和机械。此外，同 步电机还用于调节电力系统中的无功功率、稳定系统电压和改善电能质量。
CHAPTER 02
同步电机的结构与工作原理
同步电机的故障诊断与维护
同步电机的常见故障及原因分析
故障一
振动过大：可能原因是转子不 平衡、轴承损坏、气隙不均等
。
故障三
声音异常：可能原因是转子松 动、轴承损坏、气隙不均等。
故障二
温度过高：可能原因是负载过 大、通风不良、绕组短路等。
故障四
输出功率不足：可能原因是绕 组短路、转子断路等。
同步电机的故障诊断方法
同步电机的结构组成
01
02
03
转子
同步电机的主要旋转部分 ，通常由励磁绕组和铁芯 组成。
定子
固定部分，包括三相绕组 和机座。
气隙
转子和定子之间的间隙， 对电机性能有重要影响。
同步电机的工作原理
励磁绕组通电产生磁场
励磁绕组通电后产生磁场，该磁场与转子相互作用产生转矩。
旋转磁场与转子的相互作用
旋转的磁场与转子上的导体相互作用，产生转矩，使转子旋转。
智能化
未来同步电机技术将更加注重智能化，实现电机 的远程监控和智能控制。
绿色化
未来同步电机技术将更加注重绿色化，推动电机 的环保和可持续发展。
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直接控制
通过控制电机的输入电 压或电流，实现对电机 转矩和转速的直接控制
。
间接控制
通过控制电机的输入频 率或极数，实现对电机 转矩和转速的间接控制
电机学-同步电机的最基本知识和结构
检查电机紧固情况
定期检查电机各部件的紧固情况， 包括地脚螺丝、端盖、轴承盖等， 确保没有松动或脱落现象。
润滑轴承
根据电机使用情况和要求，定 期对电机轴承进行润滑，保证 轴承运转灵活、无异常声响。
监测电机运行参数
定期监测电机的电压、电流、 温度等运行参数，确保电机在
允许范围内运行。
常见故障类型及原因分析
应用领域及重要性
应用领域
同步电机广泛应用于电力、冶金、石油、化工、纺织、造纸 等工业领域，以及交通运输、国防、航空航天等领域。
重要性
同步电机在国民经济和国防建设中占有重要地位。作为电动 机，它可驱动各种机械设备，实现生产过程自动化和电气化 ；作为发电机，它是电力系统中的重要组成部分，为工农业 生产和人民生活提供电能。
电机不能启动或启动困难
可能原因包括电源故障、电机内部故 障（如绕组短路或开路）、负载过重 等。括 轴承磨损、转子不平衡、气隙不均匀 等。
电机过热
可能原因包括过载、散热不良（如风 扇故障或散热片堵塞）、环境温度过 高等。
电机绝缘性能下降
可能原因包括绝缘老化、潮湿、污染 等，会导致电机漏电、匝间短路等故 障。
04
同步电机运行特性及性能 指标
空载运行特性
空载电压波形
同步电机在空载运行时，其端电 压波形应为正弦波，且波形畸变
率小。
空载电流
空载电流较小，通常为额定电流的 20%～30%，主要用于电机铁芯的 磁化。
空载损耗
主要包括铁损耗和机械损耗，用于 衡量电机在空载状态下的效率。
负载运行特性
负载电压波形
02
同步电机结构组成与部件 功能
定子部分
定子铁芯
构成电机磁路的一部分，并嵌放定子 绕组。一般采用0.5mm厚的硅钢片 冲制叠压而成，以减少涡流引起的热 量。
电机学_第4篇_同步电机
4/25/2020
河海大学
25
第三节 同步电机的空载运行
五、电压波形正弦畸变率
改善发电机发出电势波形的基本途径：
➢ 励磁电流产生接近与正弦分布的气隙磁密波形； ➢ 定子每相绕组采用分布和短距线圈； ➢ 三相绕组采用Y接法。
恒量指标：电压波形正弦畸变率 实际空载线电压波形与正弦波形的偏差程度一般用电压波形正
用在不需要调速的低速大功率机械中； ⑶此外，同步电机还可以作为同步补偿机，他能够专门用来向
电网输送感性和容性无功功率。
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第一节 同步电机的结构
一、同步电机的基本结构形式
同步电机的定子和异步电机相同，定子铁芯上有齿和槽，槽内设 置三相绕组。转子上装有磁极和励磁绕组。同步电机的磁极通常 装在转子上，而电枢绕组放在定子上，通常称为旋转磁极式电机。
波，幅值为Ff，
基波分量的振幅为
4
Ff 1 Ff sin 2
励磁磁动势的波形系数
kf
4 sin 2
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第三节 同步电机的空载运行
三、时间相量与空间矢量时间相量：E，,, I,U
空间矢量：F，B
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。 参考轴的选取是任意的。但一般
弦畸变率来表示，即
kv
U
2 m
2
U
2 m3
U
2 mk
U
2 m1
U
2 mn
n2
U m1
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第四节 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
电机学习题解答10
第四 同步电机同步电机是将机械能与交流电能相互转换成的设备，可用作发电机或电动机。
由于其中涉及机械能，它的结构上需要运动部件，所以同步电机通常是一种旋转电机，本书介绍磁极旋转旋转的同步电机。
下面通过习题解答来讲授本部分内容。
本篇习题主要围绕同步电机的工作原理、结构、稳态运行过程分析、参数与性能的计算、并联运行、不对称运行、突然短路等内容。
第10章习题解答（Page 201~202）本章内容包括同步电机的工作原理、分类、主要结构部件、额定值、电枢反应、电压方程与相量图等。
10-1 试比较隐极式和凸极式同步电机转子构造上各有什么特点？据此特点，在应用场合上有何区别？在性能和分析方法上又有何不同？【解】两者共同之处都是通过在励磁绕组中通入直流来建立主磁场；通入直流的方法也相同，即通过电刷与集电环（俗称滑环），此即有刷励磁，或者直流电源与转子一道旋转，此即无刷励磁。
区别是：隐极式同步电机的转子铁心是整体锻压件，兼备导磁和承载功能，铁心的外表对称的铣有槽，其中留出两个大齿各约占六分之一圆周，大齿中心连线就是磁极轴线（称为直轴或纵轴），可见隐极机一般都做成2极机；励磁绕组是分布绕组，它分布在铁心槽中。
凸极式同步电机的转子由磁轭和磁极两部分构成，其中，磁轭是合金钢整体锻压件，兼备导磁和承载功能；主磁极铁心由1~3mm 的厚钢板冲片叠压而成，励磁绕组是集中绕组，它套在磁极铁心柱上，二者共同构成主磁极，主磁极对称地固定在磁轭上。
由于隐极机的原动机汽轮机是一种高速原动机，故其转子直径相对较小；凸极机的原动机水轮机是一种低速原动机，需要做成多个磁极才能满足频率要求，故其直径相对较大。
10-2 已制成的同步发电机转速为何要求是其原动机转速？如果原动机转速改变，该发电机能否运行？若原动机转向改变，会有什么影响？【解】同步发电机用来把机械能转换成交流电能，需要原动机拖动以输入机械能，所以原动机的转速就是其转速。
原动机转速改变时，同步发电机照常工作，但是频率将发生变化。
华中科技大学_电机学__第四章_交流电机绕组(完美解析)
◎ 并联支路数a：一相绕组中并联支路的个数，即因各个线圈组 的感应电动势相等，可以采用串、并联方式将q个线圈组连接，形 成a条并联支路。 ◎ 单层绕组每相最大并联支路数 amax = p
a=1
A1 A
X1
A2
X2 X
a=2
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④ 画出三相绕组：
每极磁通 1
2
Bm1l
1 f 2
导体感应电动势
Ec1 2.22 f1
44
2. 线圈电动势与短距系数
线圈电动势有效值
y1 π E y1 N c Ec1 2 sin( ) 2
将一对极下属于同一 相的某两个导体连接 ，构成一个线圈 将一对极下属于同一 相的q个线圈连接，构 成一个线圈组
A1
X1
A2
X2
24
线圈组：每相绕组中， 相邻的线圈串联在一起，称为一个线 圈组。一个线圈组中的线圈个数为每极每相槽数q。 线圈组 线圈组
A1
X1
A2
X2
线圈
25
④ 构成一相绕组：
A相绕组整体右移120°得B相绕组，整体右移240 °得C相绕组
27
总结：单层叠绕组构造方法和步骤
画槽电动势星形图
分极分相:
将总槽数按极数均匀分开，N、S极相邻分布 将每个极的槽数按三相均匀分开，三相在空间错开120°电角度
构成线圈和线圈组：
将一对极下属于同一相的某两个圈边连接，构成一个线圈 将一对极下属于同一相的q个线圈连接，构成一个线圈组
构成一相绕组：
将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端 根据并联支路数将线圈组串联、并联或串并联，均符合电势相加原则
《电机学》复习(重点)[1]
![《电机学》复习(重点)[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/dea76911866fb84ae45c8ddc.png)
《电机学》复习（重点）第一篇变压器第一章概述3、S N＝√3U1N I1N=√3U2N I2N式中：额定容量S N——指变压器的视在功率，单位为KV A或V A；额定电压U1N/U2N——指线值，单位为V或KV。
U1N是电源加到原绕组上的额定电压，U2N是原边加上额定电压后，副边开路即空载运行时副绕组的端电压；额定电压I1N/I2N——指线值，单位为A；Y接：U线＝√3 U相△接：U线＝U相I线＝I相I线＝√3I相习题1-2 一台三相变压器的额定容量为S N＝3200千伏安，电压为U1N／U2N＝35/10.5千伏，Y，d接法，求：⑴这台变压器原、副边的额定线电压、相电压及额定线电流、相电流。
⑵若副边负载的功率因数为0.85（感性），则这台变压器额定运行时能输出多少千瓦的有功功率，输出的无功功率又是多少？解：（1）额定电压及电流原边额定线电压U1N＝35 KV原边额定相电压U1＝35/√3＝20.208 KV副边额定线电压U2N＝10.5 KV副边额定相电压U2＝10.5 KV原边额定线电流I1N＝S N／（√3 U1N）＝3200×103／（√3 ×35×103）＝52.79 A原边额定相电流I1＝52.79 A副边额定线电流I2N＝S N／（√3 U2N）＝3200×103／（√3 ×10.5×103）＝175.96 A副边额定相电流I2＝I2N /√3＝101.59 A（2）若cosψ2＝0.85（感性）额定运行时，ψ2＝35.320，sinψ2＝0.527输出有功功率P2＝S N cosψ2＝3200×0.85＝2720 KVA输出无功功率Q2＝S N sinψ2＝200×0.527＝1685.7 Kvar第二章变压器的运行分析3、[P28 式（2-7））采用折合算法后，变压器原变量仍为实际值，而副边量都为折合值，其基本方程为：（1）U1＝－E1＋I1 z1（2）U2’＝－E2’＋I2’ z2’（3）E1＝－E2’（4）I1＋I2’＝I0（5）I0＝－E1／z m（6）U2’＝I2’ z L’4、折算后副边的电压、电流、阻抗的关系如何？U2’＝I2’ z L’5、变压器的T型等效电路（图2-9）17、变压器参数的测定：如何对变压器进行空载实验、短路实验？其目的如何？如何求其参数：r m，x m；r K，x K。
MIT电机学教程中文版第4章
麻省理工学院电气工程和计算机科学系6.685 电机课程讲义4：基本的同步电机模型2005年9月5日James L. Kirtley Jr.版权所有，20031．前言本节的目的在于，给出一个简单但具有物理意义的同步电机模型，这是电动机方面的主课之一。
我们可从不同角度考察该模型。
这将有助于理解电动机分析，尤其是在某一分析图像比其他图像更合适的情况下更是如此。
在此还将考察操作和尺寸估计事宜。
在此过程中，我们将从两个视角考察电动机绕组。
一方面，我们会将绕组近似为电流和磁通匝连数的正弦分布。
随后，我们将采取集中线圈观点，并将其一般化，给出更真实、更有用的绕组模型。
2．物理图像：电流片描述考虑下面给出的简单图像。
“电动机”由同轴的圆柱形转子和圆柱形定子构成，在其表面上呈正弦电流分布：转子的外表面和定子的内表面。
图1：基本电动机模型：轴视图转子和定子体由高磁导率材料制成（我们将其近似为无限的，但需要在以后仔细考察）。
此外，我们还假定转子和定子的电流分布为轴向的（z）和正弦分布：在此，角度φ是转子的实际角度。
转子上的电流分布相对于转子是固定的。
现在，假定气隙尺寸远小于半径：g << R。
不难看出，根据该假定，径向磁通密度Br在气隙上近似均匀（也就是说，不是半径的函数），并且服从：12随后，可将该情形下的径向磁通密度简化为：现在，能够计算转子和定子表面上的引力，面电流分布是方位磁场：在定子表面，，在转子表面，。
因而在转子表面，引力为：其平均值可简化为：在定子表面执行相同运算，可得到相同结果（符号相反）。
为了确定转矩，使用：考虑以下几点： 1.对于给定的表面电流值Ks 和Kr ，转矩是线性尺寸的3次幂。
这意味着，对于电动机尺寸，所达到的切应力为恒量。
电动机转矩密度和电动机体积之比为常数。
2.在另一方面，如果气隙保持不变，转矩为电动机体积的4次幂。
由于电动机的体积为3次幂，这意味着电动机转矩是电动机尺寸的4/3次幂。
习题课4-同步电机--电机学课件--汤蕴璆主编(第三版)
mUE0 mU 2 cos Xd 2
1 1 mU 2 cos 2－ X 2 q Xd
1 1 X q Xd
13
电机学习题课
Electric Machinery
对于隐极电机 X d＝X q＝X s E 0U m U2 Qm cos Xs Xs
Electric Machinery
可得： 0 54.798
d
j I d Xd Xq
I I sin 0 0 90
1 sin 54.798 54.798 90
EQ
E0
Iq
0.8171 35.202
10
电机学习题课
解(1)
Electric Machinery
N arccos0.8 36.87
sin N 1 cos 2 N 1 0.8 2 0.6
由于不考虑电枢电阻， 所以电磁功率约等于输 出功率 则有： PemN PN S N cos N 31250 kVA 0.8 25000 kW
d轴
E0
所以得出： 0 1.732 E
Iq
0
j Id Xd
U
j I q Xq
Id
7
I
电机学习题课
Electric Machinery
4 第四章 同步电机
接线：发电机定子绕组通常采用Y 形连接。
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
隐极式转子
大型机的 转子支架
转子轴上的滑环
转子铁心 硅钢片
一对极 隐极式
两对极凸极式
同步发电机的基本类型
➢按同步发电机定子和转子的结构及作用不同有两种类型, 即旋转磁极式和旋转电枢式。
➢按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型, 即自励 的和他励的。
设有专用励磁电源的称为他励的。
以发电机本身 的电枢绕组 (或辅助绕组) 步电动机
2）转子
旋转磁极式同步电机转子是直流磁极, 产生恒定的磁极 主磁通. 转子磁极有两种结构形式, 即隐极式和凸极式或称 显极式。
励磁绕组的两个出线端分别接到固定在转轴上的两个滑 环上。 两个滑环彼此绝缘并对轴绝缘。通过固定的电刷 装置与滑环的滑动接触将直流电流引入励磁绕组中。
转子：有凸极式和隐极式两种。转子绕组是直流 绕组。
2）调节特性If =f(I)
同步发电机在额定转速和一定的负载功率因数下,
为保持端电压基本不变, 励磁电流If随负载电流I而变 化的关系If =f(I)称为调节特性。
2）调节特性If =f(I)
同步发电机在额定转速和一定的负载功率因数下, 为保持端电压基本不变, 励磁电流If随负载电流I而变 化的关系If =f(I)称为调节特性。
5.5.3 同步发电机的负载运行及电枢反应
当同步发电机接负载时, 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 枢反应：电枢磁场对磁极（励磁）主磁场的影响
电机学-同步电机的基本知识和结构ppt课件
➢水轮发电机
转子
特点：转速低，转轴短粗，为凸极式转子。 作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。
定子
特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。 作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
同步电机工作时必须供给励磁绕组直流电流，以便建立励磁磁场。 提供直流的电源及附属设备统称为励磁系统。获得励磁电流的方 法称为励磁方式。
励磁系统的形式很多，按照励磁系统和发电机的关系，可分为他 励式(separately excited)和自励式(self-excited)两类。
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
一、他励式励磁系统 他励式励磁系统主要有下列几种。 1．直流励磁机励磁系统
if
If
L
Rf
A
K
～G V
同步电动机：PN是指轴上输出的有效机械功率，也用千瓦(kW) 或兆瓦(MW)来表示。对于同步调相机，则用线端的额定无功 功率来表示其容量。以千乏(kVAR)或兆乏(MVAR)为单位。
同步电机的基本知识和结构
§7-5 同步电机的额定值
➢额定电压UN 指在额定运行时电机定子三相线电压，单位为伏(V)或千伏(kV)。
Y
C
Y
C
A
.N
S
XA
n1
Z
B
Z
横截面图 凸极式
N
S
X
.n1
B
隐极式
同步电机的基本知识和结构
§7-2 同步电机的基本工作原理
➢同步发电机
作为发电机运行时，用一原动机拖动转
子旋转，转子励磁绕组中通入直流电，
Y
从而在气隙中产生一旋转的磁场，该磁
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机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。
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
各种电机 引进600MW汽轮发电机
1、他励式静止半导体励磁系统
2、自励式静止半导体励磁系统
（三）旋转的交流整流励磁系统
静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于 大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。因此， 在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统， 如图所示。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主 轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁 机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这 种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。
（二）静止的交流整流励磁系统
同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副 励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有 时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励 磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发 电机的励磁绕组。
六、 同步电机的额定值
同步电机的额定值有： 1）额定电压：是指在正常运行时，按照制造厂的规定，
定子三相绕组上的线电压。电压的单位用V或kV表示。 2）额定电流：流过定子绕组的线电流 。 3）额定功率：是指在正常运行时，电机的输出功率 。
A：对于发电机而言：输出的是电功率。
PN 3UN IN cosN一 空载磁场1 空载运行：同步发电机空载运行是指同步发电机被原动机拖动到同 步转速，转子励磁绕组通入直流励磁电流而定子绕组开路时的运行
工况。
2 空载磁场
• 空载时气隙中的磁场仅有直 流励磁电流产生的励磁磁场， 称为空载磁场或主磁场。
3 主磁路(0的路径)
主极铁心→气隙→电枢齿→电 枢磁轭→电枢齿→气隙→另 一主极铁心→转子磁轭。
相序：由转子的转向决定。
可见，当电机的极对数、转速一定时，电机发出的交流电动势的 频率也是一定的。
作为同步电动机运行时，需要在定子绕组上施以三 相交流电压，电机内部便产生一个旋转磁场。这时转子 绕组上加上直流励磁，则转子将在定子旋转磁场的带动 下，沿定子磁场的旋转方向以相同的转速旋转。
转子转速为
n=n1=60f/p
第四篇 同步电机
第十章 同步发电机的运行原理
第一节 同步电机的基本知识
一、同步电机的特点
励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁
场，原动机拖动转子以转速 n 旋转时，其
磁场切割定子绕组而感应交流电动势 E。0
频率： f pn 60
大小： E0 4.44 fN1kw10
波形：由e B( x可)l知v ，波形取决 于 的B空( 间x ) 分布。
水轮发电机转子结构
10000kW水轮机转子
现场运行的水轮发电机
四、同步电机的励磁方式
同步电机运行时，必须在励磁绕组中通人直流电流，通常称 之为励磁电流。所谓励磁方式是指同步电机获得直流励磁电流的 方式，而供给励磁电流的整个系统称为励磁系统。
同步电机的励磁方式有以下几种：
（一）直流励磁机励磁
凸极同步电机的空载磁势
•励磁绕组为集中绕组，磁势波为矩形波
Y
C
+A
A
X
z 0
B
f +A
0
Ff
1N
2
f if
Ff1 kfFf
对于凸极发电机来说，由于定转子间的气隙沿整个电枢圆周分 布不均匀，极面下气隙较小，磁阻较小；极间气隙较大，极间 磁阻很大。同一个极面下，气隙径向磁通密度的分布近似于平 顶的帽形。极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线 上的磁通密度为零。
由此可见，同步电机的特点是转子的转速n与电网频 率f之间具有固定不变的关系，转速n称为同步转速。
若电网的频率不变，则同步电机的转速恒为常值而与负 载的大小无关。
二、同步电机的基本类型
按运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。 按结构型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。 旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。
五、冷却方式 ：
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。 2）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，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。
国产300MW汽轮发电机
国产200MW汽轮发电机定子
国产200MW汽轮发电机定子铁心
1、定子铁心
2、定子绕组
3、转子铁心
4、励磁绕组
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
（二）、凸极同步电机的基本结构
1、立式水轮发电机
2、卧式水轮发电机
阻尼绕组在同步发电机中，起抑制转子转速振荡的作 用，在同步电动机和补偿机中，主要作为起动绕组用。
按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油 发电机等。
汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速 为3000转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。
同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。
三、同步电机的结构型式
（一）、隐极同步电机的基本结构
隐极同步电机都采用卧式结构，有定子和转子两大部分。
B：对于电动机而言：输出的是机械功率。
PN 3UN INN cosN
单位是KW。 4. 相数m ：一般m=3。 5. 额定频率:我国额定工业频率规定
f N =50Hz.
6）额定转速：额定转速即为电机的同步速，在 一定极数及频率时，它的转速是定值。
nN
60 f N p
第二节 空载和负载时同步电机的磁场 一、同步电机的空载运行