电机学-同步电机的基本知识和结构
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
同步电机的基本知识和结构
本章重点内容：
1. 掌握同步电机的基本工作原理。 2．掌握同步电机的转子转速与电动势频率的关系。 3．了解同步电机的基本结构。 4．了解同步电机的额定值。
同步电机的基本知识和结构
§7-1 概述
Ø什么是同步电机
同步电机：是一种旋转的交流电机，它的转子转速n与电动势频率f之间保持 严格不变的关系。
作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。
特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。
定子 作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。
机座 固定定子铁心。
Ø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
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
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
2．他励式静止半导体励磁系统
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
3．旋转半导体励磁系统
同步电机的基本知识和结构
如果同步电机作为电动机运行，则必Βιβλιοθήκη Baidu在定子三相绕组上加上三
相交流电压，三相交流电流流过定子绕组，会在电机里产生旋转
磁场，当励磁绕组加上直流励磁电流时，转子好象是一个磁铁，
于是旋转磁场带动这个磁铁，按旋转磁场的转向和转速旋转，从
而实现把电能转换成机械能的目的。这时转子的转速 n 为
Ø“同步”的概念
n 60 f (r / min) p
二、自励式励磁系统 3．相复励励磁系统
相复励励磁系统的全称是相 位补偿复励式励磁系统，它 具有自励恒压特性。所谓恒 压特性，就是这种励磁系统 能自动调节发电机的励磁， 使得在任何负载下端电压都 能稳定在一定范围内
1－发电机 2－线性电抗器 3－电流互感器 4－桥式整流器 5－整定电阻 6－起
同步电机的基本知识和结构
Y
从而在气隙中产生一旋转的磁场，该磁
C
场切割定子上的电枢导体，电枢绕组便
感应出交流电动势。设气隙磁密按正弦 分布，则在定子三相绕组里感应出正弦 A
变化的三相电动势，交流电动势的频率
取决于电机的极对数 p 和转子转速 n， Z 若电机为一对极，当转子旋转一周时，
.N
S
X
n1
B
导体中感应电动势变化一个周波。
势每分钟变化 pn 个周波，每秒钟变化 pn/60 个周波，这就是电
动势的频率。
f pn (Hz) 60
注：我国电力系统，规定交流电的频率为50Hz，因此极对数和
转速有如下固定关系
n 60 50 3000 (r / min)
p
p
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
Ø同步电动机
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
§7-2 同步电机的基本工作原理
Ø同步发电机
考察电枢导体 A 的感应电动势。e = B l v ，右手定则。导体相
对于磁场的运动方向。
Y
C
Y
C
. . A
N
S
X
n1
Z
B
A Z
S
.
X
N
n1
B
e = E max
电枢导体 A 处径向磁密等于0 e=0
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
同步电机无论作为发电机还是电动机运行，当极数一定时，它
的转速 n 和频率 f 之间保持严格不变的关系，用电机专业术语 说，叫做“同步”，所以这种电机叫同步电机 。
同步电机的基本知识和结构
§7-3 同步电机的基本结构
Ø汽轮发电机
特点：转速高，转轴细长，由高机械强度和导磁性能较好的合金钢锻
转子
成，并且和转轴作成一个整体，为隐极式转子。
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
Ø同步发电机 基本构成：定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。
Y
C
Y
C
A
.N
S
XA
n1
Z
B
Z
横截面图 凸极式
N
S
.n1
隐极式
X B
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
Ø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，
§7-4 同步电机的励磁方式
二、自励式励磁系统 1．自并励半导体励磁系统
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
二、自励式励磁系统 1．自并励半导体励磁系统
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
二、自励式励磁系统 2．自复励半导体励磁系统
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
Ø同步发电机
Y
C
.
A
S
N
X
n1
Z
B
e = － E max
Y A
Z
.
C N
X
S
n1
B
电枢导体 A 处径向磁密等于0 e=0
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
Ø同步发电机
若为 p 对极，当转子旋转一周时，导体感应电动势变化 p 个周
波。设转子每分钟旋转 n 转，则对 p对极电机，导体感应电动
§7-4 同步电机的励磁方式
二、自励式励磁系统 4．三次谐波励磁系统
在电机定子上加装一套独立的三次谐波绕组，其线圈节距
对同步发电机，发出的电动势频率f满足
f pn (Hz) 60
对同步电动机，转子转速满足 n 60 f (r / min) p
同步电机的基本知识和结构
§7-1 概述
Ø同步电机的运行方式
汽轮发电机－原动机为汽轮机 作为发电机运行－把机械能转换成电能 水轮发电机－原动机为水轮机 其它原动机带动的发电机－柴油发电机，风力 作为电动机运行－把电能转换成机械能 作为调相机运行－向电网发送无功功率
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。
本章重点内容：
1. 掌握同步电机的基本工作原理。 2．掌握同步电机的转子转速与电动势频率的关系。 3．了解同步电机的基本结构。 4．了解同步电机的额定值。
同步电机的基本知识和结构
§7-1 概述
Ø什么是同步电机
同步电机：是一种旋转的交流电机，它的转子转速n与电动势频率f之间保持 严格不变的关系。
作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。
特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。
定子 作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。
机座 固定定子铁心。
Ø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
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
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
2．他励式静止半导体励磁系统
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
3．旋转半导体励磁系统
同步电机的基本知识和结构
如果同步电机作为电动机运行，则必Βιβλιοθήκη Baidu在定子三相绕组上加上三
相交流电压，三相交流电流流过定子绕组，会在电机里产生旋转
磁场，当励磁绕组加上直流励磁电流时，转子好象是一个磁铁，
于是旋转磁场带动这个磁铁，按旋转磁场的转向和转速旋转，从
而实现把电能转换成机械能的目的。这时转子的转速 n 为
Ø“同步”的概念
n 60 f (r / min) p
二、自励式励磁系统 3．相复励励磁系统
相复励励磁系统的全称是相 位补偿复励式励磁系统，它 具有自励恒压特性。所谓恒 压特性，就是这种励磁系统 能自动调节发电机的励磁， 使得在任何负载下端电压都 能稳定在一定范围内
1－发电机 2－线性电抗器 3－电流互感器 4－桥式整流器 5－整定电阻 6－起
同步电机的基本知识和结构
Y
从而在气隙中产生一旋转的磁场，该磁
C
场切割定子上的电枢导体，电枢绕组便
感应出交流电动势。设气隙磁密按正弦 分布，则在定子三相绕组里感应出正弦 A
变化的三相电动势，交流电动势的频率
取决于电机的极对数 p 和转子转速 n， Z 若电机为一对极，当转子旋转一周时，
.N
S
X
n1
B
导体中感应电动势变化一个周波。
势每分钟变化 pn 个周波，每秒钟变化 pn/60 个周波，这就是电
动势的频率。
f pn (Hz) 60
注：我国电力系统，规定交流电的频率为50Hz，因此极对数和
转速有如下固定关系
n 60 50 3000 (r / min)
p
p
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
Ø同步电动机
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
§7-2 同步电机的基本工作原理
Ø同步发电机
考察电枢导体 A 的感应电动势。e = B l v ，右手定则。导体相
对于磁场的运动方向。
Y
C
Y
C
. . A
N
S
X
n1
Z
B
A Z
S
.
X
N
n1
B
e = E max
电枢导体 A 处径向磁密等于0 e=0
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
同步电机无论作为发电机还是电动机运行，当极数一定时，它
的转速 n 和频率 f 之间保持严格不变的关系，用电机专业术语 说，叫做“同步”，所以这种电机叫同步电机 。
同步电机的基本知识和结构
§7-3 同步电机的基本结构
Ø汽轮发电机
特点：转速高，转轴细长，由高机械强度和导磁性能较好的合金钢锻
转子
成，并且和转轴作成一个整体，为隐极式转子。
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
Ø同步发电机 基本构成：定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。
Y
C
Y
C
A
.N
S
XA
n1
Z
B
Z
横截面图 凸极式
N
S
.n1
隐极式
X B
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
Ø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，
§7-4 同步电机的励磁方式
二、自励式励磁系统 1．自并励半导体励磁系统
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
二、自励式励磁系统 1．自并励半导体励磁系统
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
二、自励式励磁系统 2．自复励半导体励磁系统
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
Ø同步发电机
Y
C
.
A
S
N
X
n1
Z
B
e = － E max
Y A
Z
.
C N
X
S
n1
B
电枢导体 A 处径向磁密等于0 e=0
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
Ø同步发电机
若为 p 对极，当转子旋转一周时，导体感应电动势变化 p 个周
波。设转子每分钟旋转 n 转，则对 p对极电机，导体感应电动
§7-4 同步电机的励磁方式
二、自励式励磁系统 4．三次谐波励磁系统
在电机定子上加装一套独立的三次谐波绕组，其线圈节距
对同步发电机，发出的电动势频率f满足
f pn (Hz) 60
对同步电动机，转子转速满足 n 60 f (r / min) p
同步电机的基本知识和结构
§7-1 概述
Ø同步电机的运行方式
汽轮发电机－原动机为汽轮机 作为发电机运行－把机械能转换成电能 水轮发电机－原动机为水轮机 其它原动机带动的发电机－柴油发电机，风力 作为电动机运行－把电能转换成机械能 作为调相机运行－向电网发送无功功率
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。