第四章同步电机

直 轴 去 磁 （ 超 前 ）
第四章同步电机
一般情况
感性滞后 的电流
三、外特性和调节特性
外特性：同步发电机外特性与变压器相似，但电压
变化率计算式P.49.式(4-2-5)与P.17.式(2-3-3) 不同。 注意：P.50思考题(4-2-4) 。
思考题(4-2-4)：同步发电机的电压 变化率的大小、正负与发电机所带 的负载的大小和性质有关。因为负 载大小影响了电枢反应作用的大小，
空载特性实验
空载特性实验：
按如图所示接线，起动原动机拖动同步发电机转
子旋转，将励磁回路电阻Rf调至最大，合上励磁回路 电源开关。观察电流表A和电压表V的数值并记录。
方法：
注意：只能单方向调节电阻。
逐步将Rf调小， 使电流逐步增大，
记录数据。然后逐
步将Rf调大再记录 数据。
第四章同步电机
二、电枢反应
磁势矩形波
第四章同步电机
三相 绕组 的三 次谐 波刚 好同 相位
△连接时，虽然无3次谐 波电势输出，但是，却 在其三相绕组上有3次谐 波 “环流”，会造成额外 损耗。∴采用Y连接。
转子结构
转子：有凸极式和隐极式两种。转子绕组是直流绕组。
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
本章的计算任务主要是： 利用同步发电机的功率平衡方程和有关特性进行电量（电势、电
压、电流、功率）计算；并联运行时有功功率和无功功率的计算。 比较难理解的点：
1.同步发电机的电枢反应；2.同步发电机的突然短路分析。
第四章同步电机
§4—1.同步电机的结构
本节的主要内容有两部分 基本结构：
主要点：类型与转子的结构 （同步电机的定子结构与异步机 相似）。
调节特性曲线
电枢反应去磁，则励磁电流应增加，反之则减小。
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[第二节要点]：空载特性实质；电枢反应3种；外特性 与Δu；调节特性。
第四章同步电机
§4—3.同步发电机的电压、 转矩和功率的平衡
第四章 同步电机
§4—1．同步电机的结构 §4—2．同步发电机的基本特性 §4—3．同步发电机的电压、转矩和功率的平衡 §4—4．同步发电机的并联运行 §4—5．同步发电机的短路与振荡 §4—6．同步电动机
第四章同步电机
学习第四章应该注意的点
第四章学习应注意的几个问题： 1.同步发电机负载后电枢磁场对气隙磁场有何影响(电枢反应)？ 2.同步发电机空载特性的实质是什么？ 3.影响同步发电机的外特性的因素是什么？ 4.同步发电机的平衡方程式有那些？ 5.同步发电机并联运行时有什么特点？
第四章同步电机
三、同步发电机的基本数据
铭牌数据：
主要铭牌数据有： 额定容量、额定电压、额定频率、额 定功率因数、定子绕组连接、绝缘等级、冷却方式等。
注意： 额定容量、额定电压、额定功率因数和额定电流 可能只标出三个（∵第四个参数可以求出）。
工作原理简介：
外部直流电源通过滑环向转子提供 直流励磁电流，并产生磁场；原动机拖 动转子旋转，转子磁极磁场切割三相定 子绕组，感应三相交流电。
定义：负载时由三相电枢绕组产生的旋转磁场称为电枢
反应磁场。电枢反应磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。 电枢电流影响电枢反应的性质：电枢电流与空载电势的
关系有：同相位、滞后和超前三种。与之对应的电枢反应的 性质有：交轴、直轴去磁和直轴增磁三种。
交 轴 反 应 （ 同 相 位 ）
直 轴 去 磁 （ 滞 后 ）
负载性质决定了电枢反应的去磁、增磁性质。若电枢反应去磁， 电压变化率为正；若电枢反应增磁，则电压变化率为负。此时， 外特性为上翘的特性。电枢反应越强，电压变化率的值就越大 （反之亦然）。
第四章同步电机
调节特性
特性：为了保持电压 不变，在功率因数一定时， 励磁电流应随电枢电流进 行变化调节的曲线。
不同的功率因数，电 枢反应大小不一样，性质 可能也可能不同。
铭牌数据：
主要点：额定容量表示（两 种），额定电压和额定电流。
第四章同步电机
一、同步电机结构
定子结构：
结构：由铁心和绕组组成，与异步电机定子基本 相同。—— 相同机座号时，若与异步机互换定子，则 仍然可以运行。
区别：主要是尺寸方面，同步电机通常容量较大， 而异步机的容量相对较小。因此，从表面上看同步机 机壳无散热片，异步机则有
第四章同步电机
两对极凸极式
二、同步发电机的基本类型
类型与励磁方式
类型：同步发电机有转枢式和转极式两种。同步发 电机主要采用转极式，∵磁极在转子时，通过滑环引 导的电流较小。 自励：凡以发电机本身的电枢绕组或辅助绕组为励 磁电源的励磁方式称为自励。 他励：凡设有专用励磁电源的称为他励。即，采用 励磁机进行励磁的就是他励。无刷同步发电机是他励 的一种形式。
[第一节要点]：结构、原理、类型、额定参数。
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§4—2.同步发电机的基本特性
本节的主要内容有三大部分：
空载特性：
主要点：掌握空载特性的实质，分析工作过程知道空载 电势的计算式。
电枢反应：
主要点：分析负载后，负载大小和性质不同时，电枢磁 场对气隙磁场的影响。
外特性和调节特性：
主要点：知道特性的形状和随负载的变化情况。
第四章同步电机
说明
无刷同步发电机是将这两种形 式的两台电机同时安装在同一根轴 上，是两台电机的组合。
船上不采用直流励磁机进行励 磁。无刷励磁也是靠剩磁起压的。
P.46的图4-1-4就是 P.199的图12-2-2。
无刷同步发 电机实际上是两 台机同轴工作。
定子：1和2，转子：3和4；主发电机：2和4，励磁发电机：1和3。
第四章同步电机
一、空载特性
电势计算式：
由工作过程分析知道同
步发电机空载电势E0：—— 书P.47 式（4-2-2）
E0 = 4.44kfNΦ0 空载特 性：
保持额定转速不变，空 载电势E0与空载励磁电流I f
∵ E0∝Φ0∝B ，If∝H； ∴空载特性的实质就是
的关系曲线。
磁化曲线。
第四章同步电机
接线：发电机定子绕组通常采用Y 形连接，减小 三次谐波影响。
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谐波内容 不做要求
三次谐波解释
三次谐波：由于三 相绕组的每个线圈边产 生的磁势为矩形波，可 分解成基波和一系列奇 次谐波。通过合理选择 短距绕组,可削弱5、7 次谐波。
三相绕组的3次谐 波刚好同相位，可以通 过Y形和△连接削弱。