三相同步电动机原理
同步电动机的工作原理和启动方法
§ 同步电动机的工作原理和启动方法
一、同步电动机的工作原理 1．同步电动机转动原理 当同步电动机接到三相电源上，对称三相
定子绕组通入三相对称交流电流后，在气隙中 将产生旋转磁场，其转速为同步转速，旋转方 向由电源相序决定。
同步电动机的励磁绕组通过集电环和电刷 接到励磁电源上，流入直流电流后，产生转子 磁极。
三相同步电机
分析的结论： 旋转磁场磁极轴线与转子磁极轴线之间夹角θ 只有在0°<θ<90° 时，同步电动机才能拖动负载正常工作。 当负载过大时，会使θ大于90°，同步电动机不能产生拖动性质 的电磁转矩，转子转速要逐步下降，直至为零，发生同步电动机失步。 发生失步现象时，同步电动机的定子电流会迅速上升，应尽快切断电 源，以免损坏电动机。 由于θ的大小与同步电动机所带负载大小有关，同步电动机产生 的电磁功率也就和θ 的大小有关，所以称θ 为功角。
同步电动机中旋转磁场与 转子磁场θ=0°时示意图
三相同步电机
当θ>90°时，转子磁极的S极就进入到旋转磁场N极下， 旋转磁场与转子磁极相同性质的磁极之间产生排斥力，使转子 产生与旋转磁场旋转方向相反的电磁转矩，同步电动机也不能 带动负载工作。
当θ=180°时，旋转磁场磁极轴线与转子磁极轴线重合， 但是转子磁极的N极在旋转磁场N极下，相同性质的磁极只 产生排斥力，也不能产生拖动转子旋转的电磁转矩。
但也不能将励磁绕组直接短接，否则会使同步电动机的转速无法上 升到接近同步转速，使同步电动机不能正常启动。
同步电动机中旋转磁场与 转子磁场示意图
三相同步电机
2. 失步现象 如果θ=0°时，旋转磁场N 极与转子磁极S极产生的吸引力F处于 转子磁极的轴线上，不产生切向的磁拉力，电磁转矩T为零。如果是 理想空载情况，旋转磁场可以带动转子以同步转速旋转。
三相同步发电机的基本工作原理
极，由原动机拖动旋转，使转子转速达到同步转速后，在气隙中形 成一个旋转磁场。由于三相定子绕组是在空间相隔120°电角度的 对称绕组，切割旋转磁场的磁力线后，分别在U 相、V 相和W 相 定子绕组上，感应出大小相等、相位上互差120°电角度的三相交 流感应电动势，如果气隙中的磁场按正弦规律分布，则三相定子绕 组中感应电动势也是按正弦规律变化，其表达式为：
三峡电站厂房内景图片
三相定子绕组中感应电动势变化频率与同步发电机转子磁极对 数和转速有关。其关系式为：
三相同步电机
同步发电机的工作原理图
三相同步电机
三、汽轮发电机和水轮发电机简介
汽轮发电机的转子
水轮发电机的转子
运行中的汽轮发电机
运行中的水轮发电机
三相同步电机
三相同步电机
三峡水电机组
正在吊装的三峡电站水轮发电机组转子图片
三相同步电机
§ 三相同步发电机的基本工作原理
一、三相同步发电机的基本结构
三相同步发电机由定子和转子两部分组 成。
三相同步发电机定子也称为电枢，主要 由定子铁心、定子绕组、机座、端盖和轴承 部件组成。
同步电机的外形结构
三相同步发电机的转子主要由转子铁心、励磁绕组、集电环、 风扇和转轴等组成。
三相同步电机
三相同步电动机原理
三相同步电动机原理
一、旋转磁场的产生
二、转子磁场的同步
三相同步电机的转子是由永磁体或电磁绕组组成的。
当转子在三相旋转磁场的作用下转动时，转子磁场会受到旋转磁场的作用而同步运动，形成转子磁场与旋转磁场之间的相对运动。
这种相对运动使得转子受到一个大小和方向与旋转磁场相对应的力矩作用，从而实现了同步转动。
三、同步转动的稳定
为了使三相同步电机能够稳定地同步转动，必须满足电动机的电磁回路和机械特性之间的匹配条件。
其中包括电磁回路的阻抗与电源电压的匹配、电磁回路的漏电感与电源频率的匹配、转子磁场的强度与旋转磁场的强度的匹配等。
只有满足这些匹配条件，电机才能实现稳定的同步转动。
四、调速控制
五、应用领域
总结起来，三相同步电机通过旋转磁场与转子磁场之间的相对运动实现同步转动。
它具有转速稳定、运行平稳和可靠性高的特点，广泛应用于工业自动化系统中。
掌握三相同步电机的原理对于了解和应用这种电机具有重要意义。
三相永磁同步电动机工作原理
三相永磁同步电动机工作原理三相永磁同步电动机是一种采用永磁体作为励磁源，通过三相交流电源提供电流的电机。
它具有高效率、高功率密度、高转矩和较宽的速度范围等优点，在工业和交通领域得到了广泛应用。
三相永磁同步电动机的工作原理是基于磁场的相互作用。
它由转子和定子两部分组成。
其中，转子上的永磁体产生一个固定的磁场，而定子绕组通过三相电流产生旋转磁场。
当转子磁场与定子旋转磁场同步时，电动机就能产生转矩，并将机械能转换为电能。
在三相永磁同步电动机中，磁场的产生是关键。
通过永磁体提供的磁场，可以使电动机达到更高的效率和输出功率。
与传统的感应电动机相比，永磁体的磁场更加稳定，不需要外部励磁源，因此具有更高的转矩密度和功率密度。
在电动机运行过程中，控制转子磁场与定子旋转磁场的同步是关键。
通常采用位置传感器或传感器无反馈控制系统来实现同步控制。
通过监测转子位置或磁场位置，可以调整定子电流的相位和幅值，从而实现最佳的同步运行。
三相永磁同步电动机的调速性能也非常优秀。
通过改变定子电流的相位和幅值，可以实现电机的调速。
同时，由于永磁体提供的磁场稳定，使得电机在高速运行时也能保持良好的调速性能。
除了以上的工作原理，还有一些其他的特点值得关注。
首先，由于永磁体的存在，电机的起动转矩较大，能够满足各种工况下的要求。
其次，由于永磁体的磁场稳定性，电机的转矩波动较小，运行平稳。
此外，由于永磁体不需要外部励磁源，电机结构简单，维护成本低。
三相永磁同步电动机以永磁体作为励磁源，通过控制转子磁场与定子旋转磁场的同步，实现了高效率、高功率密度和宽速度范围的工作。
它在工业和交通领域具有广泛的应用前景，是一种非常重要的电动机类型。
三相同步发电机工作原理
三相同步发电机工作原理
三相同步发电机是一种将机械能转化为电能的设备。
它基本上由转子和定子两部分组成。
转子是旋转部分，通常由强磁性材料制成，如永磁体或电磁体。
转子上的磁极与定子上的磁极相匹配，以产生磁场。
定子是静止部分，通常由绕组和磁极组成。
绕组通常是由绝缘电线绕成的线圈，每个线圈代表一个相位。
在三相同步发电机中，一共有三个线圈，分别对应三个相位。
工作原理如下：
1. 初始状态下，转子上的磁极和定子上的磁极相互吸引，使得转子开始旋转。
2. 当转子旋转时，转子上的磁极经过定子绕组时，会在绕组中产生电流。
3. 根据法拉第电磁感应定律，当电流通过定子绕组时，会产生一个磁场，该磁场与转子上的磁场相互作用，产生一个力矩，将转子继续推动。
4. 因为绕组被划分为三个相位，所以当转子旋转时，三个相位的绕组会分别产生电流。
这三个相位的电流之间存在120度的相位差，这使得输出的电流是三相交流电。
5. 通过适当的连接方式，可以将输出的三相交流电进行整流和变压处理，以满足各种应用的电能需求。
总体而言，三相同步发电机的工作原理是利用磁场相互作用和电磁感应的原理，将机械能转化为电能输出。
同步电动机原理
同步电动机原理
同步电动机是一种根据电磁原理工作的电机，其工作原理是利用电磁感应现象。
当三相交流电通过定子绕组时，会在定子中形成一个由电流产生的旋转磁场，这个磁场的旋转速度正好与电源频率相关。
同时，在转子中也存在一个磁场，其旋转速度由定子磁场的旋转速度决定。
在正常运行时，两个磁场会保持同步运动，使得转子旋转与定子磁场的旋转速度相同。
这样，转子就会随着定子磁场的旋转而旋转，达到同步转速。
当转子达到同步转速时，同步电动机的运行就稳定了。
同步电动机的同步转速与电源频率和极对数有关，可以通过改变电源频率或改变转子极对数来控制同步电动机的转速。
同时，同步电动机还具有良好的功率因数，可以在运行过程中自动调整，提高电能的利用效率。
总之，同步电动机的工作原理是利用定子与转子之间形成的旋转磁场，使得转子能够同步运动。
通过控制电源频率或转子极对数，可以实现对同步电动机的转速控制。
三相交流永磁同步电机工作原理
一、概述三相交流永磁同步电机是一种广泛应用于工业和家用领域的电动机，其具有高效率、高可靠性和良好的动态特性等优点。
了解其工作原理对于工程师和技术人员来说十分重要。
本文将介绍三相交流永磁同步电机的工作原理及其相关知识。
二、三相交流永磁同步电机的结构1. 三相交流永磁同步电机由定子和转子两部分组成。
2. 定子上布置有三组对称的绕组，相位角相互相差120度，通过三个外接电源输入相位相同但是相位差120°的交流电，产生一个与该交流电相位速度同步的旋转磁场。
3. 转子上有一组永磁体，产生一个恒定的磁场。
三、三相交流永磁同步电机的工作原理1. 三相交流电源提供了旋转磁场，使得转子上的永磁体受到作用力。
2. 转子上的永磁体受到旋转磁场的作用力，产生转矩，驱动机械装置工作。
3. 根据洛伦兹力的作用原理，当转子转动时，永磁体受到旋转磁场的作用力，产生转矩，这就是永磁同步电机产生动力的原理。
四、三相交流永磁同步电机的控制方法1. 空载时，调节供电频率和电压等参数，使得永磁同步电机的转速等于旋转磁场的转速。
2. 负载时，通过改变电源提供的电压和频率，调节永磁同步电机的转速。
五、三相交流永磁同步电机的应用领域1. 工业生产线上的传动设备，如风机、泵、压缩机等。
2. 家用电器，如洗衣机、空调、电动车等。
六、结语通过本文的介绍，我们可以了解到三相交流永磁同步电机的结构、工作原理和控制方法等方面的知识。
掌握这些知识可以帮助工程师和技术人员更好地设计、应用和维护三相交流永磁同步电机，促进其在工业和家用领域的广泛应用。
七、三相交流永磁同步电机的优势1. 高效性能：三相交流永磁同步电机的永磁体产生恒定磁场，与旋转磁场同步工作，因此具有高效率和较低的能耗。
2. 高动态响应：由于永磁同步电机的磁场是固定且稳定的，因此可以实现快速响应和高动态性能，适用于需要频繁启动和变速的场合。
3. 高可靠性：永磁同步电机不需要外部激励，减少了绕组的损耗，使得其具有较高的可靠性和长寿命。
三相同步电动机工作原理
三相同步电动机工作原理
三相同步电动机是电动机的一种，具有结构简单、运转稳定等优点，
广泛应用于各种工业生产中。
三相同步电动机的工作原理是怎样的呢？下面我们来一一讲解。
第一部分：电机结构
三相同步电动机由定子、转子和开关器件组成。
定子上绕有三个相间120 度的交流电绕组，称为 A、B、C 相绕组。
转子上有凸极，凸极数
目等于定子相数，且与定子相间距离相等。
开关器件是为了控制转子磁极与定子磁场相位同步，使电机正常运转。
当定子绕组通电时，形成旋转磁场，因转子凸极数目与定子相数相等，所以转子凸极必定被旋转磁场捕捉，形成同步转速的转子转矩。
第二部分：工作原理
三相同步电动机工作原理是基于电磁感应定理，通过定子的三绕组中
流过三相电流，会形成旋转磁场，旋转磁场与转子中的凸极作用，产
生匹配的电磁力使得电机正常运转。
通过这样的工作原理，电机产生的转矩可以通过调整定子中的电流大
小和相位，以及改变转子中凸极磁场分布来调整。
当所输入的电流频
率与电机自身同步电动机频率相等时，电机会保持同步，稳定地运行。
第三部分：适用范围
三相同步电动机适用于各种场合，特别是适用于高功率电机和需要精
确控制设备的应用。
例如矿山、造纸、钢铁等工业生产领域。
另外，三相同步电动机还常常用于水泵载荷、压缩机负载和静止负载
等轴加载有严格的要求的应用。
总结
以上就是三相同步电动机的工作原理。
通过定子的电流产生旋转磁场，通过转子的凸极产生匹配的磁场，从而使得电机持续转动。
我们可以
根据需要调整电流和相位，使电机保持正常的旋转速度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电枢反应
n
n
当定子电流I1产生的电枢磁势Fa与主磁极轴线重 合，气隙最小，磁阻最小，相应的电抗为最大；这 时所对应的电枢电抗称为电枢反应直轴电抗，用xad 表示； 当定子电流I1产生的电枢磁势Fa与主磁极轴线正交 时，气隙最大，磁阻最大，相应的电抗为小；这时 所对应的电枢电抗称为电枢反应交轴电抗，用xaq表 示；当电枢磁势位于直轴与交轴之间时，相应的气 隙、磁阻、和电枢反应电抗处于上面两种情况之 间，且随位置不同而变化。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
说明
n
为了解决电枢磁势Fa在不同位置时遇到不同气隙，其 磁阻计算困难的问题，可将电枢磁势分解成两个分量： 一个分量是直轴电枢磁势，用Fad表示，它作用在直 轴方向；另一个分量是交轴电枢磁势，用Faq表示， 它作用在交轴方向，则有：
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
电枢反应
n
n
在电机的主磁路上有两个磁势，它们相互叠加， 形成了合成磁场。我们把电枢磁场对主磁场的影 响称为电枢反应。 电枢反应：指电枢磁场对主磁场的影响。
3、额定数据
n n n
n
同步电动机的主要额定数据为： 额定容量PN： 指电动机轴上输出的有功功率，单位：kW 额定电压UN： 指定子三相绕组上的线电压，单位：V； 额定电流IN： 指电动机额定运行时，流过定子绕组的线电流，单 位：A； 额定转速nN： 指电动机额定运行时的同步转速，单位：r/min；
电磁关系
根据“双反应法”，凸极同步电动机电磁关系如下：
& I f & I d
& F 0
& F ad
& Φ 0
& E 0
& E ad
& Φ ad
& E 1 & E a
& I 1
& I q
& F aq
& Φ aq
& Φ s
& E aq
& E s
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
第七章 同步电动机 Synchronous Machines
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
本章基本教学要求（以自学为主）
n n n n
1.熟悉同步电动机的结构； 2.熟悉工作原理，理解电枢反应的物理意义； 3.掌握电压方程、相量图、矩角特性和功角特性 4.了解同步电动机的异步起动方法。 思考题：P260 7-1、7-2、 补充题：同步电动机起动方法有哪些？
n n
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
& =F & +F & F a ad aq
I1 = I d + I q
n
同理，对应产生电枢磁势Fa的电枢电流I1也可分解成 两个分量，即： & & &
这种分析问题的方法是以叠加理论为基础的“双反 应法”。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
2、转子
由磁极、转轴、阻尼绕组、滑环、电刷等组 成，在电刷和滑环通入直流电励磁，产固定磁极。 根据容量大小和转速高低转子结构分凸极和隐 极两种。 凸极特点： 气隙不均匀，有明显的磁极，转子铁芯短粗， 适用于转速低于1000r/min，极对数p≥3的电动机。 隐极特点： 气隙均匀，无明显的磁极，转子铁芯长细，适 用于转速高于1500r/min，极对数p≤2的电动机。
1 1 a 1 a 1
& −E & +I & r + jI &x = −E 0 a a 1 a 1 & −E & + jI &x ≈ −E
0 a a 1
n
式中r1为电枢绕组电阻，一般同步电动机容量都 较大，电阻r1很小，常忽略；x1为电枢漏电抗。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
同步电动机转子结构
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
额定数据
n n n n n
额定功率因数cosφN： 指电动机额定运行时的功率因数； 额定频率fN： 指电动机额定运行规定的频率，单位：Hz 额定效率ηN： 指电动机额定运行时的效率； 额定励磁电压UfN： 指电动机额定运行时的励磁电压，单位：V 额定励磁电流IfN： 指电动机额定运行时的励磁电流，单位：A
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
凸极同步电动机电枢反应磁势
凸极同步电动机电枢反应磁势
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
n n
& = − jI & x E a a a
& = −E & + jI & x + jI & x = −E & + jI & x U 1 0 a 1 a a 0 a c
n
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
隐极同步电动机等值电路和相量图
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
分析
从相量图中可见，定子电流I1超前电源 电压U1，它可通过调节直流励磁电流使同步 电动机工作在这种状态，目的是使同步电动 机在拖动负载的同时，对电网呈容性，起电 容补偿作用，以提高电网的功率因数。
化简
n
仿变压器或异步电动机中使用的将漏电抗电势写成漏 阻抗压降的方法，也可将电枢磁势Fa产生的电枢电势 Ea写成电抗压降的形式，则有 式中xa为电枢电抗，或称电枢反应电抗，它对应于主 磁路，故xa>x1，一般有xa=(5~8)x1，这样上式可改写 成： 式中xc=x1+xa 为隐极同步电动机的同步电抗。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
7.1.1同步电动机的结构
与直流机、异步电动机一样，同步电动机也是 由定子和转子两大部分组成。
1、定子
同步电动机的定子与异步电动机的定子结构基 本相同，由机座、定子铁芯、电枢绕组等组成。 于大型同步电动机，由于尺寸太大，硅钢片常 制成扇形，然后对成圆形。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
1、隐极同步电动机电压方程式 和相量图
n
气隙中的合成磁势为：
& & & F∑ = F0 Байду номын сангаас Fa
合成磁势、主磁势和电枢磁势分别切割电枢绕组，则 在电枢绕组上分别产生感应电势为：
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
分析
当同步电动机的电枢绕组通入三相对称交流电 后，就会产生以同步转速n1旋转的三相合成基波电枢 磁势Fa。当同步电动机稳定运行时，转子也以同步转 速n1旋转，在励磁绕组中通入直流励磁电流If，使转 子形成固定磁极，励磁电流产生励磁磁势F0，励磁磁 势F0与电枢磁势Fa同速同方向旋转，彼此在空间是相 对静止的，这样在电机的主磁路上有两个磁势，它们 相互叠加，形成了合成磁场。
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.
2、凸极同步电动机电压方程式和相 量图
凸极同步电动机转子有明显的磁极，气隙 不均匀，转子磁极中心线附近气隙最小，磁阻 最小，磁导最大；而在转子磁极几何中心线处 气隙最大，磁阻最大，磁导最小，所以磁通所 走的路径不同，所遇的磁阻不同，对应的电抗 参数也就不同。
n
& & & E1 = E 0 + E a
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.