第九章 同步电动机
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磁通叫励磁磁通，用 0 表示，显然 0 经过的磁 路是依纵轴对称的磁通，并且0 随着转子一起旋 转。
9.14
第9章 同步电动机
四、凸极同步电动机的双反应原理
从图9.5（a）中看出，电枢磁通势 Fa与转子
之间无相对运动。它分成两个分量：一个纵轴电
枢电磁枢通磁势 通势FaFd，aq作，用作在用纵在轴横方轴向方பைடு நூலகம்向一，个即分Fa量叫Fa横d 轴 Faq
当然，负载若超过同步异性吸力(电磁转矩)时，转子就 无法正常运转。
9.9
第9章 同步电动机
总结：
1.三相定子绕组加入三相对称 交流电→旋转磁场
dN
2.转子励磁绕组（永久 →励磁磁场（永久磁场）
磁
铁
）
n1
3.定子磁场拉着转子磁场旋 n1
S
转→同步电动机
q
工作原理是：定子通以交流电， 转子通以直流电，构成双极磁
第9章 同步电动机
第9章 同步电动机
返回总目录
9.1
•概述
第9章 同步电动机
本章内容
•同步电动机的电磁关系
•同步电动机的功率关系与矩角特性
•同步电动机功率因数的调节
•同步电动机的启动
9.2
第9章 同步电动机
9.1 概述
三相交流电机中的转子转速与定子电流的频率 满足n=60f/p的关系，这种电机就称为同步电机。
同步电机的负载改变时，只要电源频率不变， 转速就不变。
同步电机主要用作发电机，也可用作电动机。
优点：同步电动机功率因数较高，运行时可 改善电网的功率因数；对大功率低转速的电动机， 其体积小。
9.3
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机电磁关系
同步电动机也是交流电机。同步电机可以作 发电动机用，世界上各发电厂和发电站所发的三 相交流电能，都是三相同步发电机发出的；也可 以作电动机用。
9.15
第9章 同步电动机
分别考虑纵轴电枢磁势Fad ，横轴电枢磁势 Faq 单独在主磁路里 产 电生 枢的 磁纵 势轴Fa电的枢作磁用通。而ad 和Fa横d 永轴远电作枢用磁在通纵轴aq方，向其，结F果aq就永等远于作考用虑在了
横轴方向，尽管凸极气隙不均匀，但对纵轴或横轴来说，都分别为对
称磁路。这种处理问题方法，称为双反应原理。另外，还有定子绕组
由于同步电机在工作中是可逆的，多 用于同步发电机发电场合，所以在此我们 只介绍同步电动机的基本工作原理。
9.8
第9章 同步电动机
1. 三相同步电动机的基本工作原理 三相交流电源加在三相同步电动机定子绕组时，产生速
度为n的旋转磁场。转子励磁绕组通电时建立固定磁场。假 如转子以某种方法起动，并使转速接近n1，这时转子磁场极 性与定子旋转磁场极性之间异性对齐(定子S极与转子N极对 齐)。根据磁极异性相吸原理，定转子磁场间就产生电磁转 矩，促使转子跟旋转磁场一起同步转动即n=n1，故称为同步 电动机。同步电机实际运行时，因空载总有阻力，因此转子 的磁极轴线总要滞后旋转磁场轴线一个很小角度θ，促使产 生一个异性吸力(电磁场转矩)；负载时，θ角增大，电磁场转 矩随之增大。电机仍保持同步状态。
9.11
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机的电磁关系
三、同步电动机的磁通势 当同步电机中的定子三相对称绕组接到三相对
称电源上时，就会产生三相合成旋转磁通势，简称 电枢磁通势，用空间矢量 Fa 表示。设电枢磁通势 Fa 的转向为逆时针方向，转速为同步转速。刚启动时 转子以逆时针同步转速旋转，转子励磁绕组通入直 流 间 针励矢方磁量向电 旋F0流 转表。If示，。它产F0生相的对磁于通定势子为也励以磁同磁步通转势速，逆用时空
处于过励状态时，还可以改善电网的功率因数
9.5
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机电磁关系
结构：同步电动机有旋转电枢式和旋转磁极式两种。旋转 电枢式应用在小容量电动机中，而旋转磁极式用于大容量 电动机中。
(a) 隐极式
(b) 凸极式
三相旋转磁极式同步电动机结构示意图 9.6
1—定子 2—转子 3—集电环
三相同步电动机主要用于功率较大、转速不 要求调节的生产机械，例如拖动大型水泵、空气 压缩机和矿井通风机等。
9.4
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机电磁关系
一、同步电动机的特点
同步电动机就是转子的转速始终与定子旋 转磁场的转速相同的交流电动机。
n=n1=60f1/p 上式表明，当定子电流频率f1不变时，同步 电动机的转速为常数，与负载大小无关(在不超 过其最大拖动能力时) 。 另外，同步电动机的功率因数可以调节，当
N
极。转子磁极在旋转的定子磁
极的磁拉力的拖动下转动且达
到同步转速。
S
9.10
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机的电磁关系
2. 同步电动机的电磁关系 以隐极式同步电动机为例，给出的同步电动
机定子绕组各电量正方向，可列出U相回路的电 压平衡方程式(忽略定子绕组电阻)。
同步电动机中，同时环链着定F子a 、转子绕组 的磁通是主磁通，主磁通一定通过气隙，其路径 为主磁路；只环链定子绕组不环链转子绕组的磁 通为定子漏磁通，漏磁通感应产生的电动势可以 用电流在电抗上的压降来表示。
9.12
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机的电磁关系
三、同步电动机的磁通势
作用在同步电动机的主磁路上一共
有磁两磁个通磁势通F势0 ，，两即者电都枢以磁同通步势转F速a 逆和时励
针方向旋转，即所谓同步旋转。
9.13
第9章 同步电动机
图如中图9励.4磁所磁示通。势若把F0由作励用磁在磁纵通轴势方向F0，单产独生产的生磁的通
第9章 同步电动机
定子
定子
N n1
S
凸极转子 S
N n1
隐极转 子
N 集流环
S 集流环
凸极式
隐极式
9.7
双边励磁的同步电动机两种结构
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机电磁关系 从图中看出，同步电动机的主要结构由 定子和转子组成。定子部分与三相异步电 动机完全一样，是同步电动机的电枢。同 步电动机转子上装有磁极，分为凸极式和 隐极式两种。当励磁绕组通入电流If时，转 子上产生N、S极。
漏磁路里产生的漏通。
电枢磁通势 Fa 的大小为
34
Fa 2
2 Nkdp I 2p
纵轴电枢磁通势
Fad
34
2
2 2
Nkdp p
Id
横轴电枢磁通势
Faq
3 2
4
2 2
Nkdp p
Iq
Fa Fad Faq
电枢电流 I Id Iq
其中 Id 产生磁通势 Fad， Iq 产生磁通势 Faq 。
9.14
第9章 同步电动机
四、凸极同步电动机的双反应原理
从图9.5（a）中看出，电枢磁通势 Fa与转子
之间无相对运动。它分成两个分量：一个纵轴电
枢电磁枢通磁势 通势FaFd，aq作，用作在用纵在轴横方轴向方பைடு நூலகம்向一，个即分Fa量叫Fa横d 轴 Faq
当然，负载若超过同步异性吸力(电磁转矩)时，转子就 无法正常运转。
9.9
第9章 同步电动机
总结：
1.三相定子绕组加入三相对称 交流电→旋转磁场
dN
2.转子励磁绕组（永久 →励磁磁场（永久磁场）
磁
铁
）
n1
3.定子磁场拉着转子磁场旋 n1
S
转→同步电动机
q
工作原理是：定子通以交流电， 转子通以直流电，构成双极磁
第9章 同步电动机
第9章 同步电动机
返回总目录
9.1
•概述
第9章 同步电动机
本章内容
•同步电动机的电磁关系
•同步电动机的功率关系与矩角特性
•同步电动机功率因数的调节
•同步电动机的启动
9.2
第9章 同步电动机
9.1 概述
三相交流电机中的转子转速与定子电流的频率 满足n=60f/p的关系，这种电机就称为同步电机。
同步电机的负载改变时，只要电源频率不变， 转速就不变。
同步电机主要用作发电机，也可用作电动机。
优点：同步电动机功率因数较高，运行时可 改善电网的功率因数；对大功率低转速的电动机， 其体积小。
9.3
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机电磁关系
同步电动机也是交流电机。同步电机可以作 发电动机用，世界上各发电厂和发电站所发的三 相交流电能，都是三相同步发电机发出的；也可 以作电动机用。
9.15
第9章 同步电动机
分别考虑纵轴电枢磁势Fad ，横轴电枢磁势 Faq 单独在主磁路里 产 电生 枢的 磁纵 势轴Fa电的枢作磁用通。而ad 和Fa横d 永轴远电作枢用磁在通纵轴aq方，向其，结F果aq就永等远于作考用虑在了
横轴方向，尽管凸极气隙不均匀，但对纵轴或横轴来说，都分别为对
称磁路。这种处理问题方法，称为双反应原理。另外，还有定子绕组
由于同步电机在工作中是可逆的，多 用于同步发电机发电场合，所以在此我们 只介绍同步电动机的基本工作原理。
9.8
第9章 同步电动机
1. 三相同步电动机的基本工作原理 三相交流电源加在三相同步电动机定子绕组时，产生速
度为n的旋转磁场。转子励磁绕组通电时建立固定磁场。假 如转子以某种方法起动，并使转速接近n1，这时转子磁场极 性与定子旋转磁场极性之间异性对齐(定子S极与转子N极对 齐)。根据磁极异性相吸原理，定转子磁场间就产生电磁转 矩，促使转子跟旋转磁场一起同步转动即n=n1，故称为同步 电动机。同步电机实际运行时，因空载总有阻力，因此转子 的磁极轴线总要滞后旋转磁场轴线一个很小角度θ，促使产 生一个异性吸力(电磁场转矩)；负载时，θ角增大，电磁场转 矩随之增大。电机仍保持同步状态。
9.11
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机的电磁关系
三、同步电动机的磁通势 当同步电机中的定子三相对称绕组接到三相对
称电源上时，就会产生三相合成旋转磁通势，简称 电枢磁通势，用空间矢量 Fa 表示。设电枢磁通势 Fa 的转向为逆时针方向，转速为同步转速。刚启动时 转子以逆时针同步转速旋转，转子励磁绕组通入直 流 间 针励矢方磁量向电 旋F0流 转表。If示，。它产F0生相的对磁于通定势子为也励以磁同磁步通转势速，逆用时空
处于过励状态时，还可以改善电网的功率因数
9.5
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机电磁关系
结构：同步电动机有旋转电枢式和旋转磁极式两种。旋转 电枢式应用在小容量电动机中，而旋转磁极式用于大容量 电动机中。
(a) 隐极式
(b) 凸极式
三相旋转磁极式同步电动机结构示意图 9.6
1—定子 2—转子 3—集电环
三相同步电动机主要用于功率较大、转速不 要求调节的生产机械，例如拖动大型水泵、空气 压缩机和矿井通风机等。
9.4
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机电磁关系
一、同步电动机的特点
同步电动机就是转子的转速始终与定子旋 转磁场的转速相同的交流电动机。
n=n1=60f1/p 上式表明，当定子电流频率f1不变时，同步 电动机的转速为常数，与负载大小无关(在不超 过其最大拖动能力时) 。 另外，同步电动机的功率因数可以调节，当
N
极。转子磁极在旋转的定子磁
极的磁拉力的拖动下转动且达
到同步转速。
S
9.10
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机的电磁关系
2. 同步电动机的电磁关系 以隐极式同步电动机为例，给出的同步电动
机定子绕组各电量正方向，可列出U相回路的电 压平衡方程式(忽略定子绕组电阻)。
同步电动机中，同时环链着定F子a 、转子绕组 的磁通是主磁通，主磁通一定通过气隙，其路径 为主磁路；只环链定子绕组不环链转子绕组的磁 通为定子漏磁通，漏磁通感应产生的电动势可以 用电流在电抗上的压降来表示。
9.12
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机的电磁关系
三、同步电动机的磁通势
作用在同步电动机的主磁路上一共
有磁两磁个通磁势通F势0 ，，两即者电都枢以磁同通步势转F速a 逆和时励
针方向旋转，即所谓同步旋转。
9.13
第9章 同步电动机
图如中图9励.4磁所磁示通。势若把F0由作励用磁在磁纵通轴势方向F0，单产独生产的生磁的通
第9章 同步电动机
定子
定子
N n1
S
凸极转子 S
N n1
隐极转 子
N 集流环
S 集流环
凸极式
隐极式
9.7
双边励磁的同步电动机两种结构
第9章 同步电动机
9.2 同步电动机电磁关系 从图中看出，同步电动机的主要结构由 定子和转子组成。定子部分与三相异步电 动机完全一样，是同步电动机的电枢。同 步电动机转子上装有磁极，分为凸极式和 隐极式两种。当励磁绕组通入电流If时，转 子上产生N、S极。
漏磁路里产生的漏通。
电枢磁通势 Fa 的大小为
34
Fa 2
2 Nkdp I 2p
纵轴电枢磁通势
Fad
34
2
2 2
Nkdp p
Id
横轴电枢磁通势
Faq
3 2
4
2 2
Nkdp p
Iq
Fa Fad Faq
电枢电流 I Id Iq
其中 Id 产生磁通势 Fad， Iq 产生磁通势 Faq 。