电机学同步电机 全套课件
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第五章 同步电机
编辑版pptLeabharlann Baidu
1
第五章 同 步 电 机
5.1 同步电机的基本 知识
5.2 同步电机的运行 原理
5.3 同步发电机的运 行特性
5.4 同步发电机的并 联运行
5.5 同步电动机和同 步调相机
2
第一节 同步电机的基本知识
➢学习目标
了解同步电机的用途和主要分类 熟练掌握同步电机的基本工作原理 熟悉同步电机的基本结构，熟练掌握隐极和凸
额定励磁电压 U fN 和额定励磁电流 I fN 是指同步电机额
定运行时加到励磁绕组上的直流电压和电流。
26
同步电机的额定值
27
同步电机的额定值
28
小结
29
小结
30
第二节 同步电机的运行原理（基本电磁关系）
31
第二节 同步电机的运行原理（基本电磁关系）
32
同步电机的励磁系统
同步电机运行时，必须在其转子励磁绕组中通 入直流电流，以便建立磁场，这个直流称为励 磁电流，供给励磁电流的整个系统称为励磁系 统。励磁系统是同步电机的重要组成部分，励 磁系统和励磁元件的性能对电机的运行性能有 重要影响。
49
3.基波气隙磁通密度
一个大齿和若干个小齿，转子磁动势的空间分布波形为阶
梯波形，如下图所示，幅值为 Ff
If N（f 其中
I
为励磁电
f
流， N为f励磁绕组的每极匝数）
f
f f1
0
ff
Ff F f1
大齿
定义磁极磁动势的基波分
量振幅 F f 1 与实际磁动势
最大幅值
Ff
之比为 k
，
f
x 称为电机的励磁磁动势波
形系数，即
kf
F f1 Ff
2、水轮发电机转子结构 大型水轮发电机通常都是立式 结构，它的转速低、极数多，要求转动惯量大，故其特 点是直径大、长度短。
23
同步电机的额定值
24
同步电机的额定值
同步电机的额定值（铭牌值）由以下几种：
额定容量 S N 或额定功率 PN
同步发电机
同步电动机
同步调相机
额定 容量
额定 功率
发电机出线端的额 定视在功率（VA）
22
同步电机的构造特点
定子 同步电机的定子大体上和异步电机相同， 是由铁芯、绕组、机座以及固定这些部分的其 他构件组成。
转子 （以同步发电机为例）
1、汽轮发电机转子结构 现代汽轮发电机一般都是二极 的，同步转速为3000或3600r/min。这是因为提高转速 可以提高汽轮机的运行效率，减小整个机组的尺寸、降 低机组的造价。转子不能做得过大，所以汽轮发电机的 直径较小，长度较长。汽轮发电机均为卧式结构。
E0A E00 E0BE0120 E0CE0120 忽略高次谐波时，励磁电动势的有效值为
E04.4f4N 1kw10
式中： 为0 每极的主磁通量
36
同步发电机的空载运行
37
同步发电机的空载运行
38
（1）励磁磁动势
39
（1）励磁磁动势
40
（1）励磁磁动势
41
隐极式同步电机的空载磁动势
隐极式同步电机的转子绕组为分布绕组，在每极下有
此外，同步电机还可以作为同步补偿机，他能够专 门用来向电网输送感性和容性无功功率。
4
同步电机的用途和分类
5
同步电机的用途和分类
6
2. 同步电机的分类
7
2. 同步电机的分类 同步发电机按原动机分类
8
2. 同步电机的分类
9
同步电机基本结构
10
11
12
13
同步电机的基本结构形式
同步电机的定子和异步电机相同，定子铁芯上有齿和 槽，槽内设置三相绕组。转子上装有磁极和励磁绕组。 同步电机的磁极通常装在转子上，而电枢绕组放在定 子上，通常称为旋转磁极式电机。
极电机的结构特点 熟练掌握同步电机的额定值 熟练掌握同步发电机标幺值系统
3
第一节 同步电机的基本知识
定义：
同步电机是指电机转子的转速与磁场转速相同的交流电 机。同步电机的转速为
运用范围：
n
n0
60 f1 p
同步电机主要用来作为发电机运行； 同步电机也可作为电动机应用，用于拖动生产机械， 一般使用在不需要调速的低速大功率机械中；
主磁路，包括：空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭五个 部分。
主极磁通
是否通过气隙
交链
主磁通 0 通过
主极漏磁通 f 不通过
于定子绕住相交链 仅与励磁绕组相交链
35
同步电机的空载运行
当转子以同步转速旋转时，主磁场就在气隙中 形成一个旋转磁场，它“切割”对称的三相定 子绕组后，就将在定子绕组内感应出频率为 f的 一组对称三相空载电动势：
42
（1）励磁磁动势
43
凸极式同步电机的空载磁动势
凸极同步电机的绕组式集中
绕组，它所产生的磁动势是矩形
波，幅值为 F f ，
基波分量的振幅为
Ff1
4
Ff
励磁磁动势的波形系数
kf
4
44
2.基波励磁磁动势
45
（2）基波励磁磁动势
46
（2）基波励磁磁动势
47
（2）基波励磁磁动势
48
同步发电机的空载运行
额定效率 N 是指额定运行时的效率。
发电机 P NSNco N s 3U NINco Ns
电动机 P NP 1NN3 U N INco sNN
(P 1N--额 定 输 入 功 率 ）
额定转速 n N 和额定频率 f N 是指同步电机运行时的转速
（r/min）和定子绕组中电流与电压的工作频率（Hz）。
分类，励磁系统主要有两大类： 一类是直流发电机作为励磁电源的直流励磁机
励磁系统； 另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励 磁的交流励磁机整流励磁系统。
33
同步发电机的空载运行
34
同步电机的空载运行
空载运行时，电枢电流为零，仅有由励磁电流所建立的主极磁场。 主极磁通分为主磁通和主极漏磁通，主磁通所经过的路径称为
发电机输出的额定 转轴上输出的有 发电机出线端输出 有功功率（电功率） 效机械功率（W） 的无功功率（Var） （W）
额定电压U N 是指同步电机在额定运行时其定子三相的 线电压
额定电流 I N 是指同步电机在额定运行时流过其定子绕 组的线电流
25
同步电机的额定值
额定功率因数 cosN 是指同步电机在额定运行时的功率 因数。
旋转磁极式电机同步电机的转子有凸极和隐极两种结 构形式。
用汽轮机作为原动机来拖动的称为汽轮发电机，一般 采用隐极式结构；用水轮机作为原动机来拖动的称为 水轮发电机，一般采用凸极式结构。同步电动机、由 内燃机拖动的同步发电机以及同步补偿机大多做成凸 极式。
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第五章 同 步 电 机
5.1 同步电机的基本 知识
5.2 同步电机的运行 原理
5.3 同步发电机的运 行特性
5.4 同步发电机的并 联运行
5.5 同步电动机和同 步调相机
2
第一节 同步电机的基本知识
➢学习目标
了解同步电机的用途和主要分类 熟练掌握同步电机的基本工作原理 熟悉同步电机的基本结构，熟练掌握隐极和凸
额定励磁电压 U fN 和额定励磁电流 I fN 是指同步电机额
定运行时加到励磁绕组上的直流电压和电流。
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同步电机的额定值
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同步电机的额定值
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小结
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小结
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第二节 同步电机的运行原理（基本电磁关系）
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第二节 同步电机的运行原理（基本电磁关系）
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同步电机的励磁系统
同步电机运行时，必须在其转子励磁绕组中通 入直流电流，以便建立磁场，这个直流称为励 磁电流，供给励磁电流的整个系统称为励磁系 统。励磁系统是同步电机的重要组成部分，励 磁系统和励磁元件的性能对电机的运行性能有 重要影响。
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3.基波气隙磁通密度
一个大齿和若干个小齿，转子磁动势的空间分布波形为阶
梯波形，如下图所示，幅值为 Ff
If N（f 其中
I
为励磁电
f
流， N为f励磁绕组的每极匝数）
f
f f1
0
ff
Ff F f1
大齿
定义磁极磁动势的基波分
量振幅 F f 1 与实际磁动势
最大幅值
Ff
之比为 k
，
f
x 称为电机的励磁磁动势波
形系数，即
kf
F f1 Ff
2、水轮发电机转子结构 大型水轮发电机通常都是立式 结构，它的转速低、极数多，要求转动惯量大，故其特 点是直径大、长度短。
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同步电机的额定值
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同步电机的额定值
同步电机的额定值（铭牌值）由以下几种：
额定容量 S N 或额定功率 PN
同步发电机
同步电动机
同步调相机
额定 容量
额定 功率
发电机出线端的额 定视在功率（VA）
22
同步电机的构造特点
定子 同步电机的定子大体上和异步电机相同， 是由铁芯、绕组、机座以及固定这些部分的其 他构件组成。
转子 （以同步发电机为例）
1、汽轮发电机转子结构 现代汽轮发电机一般都是二极 的，同步转速为3000或3600r/min。这是因为提高转速 可以提高汽轮机的运行效率，减小整个机组的尺寸、降 低机组的造价。转子不能做得过大，所以汽轮发电机的 直径较小，长度较长。汽轮发电机均为卧式结构。
E0A E00 E0BE0120 E0CE0120 忽略高次谐波时，励磁电动势的有效值为
E04.4f4N 1kw10
式中： 为0 每极的主磁通量
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同步发电机的空载运行
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同步发电机的空载运行
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（1）励磁磁动势
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（1）励磁磁动势
40
（1）励磁磁动势
41
隐极式同步电机的空载磁动势
隐极式同步电机的转子绕组为分布绕组，在每极下有
此外，同步电机还可以作为同步补偿机，他能够专 门用来向电网输送感性和容性无功功率。
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同步电机的用途和分类
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同步电机的用途和分类
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2. 同步电机的分类
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2. 同步电机的分类 同步发电机按原动机分类
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2. 同步电机的分类
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同步电机基本结构
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同步电机的基本结构形式
同步电机的定子和异步电机相同，定子铁芯上有齿和 槽，槽内设置三相绕组。转子上装有磁极和励磁绕组。 同步电机的磁极通常装在转子上，而电枢绕组放在定 子上，通常称为旋转磁极式电机。
极电机的结构特点 熟练掌握同步电机的额定值 熟练掌握同步发电机标幺值系统
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第一节 同步电机的基本知识
定义：
同步电机是指电机转子的转速与磁场转速相同的交流电 机。同步电机的转速为
运用范围：
n
n0
60 f1 p
同步电机主要用来作为发电机运行； 同步电机也可作为电动机应用，用于拖动生产机械， 一般使用在不需要调速的低速大功率机械中；
主磁路，包括：空气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身和转子轭五个 部分。
主极磁通
是否通过气隙
交链
主磁通 0 通过
主极漏磁通 f 不通过
于定子绕住相交链 仅与励磁绕组相交链
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同步电机的空载运行
当转子以同步转速旋转时，主磁场就在气隙中 形成一个旋转磁场，它“切割”对称的三相定 子绕组后，就将在定子绕组内感应出频率为 f的 一组对称三相空载电动势：
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（1）励磁磁动势
43
凸极式同步电机的空载磁动势
凸极同步电机的绕组式集中
绕组，它所产生的磁动势是矩形
波，幅值为 F f ，
基波分量的振幅为
Ff1
4
Ff
励磁磁动势的波形系数
kf
4
44
2.基波励磁磁动势
45
（2）基波励磁磁动势
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（2）基波励磁磁动势
47
（2）基波励磁磁动势
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同步发电机的空载运行
额定效率 N 是指额定运行时的效率。
发电机 P NSNco N s 3U NINco Ns
电动机 P NP 1NN3 U N INco sNN
(P 1N--额 定 输 入 功 率 ）
额定转速 n N 和额定频率 f N 是指同步电机运行时的转速
（r/min）和定子绕组中电流与电压的工作频率（Hz）。
分类，励磁系统主要有两大类： 一类是直流发电机作为励磁电源的直流励磁机
励磁系统； 另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励 磁的交流励磁机整流励磁系统。
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同步发电机的空载运行
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同步电机的空载运行
空载运行时，电枢电流为零，仅有由励磁电流所建立的主极磁场。 主极磁通分为主磁通和主极漏磁通，主磁通所经过的路径称为
发电机输出的额定 转轴上输出的有 发电机出线端输出 有功功率（电功率） 效机械功率（W） 的无功功率（Var） （W）
额定电压U N 是指同步电机在额定运行时其定子三相的 线电压
额定电流 I N 是指同步电机在额定运行时流过其定子绕 组的线电流
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同步电机的额定值
额定功率因数 cosN 是指同步电机在额定运行时的功率 因数。
旋转磁极式电机同步电机的转子有凸极和隐极两种结 构形式。
用汽轮机作为原动机来拖动的称为汽轮发电机，一般 采用隐极式结构；用水轮机作为原动机来拖动的称为 水轮发电机，一般采用凸极式结构。同步电动机、由 内燃机拖动的同步发电机以及同步补偿机大多做成凸 极式。
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