《同步电机》PPT课件
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E0
3、 E0 = f(Ff)：改变If，可改变0 及E0，由此得空载特性曲线如图66。 空载特性与电机磁路的磁化曲线 具有类似的变化规律。
☆励磁电流较小时，由于磁通 较小，电机磁路没有饱和，空载特 性呈直线（将其延长后的射线称气 隙线）。
精选ppt 图6-6 空载特性曲线 9
随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，磁化曲线开始进入饱和段。为合理 利用材料，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处，如图中的c点。
转子铁心：由厚度为1～3mm的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压 紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽 内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用 来抑制短路电流和减弱
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Biblioteka Baidu
电机振荡，在电动机中 作为起动绕组用。
励磁绕组：励磁线圈中 通过直流励磁电流后， 每个磁极就出现一定的 极性，相邻磁极交替为 N 极和 S 极。
异步电机----nns
一、同步电机分类：
同步电机
旋转电枢式：电枢旋转，主极固定，因电枢功率 不易由滑动部分送出，只适于较小容量发电机， 实用少。
旋转磁极式：磁极旋转，电枢固定，电枢功率由 静止部分送出，可传送较大功率，实用广，是同 步发电机的基本结构型式。
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2
隐极式转子：不计齿槽时气隙均匀；机械强度高，适用于高转 速；一般用于汽轮发电机；外形细长。
图6-4 凸极式转子
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同步电机的运行原理
一、同步发电机工作原理
参考同步电机结构模型图6-5
1、定子上：三相绕组，空间互 差1200电角度，匝数相等
转子上：If,由转子N极出 来气隙定子铁心气隙转 子S极
原动机n逆时针恒速旋转定子 上导体切割磁力线产生e
图6-5
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6.2 同步发电机的空载运行
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10
5、饱和系数： 饱和电机中E0一定时，气隙线
上的横坐标为气隙磁动势空载特性上的横坐标
为为励磁磁动势
饱和系数k=励磁磁动势/气隙磁动势=ac/ab= E0/UN
三、空载运行时空矢量图（见图6-7）
1、凸极机中： d轴-----直轴，转子磁极轴线
q轴-----交轴，N、S之间的中心线，与d轴垂直。
图6-1 隐极式转子
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3
2、隐极式转子特点：在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高， 最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离 心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。考虑到转子冷却和 强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。 转子长度/直 径=2.5~6.5，且容量愈大比值愈大。
2、漏磁通1 ：除0外的所有谐波成分，及励磁磁场中仅与转子励磁绕组 交链而不与定子交链的磁通。1不参与电机的机电能量转换。
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二、空载特性E0 = f(If)或E0 = f(Ff) ： 1、空载运行时, 励磁电势随励磁电流变化的关系 称为同步发电机的空载特性。 2、转子同步速为n1，三相基波电势有效值为E0=4.44fNkN10
3、汽轮发电机 （如图6-2）
主要结构部件有：定子、转 子、端盖和轴承。
定子
定子大体上与异步电机相同， 定子铁心由0.35mm,0.5mm或 其它厚度的电工钢片叠成。
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图6-2 汽轮发电机
三、凸极同步电机（卧式、立式支撑）
1支撑：卧式、立式支撑。立式水轮发电机据推力轴承的不同安放位置又分： 悬式（推力轴承在转子上部）、伞式。
☆空载特性可以通过计算或试验得到。试验测定的方法与直流发电机 类似。同步电机的空载特性也常用标么值表示，空载电势以额定电压为基 值，此时的励磁电流 (称为额定励磁电流)为励磁电流的基值。用标么值表 示的空载特性具有典型性，不论电机容量的大小，电压的高低，其空载特 性彼此非常接近。
4、空载特性在同步发电机理论中有着重要作用：① 根据设计好的电机的 空载特性，可判断该电机的磁路是否过于饱和或者材料是否充分利用。② 空载特性结合短路特性(在后面介绍 )可以求取同步电机的参数。③发电厂 通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。
空载运行：原动机带动发电机在同步转速下运行,励磁（转子）绕组通过适 当的励磁电流,电枢（定子）绕组不带任何负载（开路）时的运行情况，称 为空载运行。
空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势Ff（励 磁磁势）单独建立，称励磁磁场。
一、空载气隙磁场
1、主磁通：既与转子交链，又经气隙与定子交链的磁通。为一以同步转 速旋转的旋转磁场，磁密波形沿气隙圆周近似作正弦分布，其基波分量的 每极磁通用0表示， 0参与电机的机电能量转换。
2、时空矢量图（取定子绕组的时间参考轴即时轴与相轴重合）
Ff中的基波分量Ff1 (空间矢量）与由它产生的Bf1 (空间矢量）
2、水轮发电机的特点是：极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上 与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。
3、定子：水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了 散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。
4、转子：水轮发电机由于水轮机的转速较低，要发出工频电能，发电机 的极数就比较多，做成凸极式转子结构工艺上较为简单。凸极式转子上 有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，如图6-4所示。
旋转磁极式 凸极式转子：气隙不均匀，极弧下较小，极间较大；机械强度
比隐极机低，适用于低转速；一般用于水轮发电机，外形扁盘 形。
二、隐极同步电机 （只有卧式支撑）
1、隐极式转子结构： 隐极式转子上 没有凸出的磁极，如图6-1所示。沿 着转子本体圆周表面上，开有许多 槽，槽中嵌放励磁绕组。在转子表 面约1/3部分没有开槽，构成所谓大 齿，是磁极的中心区。励磁绕组通 入励磁电流后，沿转子圆周也会出 现 N 极和 S 极。
第 6 章 同步电机
§6.1 同步电机的基本工作原理与结构 §6.2 同步发电机的空载运行 §6.3 同步发电机的电枢反应 §6.4 同步发电机的负载运行 §6.5 同步发电机的并联运行 §6.6 同步发电机和同步调相机
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1
§6.1同步电机的基本工作原理与结构
交流电机分：同步电机----n=ns(ns为同步转速）
3、 E0 = f(Ff)：改变If，可改变0 及E0，由此得空载特性曲线如图66。 空载特性与电机磁路的磁化曲线 具有类似的变化规律。
☆励磁电流较小时，由于磁通 较小，电机磁路没有饱和，空载特 性呈直线（将其延长后的射线称气 隙线）。
精选ppt 图6-6 空载特性曲线 9
随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，磁化曲线开始进入饱和段。为合理 利用材料，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处，如图中的c点。
转子铁心：由厚度为1～3mm的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压 紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽 内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用 来抑制短路电流和减弱
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电机振荡，在电动机中 作为起动绕组用。
励磁绕组：励磁线圈中 通过直流励磁电流后， 每个磁极就出现一定的 极性，相邻磁极交替为 N 极和 S 极。
异步电机----nns
一、同步电机分类：
同步电机
旋转电枢式：电枢旋转，主极固定，因电枢功率 不易由滑动部分送出，只适于较小容量发电机， 实用少。
旋转磁极式：磁极旋转，电枢固定，电枢功率由 静止部分送出，可传送较大功率，实用广，是同 步发电机的基本结构型式。
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隐极式转子：不计齿槽时气隙均匀；机械强度高，适用于高转 速；一般用于汽轮发电机；外形细长。
图6-4 凸极式转子
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同步电机的运行原理
一、同步发电机工作原理
参考同步电机结构模型图6-5
1、定子上：三相绕组，空间互 差1200电角度，匝数相等
转子上：If,由转子N极出 来气隙定子铁心气隙转 子S极
原动机n逆时针恒速旋转定子 上导体切割磁力线产生e
图6-5
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6.2 同步发电机的空载运行
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5、饱和系数： 饱和电机中E0一定时，气隙线
上的横坐标为气隙磁动势空载特性上的横坐标
为为励磁磁动势
饱和系数k=励磁磁动势/气隙磁动势=ac/ab= E0/UN
三、空载运行时空矢量图（见图6-7）
1、凸极机中： d轴-----直轴，转子磁极轴线
q轴-----交轴，N、S之间的中心线，与d轴垂直。
图6-1 隐极式转子
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2、隐极式转子特点：在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高， 最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离 心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。考虑到转子冷却和 强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。 转子长度/直 径=2.5~6.5，且容量愈大比值愈大。
2、漏磁通1 ：除0外的所有谐波成分，及励磁磁场中仅与转子励磁绕组 交链而不与定子交链的磁通。1不参与电机的机电能量转换。
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二、空载特性E0 = f(If)或E0 = f(Ff) ： 1、空载运行时, 励磁电势随励磁电流变化的关系 称为同步发电机的空载特性。 2、转子同步速为n1，三相基波电势有效值为E0=4.44fNkN10
3、汽轮发电机 （如图6-2）
主要结构部件有：定子、转 子、端盖和轴承。
定子
定子大体上与异步电机相同， 定子铁心由0.35mm,0.5mm或 其它厚度的电工钢片叠成。
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图6-2 汽轮发电机
三、凸极同步电机（卧式、立式支撑）
1支撑：卧式、立式支撑。立式水轮发电机据推力轴承的不同安放位置又分： 悬式（推力轴承在转子上部）、伞式。
☆空载特性可以通过计算或试验得到。试验测定的方法与直流发电机 类似。同步电机的空载特性也常用标么值表示，空载电势以额定电压为基 值，此时的励磁电流 (称为额定励磁电流)为励磁电流的基值。用标么值表 示的空载特性具有典型性，不论电机容量的大小，电压的高低，其空载特 性彼此非常接近。
4、空载特性在同步发电机理论中有着重要作用：① 根据设计好的电机的 空载特性，可判断该电机的磁路是否过于饱和或者材料是否充分利用。② 空载特性结合短路特性(在后面介绍 )可以求取同步电机的参数。③发电厂 通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。
空载运行：原动机带动发电机在同步转速下运行,励磁（转子）绕组通过适 当的励磁电流,电枢（定子）绕组不带任何负载（开路）时的运行情况，称 为空载运行。
空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势Ff（励 磁磁势）单独建立，称励磁磁场。
一、空载气隙磁场
1、主磁通：既与转子交链，又经气隙与定子交链的磁通。为一以同步转 速旋转的旋转磁场，磁密波形沿气隙圆周近似作正弦分布，其基波分量的 每极磁通用0表示， 0参与电机的机电能量转换。
2、时空矢量图（取定子绕组的时间参考轴即时轴与相轴重合）
Ff中的基波分量Ff1 (空间矢量）与由它产生的Bf1 (空间矢量）
2、水轮发电机的特点是：极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上 与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。
3、定子：水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了 散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。
4、转子：水轮发电机由于水轮机的转速较低，要发出工频电能，发电机 的极数就比较多，做成凸极式转子结构工艺上较为简单。凸极式转子上 有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，如图6-4所示。
旋转磁极式 凸极式转子：气隙不均匀，极弧下较小，极间较大；机械强度
比隐极机低，适用于低转速；一般用于水轮发电机，外形扁盘 形。
二、隐极同步电机 （只有卧式支撑）
1、隐极式转子结构： 隐极式转子上 没有凸出的磁极，如图6-1所示。沿 着转子本体圆周表面上，开有许多 槽，槽中嵌放励磁绕组。在转子表 面约1/3部分没有开槽，构成所谓大 齿，是磁极的中心区。励磁绕组通 入励磁电流后，沿转子圆周也会出 现 N 极和 S 极。
第 6 章 同步电机
§6.1 同步电机的基本工作原理与结构 §6.2 同步发电机的空载运行 §6.3 同步发电机的电枢反应 §6.4 同步发电机的负载运行 §6.5 同步发电机的并联运行 §6.6 同步发电机和同步调相机
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§6.1同步电机的基本工作原理与结构
交流电机分：同步电机----n=ns(ns为同步转速）