第八章 同步电机汇总
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理一、概述同步电机是一种特殊的交流电机，它的转速与电源频率同步，因此被称为同步电机。
同步电机广泛应用于工业生产中，如电力系统、机械传动和电动车辆等领域。
本文将详细介绍同步电机的工作原理。
二、同步电机的基本结构同步电机由定子和转子两部分组成。
定子是由电磁铁圈和绕组构成，绕组通常采用三相对称的绕组形式。
转子由永磁体或电磁铁圈构成，转子上的永磁体与定子的磁场相互作用，产生转矩。
三、同步电机的工作原理1. 磁场产生同步电机的定子绕组通电后，产生的磁场称为定子磁场。
定子磁场的磁通量密度与定子电流成正比。
转子上的永磁体或电磁铁圈产生的磁场称为转子磁场。
2. 磁场同步当定子磁场与转子磁场的磁通量密度相等时，两者的磁场达到同步。
这时，定子磁场和转子磁场的磁通量密度在空间上保持一致，形成一个旋转磁场。
3. 转矩产生同步电机的定子磁场与转子磁场之间产生的磁场相互作用，产生转矩。
这个转矩使得同步电机能够启动并运转。
四、同步电机的工作特点1. 转速恒定同步电机的转速与电源频率同步，因此转速是恒定的。
这使得同步电机在需要恒定转速的场合非常适用，如电力系统中的发电机。
2. 高效率同步电机的转速恒定，可以使其在额定负载下运行，从而提高效率。
同步电机的效率通常高于异步电机。
3. 启动困难同步电机的转子磁场必须与定子磁场同步，因此启动时需要外部的助力。
常见的启动方法有使用起动器、改变电源频率等。
4. 高功率因数同步电机的功率因数通常高于异步电机，可以提高电力系统的功率因数，减少无功功率的损耗。
五、同步电机的应用领域1. 电力系统同步电机广泛应用于电力系统中的发电机。
其稳定的转速和高功率因数使其成为电力系统中的重要组成部分。
2. 机械传动同步电机在机械传动中具有高效率和恒定转速的特点，适用于需要恒定转速的场合，如风力发电机组、水泵等。
3. 电动车辆同步电机在电动车辆中也有应用，其高效率和高功率因数可以提高电动车的续航里程和性能。
同步电机的工作原理
同步机电的工作原理一、引言同步机电是一种常见的电动机类型，其工作原理是基于电磁感应和磁场互作的原理。
本文将详细介绍同步机电的工作原理，包括结构、工作方式和工作原理的基本原理。
二、同步机电的结构同步机电由定子和转子组成。
定子是由若干个绕组组成的电磁线圈，绕组中通有交流电源。
转子是由永磁体或者电磁线圈组成的，通过电磁感应与定子的磁场相互作用，产生转矩，从而驱动转子旋转。
三、同步机电的工作方式同步机电有两种工作方式：同步工作和异步工作。
1. 同步工作同步机电在同步工作方式下，转子的转速与定子的旋转磁场的频率彻底相同，因此称为同步机电。
在同步工作方式下，同步机电的转子始终与定子的磁场保持同步，转矩稳定，转速恒定。
同步机电常用于需要精确控制转速的应用，如电力系统中的发机电、电动机等。
2. 异步工作同步机电在异步工作方式下，转子的转速与定子的旋转磁场的频率不同，因此称为异步机电。
在异步工作方式下，同步机电的转子与定子的磁场之间存在滑差，转矩不稳定，转速不恒定。
异步机电常用于需要启动转矩较大的应用，如电动机、压缩机等。
四、同步机电的工作原理同步机电的工作原理基于电磁感应和磁场互作的原理。
下面将详细介绍同步机电的工作原理。
1. 电磁感应原理当定子绕组通电时，会产生一个旋转的磁场。
根据电磁感应定律，转子中的导体将受到电磁力的作用，导致转子开始旋转。
这个旋转的运动将持续下去，直到转子的转速与定子的旋转磁场的频率达到同步。
2. 磁场互作原理同步机电的转子上通常设置有永磁体或者电磁线圈。
当定子的旋转磁场与转子上的永磁体或者电磁线圈的磁场相互作用时，会产生转矩，从而驱动转子旋转。
这种转矩的大小与定子和转子之间的磁场强度、磁场分布等因素有关。
3. 同步工作原理在同步工作方式下，同步机电的转子始终与定子的磁场保持同步。
定子的旋转磁场通过定子绕组产生，绕组中通有交流电源。
定子绕组通电后，产生的旋转磁场将与转子上的永磁体或者电磁线圈的磁场相互作用，产生转矩，驱动转子旋转。
同步电机的基本知识及结构
同步电机的基本知识及结构同步电机是一种采用交流电源供电、定子感应电动势与转子磁场同步工作的电动机。
它具有结构简单、功率因数高、转速恒定等优点，广泛应用于工业生产线、空调、电力系统等领域。
一、基本原理：同步电机的工作原理是通过感应电动势与转子磁场的同步运动来实现转子运转。
当同步电机的定子绕组通电时，在定子绕组内产生一个旋转磁场。
而当转子上的匝数大于定子，转子上也会感应出一个电动势，使转子上的磁场也具有旋转特性。
由于两者是同步发展的，所以称之为同步电机。
二、基本结构：1.定子：2.转子：3.端环和碳刷：同步电机转子上的绕组通过端环连接，以便于外部电源的接驳。
转子上还设有碳刷，用于保持转子绕组的绝缘。
4.外壳：三、工作方式：同步电机的工作方式可以分为饱和同步、欠饱和同步和过磁同步三种。
其中，饱和同步是指定子绕组的磁场与转子磁场完全同步，欠饱和同步是指定子绕组的磁场与转子磁场不完全同步，过磁同步则是指定子绕组的磁场与转子磁场超前一定角度。
四、应用领域：同步电机具有功率因数高、转速恒定等优点，广泛应用于工业生产线、空调、电力系统等领域。
在工业生产线中，同步电机常用于驱动各种机械设备，如风机、泵等。
在空调中，同步电机作为风机的驱动装置，能够提供稳定的风流，并降低噪音。
在电力系统中，同步电机作为发电机使用，可以将机械能转换为电能，并通过同步工作产生的电动势向电网输送能量。
总结起来，同步电机是一种采用交流电源供电、定子感应电动势与转子磁场同步工作的电动机。
它的主要结构包括定子、转子、端环、碳刷和外壳等。
同步电机具有结构简单、功率因数高、转速恒定等优点，被广泛应用于工业生产线、空调、电力系统等领域。
电机学同步电机部分知识点总结
二、 对称负载时的电枢反应
1. 同步电机空载时，气隙磁场就是由励磁磁动势所产生的同步旋转的主磁场， 在定子绕组中只感应有空载电动势，因为定子电流为 0，所以端电压就等于 空载电动势。带上对称负载以后，定子绕组流过负载电流时，电枢绕组就会 产生电枢磁动势以及相应的电枢磁场，若仅考虑其基波，则它与转子同向、 同速旋转，它的存在使空气隙磁动势分布发生变化，从而使空气隙磁场以及 绕组中的感应电动势发生变化，这种现象称为电枢反应。
因此，与之对应有直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，再把电枢反应电 抗与漏抗相加，可得直轴同步电抗和交轴同步电抗。
四、同步发电机的参数及测定 1.不饱和同步电抗和饱和同步电抗：不饱和同步电抗的数值要比饱和同步电抗的 数值大得多。（因为饱和时，磁阻大，电抗就小）（有一规律：气隙大，磁阻就大， 电抗就小） 2.漏抗的测定和保梯电抗（电抗三角形） （1）负载特性：当电枢电流及功率因数均为常数时，端电压与励磁电流之间的 关系曲线 U=f(If)称为负载特性。
同步电机的基本原理和运行特性
一、 同步电机（电机转子的转速和旋转磁场转速相同）的结构
转子上装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通以直流电流后，电机内就产生转 子磁场。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。
旋转磁极式同步电机的转子有隐极和凸极两种结构，隐极电机的气隙均匀， 凸极电机的气隙不均匀（极弧下较小，而极间较大）。
6. 由内功率因数角判断同步电机的运行方式。
三、 隐极+凸极同步发电机的分析方法
1.电枢反应电抗的物理意义：电枢反应磁场在定子每相绕组中所感应的电枢反应 电动势 ，可以把它看作相电流所产生的一个电抗电压降，这个电抗便是电枢 反应电抗 。 2.同步电抗： = + ,包含两部分，一部分对应于定子绕组的漏磁通，另 一部分对应于定子电流所产生的电枢反应磁通。在实用上，我们通常不把它们分 开，而是把 + 当作一个同步电抗来处理。
同步电机的工作原理
同步机电的工作原理一、引言同步机电是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产中。
了解同步机电的工作原理对于理解其性能和应用具有重要意义。
本文将详细介绍同步机电的工作原理，包括结构、原理和工作方式。
二、同步机电的结构同步机电由定子和转子组成。
定子是由三相绕组构成的，通常采用星型连接。
转子由磁体构成，通过轴承与机电的轴连接。
三、同步机电的工作原理1. 磁场产生同步机电通过定子绕组中的电流产生磁场。
当三相交流电通过绕组时，会形成旋转磁场。
这个旋转磁场是由电流在绕组中的相位差所决定的。
2. 磁场与转子的交互作用转子上的磁体与定子产生的旋转磁场相互作用。
由于磁体的磁性，转子会受到磁力的作用，导致转子开始旋转。
3. 同步运行由于定子产生的旋转磁场的频率与电源频率相同，转子的旋转速度与旋转磁场的速度保持同步。
因此，同步机电被称为同步机电。
四、同步机电的工作方式同步机电有两种常见的工作方式：同步发电和同步驱动。
1. 同步发电在同步发电中，同步机电作为发机电使用。
电源通过绕组提供电流，使得定子产生旋转磁场，而转子则被机械能驱动旋转。
旋转的转子通过感应产生电势，将电能转化为机械能。
2. 同步驱动在同步驱动中，同步机电作为驱动器使用。
电源通过绕组提供电流，使得定子产生旋转磁场，而转子则被外部机械装置驱动旋转。
同步机电通过转子的旋转产生磁场，将电能转化为机械能，从而驱动外部机械装置。
五、同步机电的优点和应用同步机电具有以下优点：1. 高效率：同步机电的效率较高，能够有效地转化电能为机械能。
2. 稳定性好：同步机电的转速稳定，能够保持与电源频率同步。
3. 调速性能好：同步机电可以通过调节电源频率或者改变绕组的连接方式来实现调速。
同步机电广泛应用于以下领域：1. 工业生产：同步机电常用于驱动工业生产中的机械装置，如泵、风机、压缩机等。
2. 发电厂：同步机电作为发机电使用，将机械能转化为电能。
3. 交通运输：同步机电在电动车、电车和高铁等交通工具中得到广泛应用。
同步电机的工作原理
同步机电的工作原理同步机电是一种常见的电动机类型，其工作原理基于电磁感应和磁场互作用。
同步机电的主要特点是转速与电源频率同步，因此可以实现精确的转速控制。
一、基本原理同步机电的工作原理基于电磁感应和磁场互作用。
当同步机电接通电源后，电流通过定子线圈，产生的磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生电磁力。
这个电磁力使得转子开始旋转，与电源的交流频率同步。
二、磁场互作用同步机电的转子上通常有一个或者多个永磁体，这些永磁体味产生一个恒定的磁场。
当电流通过定子线圈时，定子线圈产生的磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，形成一个旋转的磁场。
这个旋转的磁场会推动转子开始旋转。
三、电磁感应同步机电的定子线圈中通常有三相绕组，通过这些绕组流过的电流会产生一个旋转的磁场。
这个旋转的磁场与转子上的磁场相互作用，产生电磁感应力。
这个电磁感应力推动转子开始旋转，并使其与电源的交流频率同步。
四、转速同步同步机电的转速与电源的频率同步。
电源的频率决定了旋转磁场的速度，而转子上的永磁体则决定了转子的速度。
当电源频率与转子速度相匹配时，同步机电可以保持稳定的转速。
五、应用领域同步机电广泛应用于工业生产中，特殊是需要精确转速控制的场合。
例如，同步机电常用于电动机驱动的机械设备，如风力发机电组、压缩机、泵等。
同步机电还常用于电动汽车和混合动力汽车的驱动系统中，以提供高效的动力输出。
六、优点和缺点同步机电的优点是转速稳定、转矩大、效率高，适合需要精确控制转速的应用。
然而，同步机电的缺点是启动难点，需要外部的启动装置来匡助启动。
此外，同步机电的成本较高，维护和维修也较为复杂。
总结：同步机电的工作原理基于电磁感应和磁场互作用。
通过定子线圈产生的磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生电磁力推动转子开始旋转。
同步机电的转速与电源频率同步，适合于需要精确转速控制的应用领域。
尽管同步机电具有转速稳定、转矩大、效率高等优点，但启动难点、成本较高和维护复杂等缺点也需要考虑。
电机及拖动基础第八章
张 方 谢胜利 主 编 副主编
21世纪高等学校规划教材来自.1同步电机的结构和工作原理8.1.1 同步电机的主要结构
电机与拖 动基础
同步电机同交流感应电机一样，由定子和和转 子两大部分组成。 定子上有三相交流绕组； 转子上有励磁绕组，通入直流励磁电流，产生 磁场。 同步电机分为发电机、电动机和补偿机。同步 电机的定子也称为电枢，其构造与感应电动机 一样，包括定子铁芯、三相电枢绕组、机座和 端盖等部件。
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利
电机与拖 动基础
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利
电机与拖 动基础
转子励磁磁动势Ḟ0总是作用在d轴方向上， 它产生的磁通用 表示。由于 以同步 0 0 转速旋转，因此它要切割定子绕组并在 定子绕组中产生感应电动势Ė0。 电枢磁动势Ḟa也要产生磁通 a。由于 Ḟa 的大小、相位由定子电流I决定，而定子 电流又由负载大小决定，因此在不同的 负载下，Ḟa和Ḟ0空间相位不同。也就是 说，Ḟa相对于Ḟ0的空间位置不同。
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利
电机与拖 动基础
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利
电机与拖 动基础
电机的机座用于支撑定子铁芯，固定定 子绕组，同时，它也是电机磁路的一部 分。 中小型同步电动机的机座、端盖和异步 电机一样； 大型同步电机的机座常由钢板焊接而成， 其结构形式与采用的通风系统有直接关 系。
21世纪高等学校规划教材 张方 谢胜利
电机与拖 动基础
目前，在更大容量的发电机中，可以 采用导线内部直接冷却。所谓内部直 接冷却，就是使冷却介质直接与铜线 相接触。 例如，采用空心导体，如图8-6所示， 冷却介质直接在导体中流通，从而把 热量带走，这样能更有效地降低电机 的温升。 采用的冷却介质一般有氢气及水。
电工学及电器设备第八章同步电机详解
Electrical machinery principle
1.隐极式转子结构：主要由铁芯、励磁 绕组、阻尼绕组、紧固件和风扇组成。 它是汽轮发电机的重要部件，如图所示。
一对极隐极式 转子示意图
Electrical machinery principle
第二节 同步发电机的基本结构
一、同步电机分类：
同步电机
旋转电枢式：电枢旋转，磁极固定，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。
① 同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流 电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该 和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有：
n 60 f 3000 pp
同步电机的特点
② 要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须
为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同
旋转磁极式
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。
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。
Electrical machinery principle
Electrical machinery principle
每相感应电势有效值: E0 4.44 fNKw10
Electrical machinery principle
2.感应电势的频率 交流电动势的频率f可这样确定:当转子为1对极时，转子旋
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交流电动机基本结构及工作原理
1）同步发电机基本工作原理
旋转磁极式发电机（适用于大容量）：通过原 动机带动转子磁极的旋转，定子线圈切割磁力线， 而产生感应电流向外提供电力(从定子侧输出）。
旋转电枢式发电机（适用于小容量）：定子产 生磁场，原动机带动电枢旋转，使闭合线圈的磁 通量变化从而产生感应电流（从转子电枢绕组输 出）
图5-9 旋转磁极式同步电机
交流电动机基本结构及工作原理
2.同步电机工作原理
以凸极式同步电机为例，凸 极式定子铁心内圆均匀分布着定子槽， 槽内嵌放着按一定规律排列的三相对 称交流绕组。这种同步电机的定子又 称为电枢。转子铁心上装有制成一定 形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕 组，通以直流电流时，将会在电机的
同步电机是交流旋转电机中 的一种，因其转速恒等于同步转 速而得名。同步电机主要用作发 电机，也可用作电动机和调相机。
交流电动机基本结构及工作原理
同步电机主要用作发电机运行，把机械能转化 成电能。向电网发出交流电，是同步电机最主要 的运行方式
同步电动机可以通过调节励磁电流来改善电网 的功率因数。在不要求调速的场合，应用大型同步 电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动 机在变频调速系统中开始得到较多地应用。
交流电动机基本结构及工作原理
8）功率因数 技术手册中会给出功率因数
参数，是指电动机在额定运行状态 下，定子电路的功率因数。异步电 动机空载运行时定子电路的功率因 数很低，只有0.2～0.3，随着负载 的增加，功率因数也增加，在额定 负载时一般为0.7～0.9，因此要避
交流电动机基本结构及工作原理
同步电机现场实例
引进600MW汽轮发电机 国国产产国202产0M03M0W0WM汽汽W轮轮汽发发轮电电发机机电定定机子子铁心
交流电动机基本结构及工作原理
感应电动势的频率
当发电机的转子由原动机驱动以转 速n做恒定旋转时，定子中的三相绕组 的导体依次切割磁力线，三相绕组便 感应出各相大小相等、相位彼此相差 120°的交流电动势。
数。 同指• 步出额电其定动主频机要系 用率列 途有 。：如T额DT、定DTG运D表L示行等高时，速T电D同表机步示电电同动枢步机输电；动出T机D端L，表电后示面能立的的式字同频母步 电动率机，。我同步国补标偿准机工为T业T系频列率。规定为50Hz。
E =f 4.4p4nfNΦfkw
因发电机在制造60过程中气隙磁通 密度按正弦波分布，所以感应电动势 的波形也是正弦波。其频率为
详细分析过程
U1
W2
N
n
S
V1
V2Fra bibliotekW1U2
演示模型
交流电动机基本结构及工作原理
• 我国标准规定电网的频率为
50Hz,当P=1时，
•所以
•
n = 3000 r/min
额定频率f (Hz)
额定励磁电流IfN(A)
额定励磁电压UfN(V)
交流电动机基本结构及工作原理
同步电机铭牌型
号
我• 国电生机产型的汽号轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列。 前外• 两冷额 (W个，定,字Nk表容W母示表量,M氢示WS内汽N冷等轮(，V发) SA：电表,机k指示V；双电A第水,机M三内输V个冷A字出。等母功)表率或示的冷额却保定方证功式值率，Q。P表N 示氢 系• 列额：定TS电系压列，(VT表,k示V同等步) ，：S额表示定水时轮定。子输出端线电压。 举T铁••S例心S额 额1：长2定定6Q为4/F电功11S66-00流 率3厘-040因8米(-表2A，数表示)极：示双数：容水指为量内额额4为冷8定。定3水0运0轮运M行发行W电时双时机输水定，内出定子冷电子的2极外功线汽径率轮电为的发1流2电功6。4机厘率。米因，
线端的额定视在功率；
交流电动机基本结构及工作原理
3、同步电机铭牌数据
额定功率因数 cosN ：额定工况下发电机的功率因数
额定效率η N：电机额定运行时的效率
对发电机为额定输出有功电功率 ：PN 3UN IN cosN
对电动机是轴上输出的额定机械功率：PN 3UN IN cosNN
额定转速nN：电机额定运行时的转速
• 同步电机的转速与电网频率
有严格不变关系，即当电网频率 一定时，电机转速应不变。
交流电动机基本结构及工作原理
3、同步电机铭牌数据
• 额定功率PN (KW) ：是指额定运行时输 出的额定有功功率；
对于发电机：电功率；
对于电动机：机械功率；
对于调相机：无功功率；（kvar、 Mvar）
• 额定容量 SN (KVA)：是指额定运行时出
交流电动机基本结构及工作原理
图5-12 凸极式同步电动机模型
交流电动机基本结构及工作原理
1）同步电动机基本工作原理
同步电动机是属于交流电机， 定子绕组与异步电动机相同。同 步电动机的定子三相绕组接通三 相交流电源，流过三相对称电流， 产生一个在空间以同步转速n1旋转 的旋转磁动势Fa，称为电枢磁动势。 同步电动机的励磁绕组通入直流 励磁电流，产生一个与电枢旋转
隐极式：转子圆柱形，气隙均匀 按磁极形状分 凸极式：转子有明显凸出的磁极，气隙不均匀
汽轮发电机：高速，转子隐极式, 细长形 发电机按原动机不同分
水轮发电机：低速，转子凸极式, 短粗形
交流电动机基本结构及工作原理
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
交流电动机基本结构及工作原理
1. 同步电机的基本结构 1）定子
同步补偿机实际是一台接在交流电网上空载的 同步电动机，电机不带任何机械负载，靠调节转子 中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功 功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压 的目。
交流电动机基本结构及工作原理
同步电机的基本类型：
转枢式：用于小容量同步电机 按结构形式分 转极式：用于高压、大容量同步电机
定子铁心上有齿和槽，槽内设置三相对称绕组，这种同 步电机的定子又称为电枢。
交流电动机基本结构及工作原理
交流电动机基本结构及工作原理 2）转子
转子铁芯上装有制成一定形 状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕 组。
返回
10000kw水轮机转子
交流电动机基本结构及工作原理
旋转磁极式同步电机按磁极的形 状，又可分为隐极式和凸极式两种类型， 如图5-9所示。隐极式气隙是均匀的，转 子做成圆柱型。凸极式气隙是不均匀的， 极弧底下气隙较小，极间部分气隙较大。