第四篇同步电机
同步电机原理
同步电机原理
同步电机是通过电磁场的作用使转子与电磁场同步转动的电动机。
它的转速与电源频率保持恒定，通过调节电源频率可以改变电机的转速。
同步电机的工作原理基于磁场作用力和转子磁场相互作用。
当电机通电时，定子绕组产生的磁场会诱导转子内部产生磁场，使得转子与定子的磁场相互作用。
由于转子与定子磁场的相互作用，使得转子受到一定的作用力，从而开始旋转。
当转子和定子的磁场达到同步状态时，转子就能够稳定地与电磁场同步转动。
同步电机的转速取决于电源的频率，通常以每分钟转数（rpm）表示。
当电源的频率增加时，转子的速度也会相应增加；反之，当电源频率减小时，转子的速度也会减小。
这种关系是由电磁感应定律决定的，即电源频率的改变会影响磁场的变化速度，从而影响到转子的旋转速度。
同步电机具有稳定的转速和较高的效率，常用于要求稳定转速的应用，如时钟、计时器等。
此外，同步电机还广泛应用于工业生产中的压缩机、风机、泵等设备，以及轨道交通系统中的列车牵引、供电等方面。
电励磁同步电机原理
电励磁同步电机原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：电励磁同步电机是一种具有高效率和稳定性能的电动机。
在现代工业应用中，它被广泛应用于空调压缩机、泵站以及一些需要稳定转速的精密机械设备中。
其原理基于同步电机和励磁电机的结合，通过外部直流电源提供励磁电流，产生磁场，从而激励同步电机转动。
电励磁同步电机的原理主要包括三个基本部分：同步电机部分、励磁电机部分和控制系统部分。
同步电机部分是通过三相交流电源提供电力，产生旋转磁场，从而带动转子旋转。
这种旋转磁场的速度与电源频率成正比，因此同步电机的转速是固定的，称为同步速度。
同步电机在启动时由于需要对转子进行励磁，因此需要外部励磁电流来提供额外的磁场，以便启动电机。
接下来，励磁电机部分是通过外部直流电源提供直流励磁电流，产生额外的磁场，从而增加了转子的磁场强度。
这个磁场的频率是固定的，称为励磁频率。
励磁电流的大小和方向可以通过控制系统来调节，从而改变磁场的强度和方向，影响同步电机的转速和运行性能。
控制系统部分是通过传感器监测同步电机的速度和位置，通过反馈控制算法来调节励磁电流，保持同步电机的稳定运行。
控制系统可以根据实际需要来调节电机的转速和负载能力，从而实现高效率和稳定性能。
电励磁同步电机是一种先进的电动机技术，具有高效率、稳定性和可靠性等优点。
它在现代工业应用中发挥着重要作用，为生产制造和能源领域提供了可靠的动力源。
随着技术的不断发展和完善，电励磁同步电机将在未来得到广泛应用，为工业生产和社会发展做出更大的贡献。
第二篇示例：电励磁同步电机是一种应用广泛的三相异步电动机，它是通过利用直流电势来励磁，使得磁场保持在恒定状态下，从而使得定子和转子之间形成同步运行的电机。
电励磁同步电机因其性能稳定、效率高、响应速度快等优点，在工业控制领域得到广泛应用。
下面我们将详细介绍电励磁同步电机的原理和工作特点。
让我们来了解电励磁同步电机的基本结构。
电励磁同步电机由定子和转子两部分组成。
电机学 第四篇 同步电机
S U2 Fa
直轴去磁电枢反应 V轴
W2 V1
W轴
三、 时90的0 电枢反应
空载电动势 枢电流 I
E 0滞后电
900
Ff 与Fa之 间 夹
角 为 900
q轴 U轴
V2 W1
记Fa为Fad
d轴
Fa N
电枢反应性质：
Ff
U1
直轴助磁电枢反应 V轴
W2
S U2
V1
W轴
四、一般情况下的电枢反应
空 枢载电电流动势I角 E,超0 前电
六、 同步电机的额定值
同步电机的额定值有： 1）额定电压：是指在正常运行时，按照制造厂的规定，
定子三相绕组上的线电压。电压的单位用V或kV表示。 2）额定电流：流过定子绕组的线电流 。 3）额定功率：是指在正常运行时，电机的输出功率 。
A：对于发电机而言：输出的是电功率。
PN 3UN IN cosN
（二）静止的交流整流励磁系统
同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副 励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有 时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励 磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发 电机的励磁绕组。
1
c c'
当E0=UN 时：
F
Ff0
Ks
Ff0 F
ac ab
dn dc
(K
s
1.1
~
1.25)
0
gd
电机运行于曲线刚好弯曲处： 1、充分利用材料； 2、不会过分饱ห้องสมุดไป่ตู้;
E00 n
同步电机电枢反应
电枢绕组每相都用一种等效整距集中
绕组来表达，磁极画成凸极式(更形象
A
直观，一样合用于隐极式)。励磁磁势
和电枢磁势只考虑基波，并选用A相
电势达最大值时刻绘制相量图。
_
fm A 0
Z n1 N
Y
B
S
d轴 直轴 纵轴 磁极旋转磁势方向
C
X
•
E0
q轴 A轴
q轴 交轴 横轴 两极之间旳中线
第一节 对称负载时旳电枢反应
A Z
n1 N
BTem
S
• •_
Y
E0, I, F a
Fa q轴 A轴
•
•
E 0 和 I 同相位， 发电机输出纯有功功率
C
X
第一节 对称负载时旳电枢反应
二,
•
I
滞后于
•
E0
90o
( ) 时旳电枢反应
2
(感性负载)
_ __
同步电机将向电网输送感性无功功率，
Ff , B f , fm
2
d轴
电枢旋转磁势Fa 旳轴线作用在d轴上,方向与 Ff
第四篇 同步电机
同步电机旳特点是转子转速与定子产生旋转磁场旳转速相等
n n1
同步电机旳一种主要用途是作发电机，另外，也作电 动机或调相机运营。
一般,同步电机旳转子磁场 是一种恒定磁场, 定子磁场是一种旋转磁场
第十四章 同步电机旳基本构造和工作原理基本构造型式
一、磁极旋转式
（1） 隐极式 这种型式构造牢固，用于少极高速旳同步电机中，
发电机：输出旳是电功率
PN 3U N IN cosN
电动机：输出旳是机械功率
PN 3U N INN cosN
电机学第四篇同步电机
电机学第四篇同步电机第四章同步电机一、填空1. ★在同步电机中，只有存在电枢反应才能实现机电能量转换。
答交轴2. 同步发电机并网的条件是：（1；（2；（3）。
答发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致3. ★同步发电机在过励时从电网吸收，产生电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出，产生电枢反应。
答超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴增磁4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是和之间的夹角；二是和空间夹角。
答主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使Xq和Xd将。
答增加6. 凸极同步电机气隙增加使Xq和Xd将。
7. 答减小8. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为。
答mU(211?)sin?2 XqXd二、选择1. 同步发电机的额定功率指（）。
A 转轴上输入的机械功率；B 转轴上输出的机械功率；C 电枢端口输入的电功率；D 电枢端口输出的电功率。
答 D2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性cos??0.8，则其电枢反应的性质为（）。
A 交轴电枢反应；B 直轴去磁电枢反应；C 直轴去磁与交轴电枢反应；D 直轴增磁与交轴电枢反应。
答 C3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（）。
A 漏阻抗较大；B 短路电流产生去磁作用较强；C 电枢反应产生增磁作用；D 同步电抗较大。
答 B4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（）。
A X??Xad?Xd?Xaq?Xq；B Xad?Xd?Xaq?Xq?X?；C Xq?Xaq?Xd?Xad?X?；D Xd?Xad?Xq?Xaq?X?。
答 D5. 同步补偿机的作用是（）。
A 补偿电网电力不足；B 改善电网功率因数；C 作为用户的备用电源；D 作为同步发电机的励磁电源。
答 B三、判断1. ★负载运行的凸极同步发电机，励磁绕组突然断线，则电磁功率为零。
第四篇-同步发电机(空载负载 分析)-2017-wh
E0
F
E
I
Fa
a
Ff
0
Ea
=0时的时—空相量图 （二）、当E0超前I 90º（=90º）时的电枢反应
当=90º 时，在图示瞬间，此时A相励磁电动势为最 大值，但定子A相电流为零。 就是说A相电流达到最大值时，转子已向前转过90º。
A
A Y Z
Z
n
N
F N Ff
C B X n
Y
若保证电压不变，即气隙的合成磁场不变，必须减 少直流励磁，这种电机叫做欠激状态的同步电机。 （四）、一般情况下（0<<90º）时的电枢反应
此时I滞后E0一个锐角 图示瞬间，A相的励磁电动势恰好达到最大值，但由 于电枢电流I滞后励磁电动势E0角，所示A相电流必 须过了一段时间，等转子转过空间电角度时，才能 达到最大值。
当A相电流达到最大值时，转子已向前转过角;
A
A
Z
Ff N
n Y
Z
n
B
Fad
C
X
此时电枢磁动势Fa滞后励磁磁动势Ff(90º＋)空间电 角度。这时的电枢反应既非交磁性质也非纯去磁性 质，而是兼有两种性质。
电枢磁动势Fa分解成直轴和交轴两个分量，即
Fa Fad Faq Fad Fa sin
因该磁场是交流励磁的，故称为交流励磁的旋转磁场， 同步电机的定子绕组又称为电枢绕组，因此又称为电 枢磁场。 如果在转子上装有由直流励磁的磁极，且用原动机把 转子带到同步转速，就像同步电机那样，则在气隙中 同样出现一个圆形旋转磁场，这样获得的旋转磁场又 称直流励磁的旋转磁场或称机械旋转磁场。 同步发电机空载时，定子绕组中的电流为零，在气隙 中只有直流励磁的旋转磁场，在负载的情况下，两种 旋转磁场均存在。
船舶电气设备及系统-大连海事大学 第04章 同步电机
轮机学院电气及自动化教研室
船舶电气设备及系统
课件
三相同步发电机额定值
同步发电机的主要额定值有：
额定容量 SN 或额定功率PN 额定电压 UN 额定电流 IN 额定功率因数 cosΦN 额定频率 fN 额定转速 nN 额定励磁电压（额定励磁电流）
2020/4/20
轮机学院电气及自动化教研室
2020/4/20
课件
4.1.2 三相交流同步发电机的基本工作原理
当转子由原动机以恒定转速驱动。极性相间的励 磁磁场随轴一起旋转，并依次切割定子各相绕组 （相当于绕组导体反向切割励磁磁场）。定子三 相电枢绕组就会感应出大小和方向按周期性变化 的交变正弦电动势。由于三相电枢绕组在空间相 差120º电角度，三相电动势相位也相差120º。
轮机学院电气及自动化教研室
船舶电气设备及系统
课件
其瞬时值为：
eu Em sint ev Em sin(t 120) ew Em sin(t 240)
2020/4/20
轮机学院电气及自动化教研室
船舶电气设备及系统
2020/4/20
课件
空载电动势的有效值为
E 0E m/ 24 .4 4 kfN 0
Ff
直轴
•
B0 ( 0 )
1
D轴
d轴
2020/4/20
交轴 Q轴
Fn(Faq)
•
•
I
E0
直轴(Direct Axis )：与主磁场同轴。
交轴(Quadrature Axis )：与主磁场相交的轴。
轮机学院电气及自动化教研室
船舶电气设备及系统
课件
d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
B0
B
同步电机的工作原理及应用
同步电机的工作原理及应用1. 同步电机的概述同步电机是一种将旋转磁场与电动机的转子转速同步的电动机。
它通过控制电源的频率和相位来实现稳定的工作,适用于多种应用领域。
2. 同步电机的工作原理同步电机采用磁通相互作用原理实现旋转。
当电流通过定子绕组时，会在定子上产生旋转磁场，而转子上的永磁体或电磁体则会受到这个旋转磁场的作用而旋转。
3. 同步电机的分类同步电机可以分为永磁同步电机和感应同步电机两种类型。
3.1 永磁同步电机永磁同步电机是指转子上带有永磁体的同步电机。
其转子磁场与定子磁场同步，通过调整电源频率和相位，可以实现对电机的转速控制。
3.2 感应同步电机感应同步电机是指转子上没有永磁体，而是通过感应磁场的方式来实现同步。
感应同步电机需要外加磁场激励，通常通过外部提供的励磁电流来实现转子的同步旋转。
4. 同步电机的应用同步电机由于其高效率、高功率因数和良好的控制性能，在工业领域有着广泛的应用。
4.1 工业驱动同步电机常用于工业驱动系统，包括压缩机、泵、风机、机床等。
其稳定的转速和精确的控制能力使其特别适合需要稳定输出转矩和精确控制转速的应用。
4.2 交通运输同步电机广泛应用于轨道交通系统，包括电动列车、城市轨道交通等。
同步电机在交通运输中具有高效率和快速响应的特点，能够提供稳定而可靠的动力。
4.3 可再生能源同步电机在可再生能源领域也有重要的应用，如风力发电机和水力发电机。
同步电机能够通过控制转子转速来匹配风力或水力资源的变化，从而提高能源的利用效率。
5. 同步电机的优势和局限性同步电机具有以下优势： - 高效率：同步电机由于无刷子结构和磁体转子的设计，具有较高的效率。
- 高功率因数：同步电机具有较高的功率因数，使得电源能够更有效地提供电能。
- 精确控制：同步电机的控制性能较好，可以实现精确的转速和转矩控制。
然而，同步电机也有一些局限性：- 同步电机较复杂：同步电机的结构较复杂，需要较高的工程设计和制造成本。