同步电机的分类
第六章-同步发电机
同步电机知识点（整理：王子铟、包振）1.同步电机概述：主要用于发电机，也可用于电动机，其定子结构与异步电机相同，区别主要在转子侧。
同步电机的转子装有磁极，通入直流电流励磁，具有确定的极性。
“同步”的体现：转子旋转的速度必须严格和定子磁场同步。
2.同步电机的转速与负载的大小无关，计算公式为pfn 60=，当同步电机并入无穷大电网时，其转速固定，无法通过各类调节来改变。
3.同步电机的结构和分类：同步电机有旋转电枢式（磁极装在定子上，用于小容量同步电机中）和旋转磁极式（磁极装在转子上，为大中型同步电机的基本形式）两种，主要以旋转磁极式为主。
旋转磁极式同步电机又分为隐极式和凸极式两种隐极式电机的代表：汽轮发电机；凸极式代表：水轮发电机。
4.同步发电机的额定值①额定电压UN （V 、kV ）：额定运行时定子三相绕组上的线电压。
②额定电流IN （A 、kA ）：额定运行时流过定子绕组的线电流。
③额定功率因数cos φN:额定运行时输出有功功率和视在功率比值。
④额定效率ηN ：额定运行时的效率⑤额定容量S N =NN I U 3对发电机是出线端额定视在功率，单位为VA ，kVA 或MVA 对调相机是出线端额定无功功率，单位为var ，kvar 或Mvar ⑥额定功率P N对发电机是额定输出有功电功率P N =S N cos ϕN =N N I U 3cos ϕN对电动机是轴上输出额定机械功率P N =S N cos ϕN ηN =N N I U 3cos ϕN ηN5.同步发电机的空载运行（1）过程建立：转子励磁绕组通以直流励磁电流→形成静止磁场→转子由原动机拖动以同步转速旋转→静止磁场跟随转子一起转动，形成运动的磁场→交变的磁场在定子的三相对称绕组中感应出电动势。
因为定子电枢绕组开路，电枢电流为零，磁场全部由转子电流建立，因此漏磁通仅与转子励磁绕组交链。
感应电动势的计算：若主磁场B0在气隙中正弦分布，且以同步速n1旋转，则在定子绕组中产生对称三相电动势：︒∙︒∙︒∙∠=∠=∠=240,120,0000000E E E E E E C B A 有效值：0111044.4φN k N f E =(601pn f =)隐极机的励磁磁动势是矩形波，凸极机的励磁磁动势是阶梯波。
电机学第六章同步电机
交流主励磁机（100Hz）
～
自励 恒压器
可控 整流器
～
不可控 整流器
主发电机 ～
电流互感器
电压互感器
静止整流器励磁
电压 调整器
优点：运行、维护方便，没有直流励磁机，使励磁容量得以提高，因而在大 容量汽轮发电机 中得到了广泛的应用。
缺点：存在电刷、集电环的滑动接触（薄弱环节）。
• 自励式 主发电机发出的功率经静止整流器整流为直流，然后通过电刷和集电环通入到主发电机的励磁 绕组中。
当ψ角为不同值的电枢反应
Ψ=00 Ψ=900 Ψ=-900 00<Ψ<900 -900<Ψ<00
位置 q轴 d轴 d轴 d、q轴 d、q轴
电枢反应性质 交轴
直、去 直、增 交、直去 交、直增
负载性质 R L C
R、L R、C
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波波形
幅值大小
位置
转速
励磁 磁动势
正弦波
恒定，由励磁电流决 由转子位置决定 由原动机的转速
Z
N
ns S
B
X
Fa
Y n s A相轴线 C Faq
电流超前电动势的向量图
FaqFacoψs 交磁
Fad Fa sin ψ 与Ff同 向，对 d轴磁场有加 强作用称之为助磁。
直轴电枢反应的影响 • 电机单机运行时，直轴电枢反应将直接影响端电压的大小。去磁时，端电压降低；助磁时 端电压升高。
• 并网运行时，直轴电枢反应影响电机输出的无功功率。
D2 5 ~ 7 L2
• 励磁绕组为集中绕组
• 立式结构
• 阻尼绕组
水轮发电机的转子结构
同步电机设计手册
同步电机设计手册目录1. 引言2. 同步电机基本原理3. 同步电机的分类4. 同步电机设计参数4.1 额定功率4.2 极数4.3 级数4.4 定转子槽数4.5 定转子理论磁链4.6 定子谐振方式4.7 外形尺寸4.8 铁心与磁路5. 同步电机设计流程5.1 确定工作条件5.2 选择电机类型5.3 计算额定功率及负载类型5.4 计算电机的额定功率及电压5.5 选择合适的电机极数、级数、槽数5.6 计算定子和转子的理论磁链5.7 设计定子谐振方式5.8 确定电机的外形尺寸5.9 设计铁心和磁路6. 同步电机设计的注意事项6.1 避免谐振6.2 保持磁路稳定性6.3 降低温升6.4 提高效率7. 同步电机设计实例8. 结论9. 参考文献本手册旨在介绍同步电机的设计原理和流程，并提供设计实例以供参考。
同步电机是一种常用的电动机，在工业和家用领域具有广泛应用。
通过深入了解同步电机的设计参数和注意事项，能够指导工程师在设计过程中做出正确的决策，以获得高效、可靠的同步电机。
手册中提到的参数和设计流程经过严谨的理论推导和实践验证，有助于读者获得全面的设计知识，并能够根据具体要求进行灵活的应用。
在设计同步电机时，需要考虑的参数包括额定功率、极数、级数、定转子槽数、定转子理论磁链、定子谐振方式、外形尺寸等。
这些参数的选择和计算是设计的基础，通过正确的计算和分析，可以使同步电机在工作过程中达到理想的效果。
设计同步电机的流程包括确定工作条件、选择电机类型、计算额定功率及负载类型、计算电机的额定功率及电压、选择合适的极数、级数、槽数、计算定子和转子的理论磁链、设计定子谐振方式、确定电机的外形尺寸、设计铁心和磁路等步骤。
在每一步设计过程中，都需要根据实际情况进行计算和分析，以确保设计的可行性和有效性。
在设计同步电机时，需要注意避免谐振、保持磁路的稳定性、降低温升和提高效率。
这些注意事项是在设计过程中需要特别关注的问题，通过合理的设计和选材，能够有效地解决这些问题，提高同步电机的性能和可靠性。
第12章 同步电机的
第三节 同步电机的基本原理
一、同步电机的基本原理：
当同步发电机的转子在原动机的拖动下达到同步转速n1 时，由于转子绕组是由直流电流If 励磁， 所以转子绕组在气 隙中所建立的磁场相对于定子来说是一个与转子旋转方向相 同，转速大小相等的旋转磁场。该磁场切割定子上开路的三 相对称绕组， 在三相对称绕组中产生三相对称空载感应电 动势E0 。若改变励磁电流的大小则可相应地改变感应电动 势的大小，此时同步发电机处于空载运行。 当同步发电机带负载后，定子绕组构成闭合回路，产 生定子电流，该电流是三相对称电流，因而要在气隙中产生 与与转子旋转方向相同，转速大小相等的旋转磁场。此时定、 转子间旋转磁场相对静止，气隙中的磁场是定、转子旋转磁 场的合成。由于气隙中磁场的改变，定子绕组中感应电动势 的大小也将发生变化。
2、交流励磁机旋转整流系统
2、交流励磁机旋转整流系统
静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能 输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其 励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。 旋转电枢式 在大容量的同步发电机中常采用不需要电刷和集电 环的旋转整流器励磁系统。 主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电 枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直 接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁 电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流 后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置— —无刷励磁系统。
二、隐极同步电机的空载磁势
励磁绕组（分布绕组）埋于转子槽内，沿转子圆周气隙 近似均匀。
波形系数 kf Ff 1 Ff
阶梯形波幅值： Ff=IfNf
励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形，受齿槽的影响,气 隙磁密呈现出波动变化。 用傅里叶极数可求出其基波分量 合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦 波。如无特殊说明，以后仅考虑磁通密度的基波分量
同步电机的三种运行状态及特点
同步电机的三种运行状态及特点
同步电机是一种电动机，具有与交流电源同步运行的特性。
同步电机的运行状态可以分为三种：同步运行状态、失步运行状态和过励磁运行状态。
同步运行状态是指电机的转速与交流电源的频率相等，这时电机的转速和电源频率之间的比值就是同步速度。
同步电机运行时转矩稳定，性能稳定可靠，但是启动时需要外部助力。
失步运行状态是指电机的转速低于同步速度，这时电机的转矩会减小，性能不稳定。
失步运行常常发生在电机负载过重或者启动阻力较大的情况下。
过励磁运行状态是指电机的励磁电流超过额定值，会导致电机过热甚至烧毁。
过励磁运行常常发生在电机负载突然减小或者电源电压波动较大的情况下。
综上所述，同步电机的三种运行状态各具特点，需要根据不同的使用情况进行选择和控制，以保证电机的正常工作和安全运行。
- 1 -。
同步电机
㈡ 转速特性与启动步骤 当在定子绕组中通入三相交流电以后， 当在定子绕组中通入三相交流电以后，在气隙中则产生旋转磁 转子绕组加入直流励磁以后，在气隙中生成静止的转子磁场。 场。转子绕组加入直流励磁以后，在气隙中生成静止的转子磁场。 定、转子磁场之间存在较大的相对运动，转子上的平均转矩为零， 转子磁场之间存在较大的相对运动，转子上的平均转矩为零， 所以同步电动机不产生起动转矩。因此，在同步电动机起动时， 所以同步电动机不产生起动转矩。因此，在同步电动机起动时，我 们经常采用的是异步起动方法。 们经常采用的是异步起动方法。 异步启动法： 异步启动法：在磁极表面上装设有类似异步电机笼型导条的短路绕 称为起动绕组。在起动时， 组，称为起动绕组。在起动时，气隙旋转磁场将在转子上的起动绕 组中感应电流，电流和磁场相互作用产生电磁矩转， 组中感应电流，电流和磁场相互作用产生电磁矩转，使同步电机转 动起来（如同感应电机）。待速度上升到接近同步转速时， ）。待速度上升到接近同步转速时 动起来（如同感应电机）。待速度上升到接近同步转速时，再给转 子绕组通入直流电流，产生转子磁场， 子绕组通入直流电流，产生转子磁场，此时它和定子磁场间得到转 速已非常接近，依靠这两个磁场间相互吸引力， 速已非常接近，依靠这两个磁场间相互吸引力，使转子与定子磁场 同步旋转。所以同步电动机的起动过程可以分为两个阶段： 同步旋转。所以同步电动机的起动过程可以分为两个阶段： 首先按异步电机方式起动，使转子转速接近同步转速。 （1）首先按异步电机方式起动，使转子转速接近同步转速。 转子绕组通入直流电流，产生转子磁场，使转子牵入同步。 （2）转子绕组通入直流电流，产生转子磁场，使转子牵入同步。
大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应. 大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应.
电机学-同步电机的最基本知识和结构
检查电机紧固情况
定期检查电机各部件的紧固情况， 包括地脚螺丝、端盖、轴承盖等， 确保没有松动或脱落现象。
润滑轴承
根据电机使用情况和要求，定 期对电机轴承进行润滑，保证 轴承运转灵活、无异常声响。
监测电机运行参数
定期监测电机的电压、电流、 温度等运行参数，确保电机在
允许范围内运行。
常见故障类型及原因分析
应用领域及重要性
应用领域
同步电机广泛应用于电力、冶金、石油、化工、纺织、造纸 等工业领域，以及交通运输、国防、航空航天等领域。
重要性
同步电机在国民经济和国防建设中占有重要地位。作为电动 机，它可驱动各种机械设备，实现生产过程自动化和电气化 ；作为发电机，它是电力系统中的重要组成部分，为工农业 生产和人民生活提供电能。
电机不能启动或启动困难
可能原因包括电源故障、电机内部故 障（如绕组短路或开路）、负载过重 等。括 轴承磨损、转子不平衡、气隙不均匀 等。
电机过热
可能原因包括过载、散热不良（如风 扇故障或散热片堵塞）、环境温度过 高等。
电机绝缘性能下降
可能原因包括绝缘老化、潮湿、污染 等，会导致电机漏电、匝间短路等故 障。
04
同步电机运行特性及性能 指标
空载运行特性
空载电压波形
同步电机在空载运行时，其端电 压波形应为正弦波，且波形畸变
率小。
空载电流
空载电流较小，通常为额定电流的 20%～30%，主要用于电机铁芯的 磁化。
空载损耗
主要包括铁损耗和机械损耗，用于 衡量电机在空载状态下的效率。
负载运行特性
负载电压波形
02
同步电机结构组成与部件 功能
定子部分
定子铁芯
构成电机磁路的一部分，并嵌放定子 绕组。一般采用0.5mm厚的硅钢片 冲制叠压而成，以减少涡流引起的热 量。
永磁式同步电机的特点及其分类
永磁式同步电机的特点及其分类永磁式同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；但它与异步电机相比，也有成本高、起动困难等缺点。
和普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。
永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。
近年来，随着永磁材料性能的不断提高和完善，特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展，加上永磁电机研究开发经验的逐步成熟，经大力推广和应用已有研究成果，使永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面获得越来越广泛的应用。
正向大功率化(高转速、高转矩)、高功能化和微型化方面发展。
目前，稀土永磁电机的单台容量已超过1000KW，最高转速已超过300000r/min，最低转速低于0.01r/min，最小电机的外径只有0.8mm，长1.2mm。
我国是盛产永磁材料的国家，特别是稀土永磁材料钕铁硼资源在我国非常丰富，稀土矿的储藏量为世界其他各国总和的4倍左右，号称“稀土王国”。
稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。
因此，对我国来说，永磁同步电动机有很好的应用前景。
充分发挥我国稀土资源丰富的优势，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种永磁电机，对实现我国社会主义现代化具有重要的理论意义和实用价值。
永磁同步电动机的转子磁钢的几何形状不同，使得转子磁场在空间的分布可分为正弦波和梯形波两种。
因此，当转子旋转时，在定子上产生的反电动势波形也有两种：一种为正弦波；另一种为梯形波。
这样就造成两种同步电动机在原理、模型及控制方法上有所不同，为了区别由它们组成的永磁同步电动机交流调速系统，习惯上又把正弦波永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机(PMSM)调速系统；而由梯形波(方波)永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似，故称这种系统为无刷直流电动机(BLDCM)调速系统。
- 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)。
同步电机的分类
同步电机是转子转速等于同步转速的一类交流电机。
按照功率转换关系，同步电机可分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三类。
1.三相同步发电机
三相同步发电机由定子和转子两大部分组成。
按结构型式分为转磁式和转枢式两种，其中转磁式应用广泛。
转磁式同步发电机定子结构与三相异步电动机相同。
其基本工作原理是：在转子励磁绕组中通入直流电产生恒定磁场，由原动机带动转子旋转形成旋转磁场，旋转磁场切割对称三相定子绕组产生对称三相正弦交流电，频率为。
2.三相同步电动机
三相同步电动机的基本结构与同步发电机相同，但转子一般采用凸极式结构。
其基本工作原理是：对称三相定子绕组通入对称三相正弦交流电产生旋转磁场。
转子励磁绕组通入直流电产生与定子极数相同的恒定磁场。
同步电动机就是靠定、转子之间异性磁极的吸引力由旋转磁场带动磁性转子旋转的。
如果负载过重，同步电动机将停转，这种现象称为同
步电动机的“失步”。
只要同步电动机的过载能力允许，采用强行励磁是克服同步电动机“失步”的有效方法。
当定子绕组接通电源时，旋转磁场立即产生并高速旋转。
转子由于惯性，根本来不及跟着旋转。
当定子磁极迅速越过转子磁极时，前后两次作用在转子磁极上的磁力大小相等、方向相反、间隔时间极短，平均转矩为零，因此同步电动机不能自行启动。
同步电动机通常采用异步启动法启动：在转子上装有笼型启动绕组。
启动时将励磁绕组用一个10倍于励磁电阻的附加电阻连接成闭合回路。
当旋转磁场作用于笼型启动绕组使转子转速达到同步转速的95%时，迅速切除附加电阻，通人励磁电流，使转子迅速拉入同步运行。
当同步电动机处于同步运行时，笼型启动绕组是不起作用的。
同步电机。