电机与电力拖动 第9章 同步电机及同步电动机的电力拖动
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图9-3 旋转磁极式同步电机
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.2 三相同步电机的基本结构
9.2.1隐极同步电机结构，主要有定子和转子两大部
分。
(1)定子铁心：由硅钢片叠成。
1. 定子（电枢） (2)定子绕组：对称三相绕组。
(3)机座和端盖等。
(1)转子铁心：
由整块铸（锻）钢制成。
2. 转子 (2)励磁绕组：
立式水轮发电机可分为悬式和伞式两种。悬式是指承受轴 向力的推力轴承装在转子上边的上机架上，整个转子是处 于一种悬吊的状态转动。伞式则是把推力轴承装在转子下 边的机架上，整个转子处于一种被托架的状态转动，如图 9-7所示。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
图9-7 立式水轮发电机的示意图 a）悬式 b）伞式
气隙旋转磁通势 Fm
同步电动机中的感应电动势
Fm
Ffm
电枢三相 绕组中感应
E0
Fm
电枢三相 绕组中感应
E1
Ffm 在空间上
超前于Fm 角
E0 在时间上超前于 E1 角
Fam
V2
Ffm U1 N W2
W1
S
V1
U2
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
三相同步电机的可逆运行
N n1 n1
S
电动机状态
或
E0 = －j4.44 kw1 N1f1 Φ0
电枢相电压： U0P = E0
电枢线电压（Y 形联结）： U0L =√3 E0
E0 的频率：
pn f1 = 60ห้องสมุดไป่ตู้
如果： f1 = 50Hz，则： pn = 3 000
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
三相同步发电机负载运行时
电枢旋转磁通势 Fam 转子旋转磁通势 Ffm
2、按结构型式分类。同步电机可分为旋转电枢式和 旋转磁极式两种。前者在某些小容量同步电机中得到 应用，后者应用比较广泛，并成为同步电机基本结构 型式。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
3、旋转磁极式同步电机按磁极形状，又可分为隐极式和 凸极式两种类型。如图9-3所示。隐极式气隙是均匀的， 转子做成圆柱形。凸极式气隙是不均匀的，极弧下气隙较 小，极间部分气隙较大。
图9-9 磁极铁心
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.3同步电机的额定值及励磁方式
9.3.1同步电机的额定值
1、额定容量SN或额定功率PN（单位为kVA）或额定功 率（单位为kW）。指电机输出功率的保证值。对同步 发电机指输出额定视在容量或有功功率表示。对同步 电动机额定容量一般用额定功率表示。同步调相机则 用额定容量或额定无功功率表示。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
电机与拖动基础 教材 刘学军
第 9 章 同步电机及同步电动机的电
力拖动
9.1 三相同步电机的工作原理及分类 9.2 三相同步电机的基本结构
9.3 三相同步电动机的励磁方式及额定值 9.4 三相同步发电动机
9.5 三相同步电动机
9.6 三相同步电动机的电力拖动 返回主页
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.1 三相同步电机的工作原理及分类
9.1.1三相同步电动机 的工作原理
定子 旋转磁场。 转子 直流磁极。 转子转速
n = n1 =
60 f1 p
同步
定子
U1
V2
N
+ If
Uf
－
W1
S
U2
转子
W2
V1
励磁 绕组
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
同步电动机中的磁通势
定子 —— 电枢。
电枢旋转磁通势 Fam 转子旋转磁通势 F0m
气隙旋转磁通势 F m
电枢反应 —— Fam 对 Fm 的影响。
Fm
N n1 n1
N n1 S n1
F0m U1
Fam
功
S
角
电动机状态
N S 理想空载状态
V2
N
W2
W1
S
V1
U2
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
同步电动机中的感应电动势
Ffm
电枢三相 绕组中感应
E0
Ffm 在空间上
Fm
电枢三相 绕组中感应
E1
滞后于Fm
角
Fm
E0 在时间上滞后于 E1 角
F0m U1
Fam
－E0 在时间上滞后于－ E1 角 V2
N
W2
W1
S
V1
U2
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.1.2、三相同步发电机工作原理
励磁机→Ffm 原动机
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动 凸极同步电机的转子主要由磁极铁心、铁轭、励磁绕组、转子支架和
转轴等组成。 磁极铁心由11.5mm厚的钢板冲片用铆钉装成一体，也有采用整体锻钢
或铸钢件制成的实心磁极。磁极上套装有励磁绕组。励磁绕组一般采用扁 铜线绕成，各励磁绕组串联后接到集电环上。
磁极的极靴上一般还装有阻尼绕组。阻尼绕组是由插入极靴阻尼槽内 的裸铜条和端部铜环焊接而成，如图9-9所示。
2、额定电压UN（单位为V）。电机在额定运行时的线 电压。
3、额定电流IN（单位为A）。电机在额定运行时的定 子线电流。
4、额定频率fN。我国标准工频频率为50Hz。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
5、额定转速（单位为r/min）。
6、额定功率因数 cosN 。
7、额定励磁电压U1N和额定励磁电流IfN。
旋转的 Ff m和Φ0
电枢三相 绕组中感应
E0
N n1 n1
S
发电机运行
N n1 S n1
N S 理想空载状态
Fm
Fam
V2
F0m
U1
N
W2
W1
S
V1
U2
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
三相同步发电机空载运行时
电枢（定子）： I1 (Fam ) = 0 转子每极磁通： Φ0 空载电动势： E0 = 4.44 kw1 N1f1 Φ0
工作时施加直流励磁。
(3)阻尼绕组和转轴等。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
图9-4定子铁心
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
图9-5 隐极转子铁心 a）辐射式 b）平行式
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.2.2 凸极同步电机的基本结构
凸极同步电机分为卧式和立式结构两大类。除低速大容量 的水轮发电机和大型水泵用的同步电动机采用立式结构， 绝大多数的凸极同步电动机都采用卧式结构。
N n1 S n1
N S 理想空载状态
N n1 n1
S
发电机运行
图9-2 三相同步电动机的运行状态
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.1.3同步电机的基本类型
同步电机可以按运行方式、结构型式和原动机 的类型进行分类。
1、按运行方式分类。同步电机可分为发电机、电动 机和调相机三类。发电机把机械能转换为电能，电动 机把电能转换为机械能；调相机是专门用来调节电网 的无功功率的，改善电网的功率因数。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.2 三相同步电机的基本结构
9.2.1隐极同步电机结构，主要有定子和转子两大部
分。
(1)定子铁心：由硅钢片叠成。
1. 定子（电枢） (2)定子绕组：对称三相绕组。
(3)机座和端盖等。
(1)转子铁心：
由整块铸（锻）钢制成。
2. 转子 (2)励磁绕组：
立式水轮发电机可分为悬式和伞式两种。悬式是指承受轴 向力的推力轴承装在转子上边的上机架上，整个转子是处 于一种悬吊的状态转动。伞式则是把推力轴承装在转子下 边的机架上，整个转子处于一种被托架的状态转动，如图 9-7所示。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
图9-7 立式水轮发电机的示意图 a）悬式 b）伞式
气隙旋转磁通势 Fm
同步电动机中的感应电动势
Fm
Ffm
电枢三相 绕组中感应
E0
Fm
电枢三相 绕组中感应
E1
Ffm 在空间上
超前于Fm 角
E0 在时间上超前于 E1 角
Fam
V2
Ffm U1 N W2
W1
S
V1
U2
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
三相同步电机的可逆运行
N n1 n1
S
电动机状态
或
E0 = －j4.44 kw1 N1f1 Φ0
电枢相电压： U0P = E0
电枢线电压（Y 形联结）： U0L =√3 E0
E0 的频率：
pn f1 = 60ห้องสมุดไป่ตู้
如果： f1 = 50Hz，则： pn = 3 000
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
三相同步发电机负载运行时
电枢旋转磁通势 Fam 转子旋转磁通势 Ffm
2、按结构型式分类。同步电机可分为旋转电枢式和 旋转磁极式两种。前者在某些小容量同步电机中得到 应用，后者应用比较广泛，并成为同步电机基本结构 型式。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
3、旋转磁极式同步电机按磁极形状，又可分为隐极式和 凸极式两种类型。如图9-3所示。隐极式气隙是均匀的， 转子做成圆柱形。凸极式气隙是不均匀的，极弧下气隙较 小，极间部分气隙较大。
图9-9 磁极铁心
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.3同步电机的额定值及励磁方式
9.3.1同步电机的额定值
1、额定容量SN或额定功率PN（单位为kVA）或额定功 率（单位为kW）。指电机输出功率的保证值。对同步 发电机指输出额定视在容量或有功功率表示。对同步 电动机额定容量一般用额定功率表示。同步调相机则 用额定容量或额定无功功率表示。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
电机与拖动基础 教材 刘学军
第 9 章 同步电机及同步电动机的电
力拖动
9.1 三相同步电机的工作原理及分类 9.2 三相同步电机的基本结构
9.3 三相同步电动机的励磁方式及额定值 9.4 三相同步发电动机
9.5 三相同步电动机
9.6 三相同步电动机的电力拖动 返回主页
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.1 三相同步电机的工作原理及分类
9.1.1三相同步电动机 的工作原理
定子 旋转磁场。 转子 直流磁极。 转子转速
n = n1 =
60 f1 p
同步
定子
U1
V2
N
+ If
Uf
－
W1
S
U2
转子
W2
V1
励磁 绕组
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
同步电动机中的磁通势
定子 —— 电枢。
电枢旋转磁通势 Fam 转子旋转磁通势 F0m
气隙旋转磁通势 F m
电枢反应 —— Fam 对 Fm 的影响。
Fm
N n1 n1
N n1 S n1
F0m U1
Fam
功
S
角
电动机状态
N S 理想空载状态
V2
N
W2
W1
S
V1
U2
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
同步电动机中的感应电动势
Ffm
电枢三相 绕组中感应
E0
Ffm 在空间上
Fm
电枢三相 绕组中感应
E1
滞后于Fm
角
Fm
E0 在时间上滞后于 E1 角
F0m U1
Fam
－E0 在时间上滞后于－ E1 角 V2
N
W2
W1
S
V1
U2
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.1.2、三相同步发电机工作原理
励磁机→Ffm 原动机
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动 凸极同步电机的转子主要由磁极铁心、铁轭、励磁绕组、转子支架和
转轴等组成。 磁极铁心由11.5mm厚的钢板冲片用铆钉装成一体，也有采用整体锻钢
或铸钢件制成的实心磁极。磁极上套装有励磁绕组。励磁绕组一般采用扁 铜线绕成，各励磁绕组串联后接到集电环上。
磁极的极靴上一般还装有阻尼绕组。阻尼绕组是由插入极靴阻尼槽内 的裸铜条和端部铜环焊接而成，如图9-9所示。
2、额定电压UN（单位为V）。电机在额定运行时的线 电压。
3、额定电流IN（单位为A）。电机在额定运行时的定 子线电流。
4、额定频率fN。我国标准工频频率为50Hz。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
5、额定转速（单位为r/min）。
6、额定功率因数 cosN 。
7、额定励磁电压U1N和额定励磁电流IfN。
旋转的 Ff m和Φ0
电枢三相 绕组中感应
E0
N n1 n1
S
发电机运行
N n1 S n1
N S 理想空载状态
Fm
Fam
V2
F0m
U1
N
W2
W1
S
V1
U2
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
三相同步发电机空载运行时
电枢（定子）： I1 (Fam ) = 0 转子每极磁通： Φ0 空载电动势： E0 = 4.44 kw1 N1f1 Φ0
工作时施加直流励磁。
(3)阻尼绕组和转轴等。
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
图9-4定子铁心
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
图9-5 隐极转子铁心 a）辐射式 b）平行式
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.2.2 凸极同步电机的基本结构
凸极同步电机分为卧式和立式结构两大类。除低速大容量 的水轮发电机和大型水泵用的同步电动机采用立式结构， 绝大多数的凸极同步电动机都采用卧式结构。
N n1 S n1
N S 理想空载状态
N n1 n1
S
发电机运行
图9-2 三相同步电动机的运行状态
第9章同步电机及同步电动机的电力拖动
9.1.3同步电机的基本类型
同步电机可以按运行方式、结构型式和原动机 的类型进行分类。
1、按运行方式分类。同步电机可分为发电机、电动 机和调相机三类。发电机把机械能转换为电能，电动 机把电能转换为机械能；调相机是专门用来调节电网 的无功功率的，改善电网的功率因数。