同步电机结构
同步电机型式和结构
同步电机型式和结构一、转子型式同步电机的定子结构与异步电机相像。
而转子结构有着自己的特点。
依据原动机的特点(汽轮机、水轮机)，同步电机的转子也制成两种型式与之配套。
（1）凸极式（Salient-pole）凸极式转子上有明显凸出的成对磁极和集中励磁绕组。
多极电机做成凸极结构，工艺较为简洁，所以凸极电机与转速较低的水轮机相配套。
（2）隐极式（Cylindrical-Rotor）隐极式转子上没有凸出的磁极。
转子本体表面开有槽，槽中嵌放励磁绕组。
隐极转子适合于2极高速电机，常与大容量高转速汽轮机(线速度可达170米/秒)配套。
考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为简单。
二、结构特点汽轮发电机（Turbogenerator）定子铁心：叠片结构：圆形或扇形冲片。
机座：由钢板焊接而成-能满意强度-刚度-通风-散热的需要。
定子绕组：要有足够的绝缘强度(高压)，一般采纳B 级或F 级绝缘。
转子：采纳隐极式。
瘦长-铣槽-槽型-同心式励磁绕组-不导磁槽楔。
水轮发电机（Hydraulic turbine generator）极数多-直径大-轴向长度短-立式。
定子铁心由扇形电工钢片拼叠。
有径向通风沟。
转子采纳凸极式，磁极由厚度为1～2mm的钢片叠成，阻尼绕组(起动绕组)抑制短路电流和减弱电机振荡，磁极与磁极轭部采纳T 形或鸽尾形连接。
其他形式:核电，潮汐，柴油机，风力，地热，太阳能......三、励磁方式简介获得励磁电流的方法称为励磁方式。
目前采纳的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将沟通转化成直流后供应励磁的整流器励磁系统。
(1)直流励磁机励磁直流励磁机通常与同步发电机同轴，采纳并励或者他励接法。
采纳他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供应。
(2)静止整流器励磁同一轴上有三台沟通发电机，即主发电机、沟通主励磁机和沟通副励磁机。
同步电机的结构
同步电机的结构
同步电机是一种常见的交流电机，其结构主要由转子、定子、端盖、轴承等组成。
转子是同步电机的核心部件，通常由磁性材料制成。
转子上有若干个极对，每个极对上都有一个电极，通过电源供电，使得转子上的电极产生磁场。
定子是另一个重要的部件，通常由三相绕组组成，绕组中的电流产生的磁场与转子上的磁场相互作用，从而产生转矩，驱动转子旋转。
同步电机的端盖通常由铸铁或铝合金制成，用于固定转子和定子，同时也起到密封作用。
轴承则用于支撑转子和定子，使其能够平稳旋转。
同步电机的结构简单、可靠，具有高效、高功率密度、高精度等优点，广泛应用于工业生产、交通运输、航空航天等领域。
同时，随着科技的不断进步，同步电机的结构也在不断优化，以满足不同领域的需求。
同步电动机的结构特点和工作原理
同步电动机的结构特点和工作原理同步电动机是一种常见的旋转电动机，也被称为同步机。
它的工作原理基于电磁感应和电磁力的相互作用。
本文将重点介绍同步电动机的结构特点和工作原理。
一、同步电动机的结构特点1. 定子结构：同步电动机的定子由若干个相同的定子线圈组成。
这些线圈一般均匀地分布在定子铁心上，并按照一定的排列方式连接。
定子线圈一般采用导电线圈绕制而成，导电线圈之间通过绝缘材料进行隔离，以防止电流短路。
2. 转子结构：同步电动机的转子通常是由永磁体构成，也可以通过直流电源或交流电源提供励磁，以形成磁场。
转子一般采用圆形或长条形的形状，具有一定的磁导率和导磁性能。
转子的形状和材料的选择对同步电动机的性能具有重要影响。
3. 传动机构：同步电动机的传动机构通常是由轴、轴承和联轴器组成。
轴承起到支撑和固定转子的作用，联轴器用于连接电动机和外部负载，传递力和扭矩。
4. 冷却系统：同步电动机由于工作过程中会产生大量的热量，所以通常需要配备冷却系统。
冷却系统可以通过通风散热、水冷或气冷等方式来降低电动机的温度，保证其正常运行。
5. 控制系统：同步电动机的控制系统包括调速装置、控制器和传感器等。
调速装置可以调节电动机的转速和扭矩，控制器用于控制电动机的启动、停止和运行状态，传感器用于实时监测电动机的运行参数。
二、同步电动机的工作原理同步电动机的工作原理基于电磁感应和电磁力的相互作用。
当电动机通电时，电流通过定子线圈，产生的磁场会与转子上的磁场相互作用，从而使转子受到电磁力的作用而转动。
1. 磁场同步：同步电动机的转子上的磁场与定子线圈产生的磁场同步运动。
这意味着转子上的磁场和定子线圈的磁场具有相同的频率和相位，使得转子能够以同步速度旋转。
2. 磁场锁定：同步电动机在运行时可以实现磁场的锁定。
这意味着当电动机的负载发生变化时，磁场可以自动调整以保持同步。
这种磁场锁定特性使得同步电动机在变负载情况下仍能保持稳定的运行。
3. 高效率：同步电动机具有较高的效率。
电机与拖动第5章同步电机课件
◆结论（对于同步发电机）：
① 交轴电枢反应使气隙磁场发生畸变，F0 始终 超前于 F，即主极磁场超前于气隙合成磁场， 使主磁极始终受到一个制动性质的 Te 的作用， 原动机克服该制动转矩而做功，从而实现了 机械能到电能的转换。
② 直轴电枢反应产生去磁或增磁作用，对同步 电机的运行性能影响很大。
四、三相同步电机的运行状态
Fa = Fad＋Faq I1 Id Iq
Id I1 sin
Iq
I1
cos
2. 基本方程式 电磁关系(不计磁路饱和) ：
Uf If
F0 0 E0
Id Fad ad Ead
E1
U1 I1
Iq Faq aq Eaq
s Es
R1I1
E1 E0 Ead Eaq
因为 Ead ∝ad ∝Fad ∝Id
• 关于相序：
转向及绕组相序已标明；或用相序指示器判断。
• 关于空载端电压： 调节 If → 调节 E0 ；调节瞬时速度→改变相位。
• 关于频率：调节 n →调节 f 。
二、并联运行的方法
1. 准确整步法
方法：把 G 调整到完全符合并网条件时，才投入电网。 缺点：手续繁琐，费时较多。
2. 自整步法
If = f ( I1)
三、效率特性
1
P P2 P
100 %
※ N = 94% ~ 98.5%； 氢冷时，N 增加约 1%。
5.6 同步发电机与电网的并联运行
一、并联运行的条件
1. 发电机的相序与电网相序一致 2. 发电机的频率与电网频率相同 3. 发电机的端电压与电网电压相等
1. 发电机的相序与电网相序一致
5.1 同步电机的基本结构和额定值
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。
同步电机内部结构
同步电机内部结构
同步电机的内部结构通常由以下几个主要部分组成：
1. 转子（Rotor）：转子是同步电机的旋转部分，通常由铁芯
和导体构成。
转子上的导体以特定方式分布，形成一组对称的磁极。
2. 定子（Stator）：定子是静止的部分，通常由铁芯和绕组构成。
定子上的绕组通常由三相对称的绕组组成，用于产生磁场。
3. 外壳（Casing）：外壳是用来固定转子和定子并保护其内部
结构的部分。
外壳通常由金属或塑料制成。
4. 轴承（Bearings）：轴承用于支撑转子并使其能够旋转。
同
步电机通常采用滚动轴承或滑动轴承。
5. 冷却系统（Cooling System）：由于同步电机在工作过程中
会产生较多的热量，所以通常需要一个冷却系统来散热，保持电机的正常运行。
需要注意的是，不同类型的同步电机内部结构可能会有所不同，例如感应电动机的转子通常是短路的，而永磁电机的转子则嵌有永磁体。
此外，还有一些新增的部件，如传感器用于反馈控制等。
所以同步电机的内部结构可能会有一些差异。
同步交流电机的结构
同步交流电机的结构交流电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。
电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。
交流电动机由定子和转子组成,并且定子和转子是采用同一电源,所以定子和转子中电流的方向变化总是同步的,即线圈中的电流方向变了,同时电磁铁中的电流方向也变,根据左手定则,线圈所受磁力方向不变,线圈能继续转下去。
由定子和转子两大部分组成。
同步电动机的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。
同步电动机的转子由磁极、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。
一、同步电动机有如下特点：1、功率因数超前，一般额定功率因数为0。
9，有利于改善电网的功率因数，增加电网容量。
2、运行稳定性高，当电网电压突然下降到额定值的80%时，其励磁系统一般能自动调节实行强行励磁，保证电动机的运行稳定。
3、过载能力比相应的异步电动机大。
4、运行效率高，尤其是低速同步电动机。
二、启动方式：同步电动机多数在转子上装有类似与异步电机笼式绕组的启动绕组。
再励磁回路串接约为励磁绕组电阻值10倍的附加电阻来构成闭合电路，把同步电动机的定子直接接入电网，使之按异步电动机启动，当转速达到亚同步转速（95%）时，再切除附加电阻。
电机学课件同步电机结构ppt课件
为磁路的磁化特性
1 c
一般将发电机的空载额定电压
设计于弯曲部分C点
0
10/2006 C.B.Zeng
d
If(Ff)
30
3.电机磁路的饱和系数
Ks
Ff0 F
ac ab
dn dc
(
Ks
1.1 ~ 1.25) E0 ( 0)
2 n
气隙线:将空载特性
ab
的直线部分延长得线
c
段2，称为气隙线。
设oa代表额定电压， 则 ac为产生额定电压所需
F
Ff0
0
gd
磁势:
Ff0 ac ab bc F FFe
10/2006 C.B.Zeng
1
31
Ff0 ac ab bc F FFe
ab=F：不计饱和时产生oa电压所需磁势，称为气隙磁势。
bc=FFe：由于饱和，使得产生 oa电压的磁势增大的部分，
电枢反应 概念：内功率因数角ψ 不同情况电枢反应分析
10/2006 C.B.Zeng
36
1、电枢反应的定义：
I f
F f
随转子旋转（n1) 基波F f 1(n1 ) E0
f1
Pn 60
接三相对称负载
或加三相对称电源 i三相对称，f1 电枢磁势Fa
大 转 转
小
速 向
Fa
1.35 WKW 1 P
亦如图示方向。此时A相
Fa 出现在A相轴线上。
F
1
d轴 Ff
B轴
q轴
A轴
Fa
Y
C
A
X
NS
Z n1 B
C轴
10/2006 C.B.Zeng
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•n
•a •b
•1
•c
•F •Ff0 •0 •g •d
•If(Ff)
3C7.B.Zeng •空载特性的工程应 用
① 将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比 较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说 明该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。
如太饱和，将使励磁绕组用铜过多，且电
压调节困难
（3） 转向：和转子转向一致 （4） 极对数：和转子磁极的极对数相同
4C2.B.Zeng
•励磁磁势和电枢磁势的区别
4C3.B.Zeng
4C4.B.Zeng
•
•准备工作
三个角
• 四个轴
4C5.B.Zeng
•2. 电枢反应的性质
• 电枢反应的性质(助磁、去磁或交磁）取决于 电枢磁势基波与励磁磁势基波的空间位置； 这一相对位置与励磁电势E0和电枢电流I之间 的相位差，即角度有关
同步电机结构
2C.B.Zeng
第十六章 同步发电机的基本电磁关系
16-1 同步电机的基本工作原理
•同步电机的基本结构
•N
•If
•n
•S
•定子上嵌放有对称 三相绕组a-x、b-y、
•c转-z子绕组通以直流电流 形成分布磁场，
•匝链定子上的各相绕组 。
3C.B.Zeng
•同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁
•d轴
•相轴 •时轴
•q轴
•
• •
•
•
•的直轴分量（无功分量 ）
•的交轴分量（有功分量 ）
6C0.B.Zeng
• 电枢磁势和电枢电流分量
6C1.B.Zeng
•当ψ角为不同值的电枢反应
6C2.B.Zeng
•有功电流产生电磁力，并形成电磁转 矩
•
•无功电流产生电磁力，不形成电磁转 矩
6C3.B.Zeng
•直轴助磁电枢反应
5C6.B.Zeng
•q轴
•A轴
•
1
•d轴
•Y
•C
•A •N
•S
•X
•Z •n1 •B
•
1
•相轴
•时轴 •q轴
•时轴
•
1
•d轴
5C7.B.Zeng
•可见， 超前 900相 位时，电枢磁势 的 方向总与励磁磁势 的方向相同。它们直接 相加得气隙中合成磁势 • 的电枢反应是纯粹 助磁的。 又位于d轴 ，又称
•相轴 •时轴 •q轴
•
1
•d轴
5C8.B.Zen锐角）。
滞后励磁
•时轴
•q轴 A 轴
•Y •C
•ψ
•d轴 •Ff
•Ψ+90
0
•Fa
•A •N
•S •X
•Z •B
•既有交轴又有直轴去磁电枢反应
5C9.B.Zeng
•可见此时电枢磁势
滞后 （ +900 ）
此时电枢应兼有去磁 及交磁两种性质。
•带阻尼绕组的凸极同步电机转 子
•水轮发电机定子分段铁心
1C8.B.Zeng
•N
•S
•S
•+
•N
•凸极式
1C9.B.Zeng
2C0.B.Zeng
2C1.B.Zeng
2C2.B.Zeng
2C3.B.Zeng
•凸极同步电机
• 凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机 的基本相同，所不同的只是转子结构。
同步电动机系列有TD、TDL等，TD表示同步电动机，后 面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步电动 机；TDL表示立式同步电动机。同步补偿机为TT系列
2C6.B.Zeng
额定值
一 额定容量SN或功率PN：长期安全运行的最大允 许输出功率。
二 额定电压UN：额定工况时，线电压 三 额定电流IN：额定工况时，线电流 四 fn fn=50Hz 五 nN 额定运行时电机转速 六 额定功率因数（cosN）额定有功功率和视在
•ea
•N
•If
•n
•S
•ec
•eb
•转子通直流电流 If
•励磁磁场Bf
•随转子旋转 •电枢感应电势 •角速度ω
•三相对称负 •三相对称电 •旋转基波
•载运行时
•枢电流 iabc •磁势
•(同步电机)
16-2 4C.B.Zeng 同步电机的构造特点
同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极 形状可分为隐极和凸极两种型式。
• 凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕 组等部分构成。
2C4.B.Zeng
同步电机的构造特点
1、定子：铁心，绕组 2、转子：凸极式
隐极式 3 气隙：比异步电机大。气隙处于电枢内圆和转
子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁 场的分布和同步电机的性能有重大影响。
2C5.B.Zeng
•2.时间向量图 •将时间向量图的参考轴与 A相绕组轴线取重合
•
1
•d轴
•3．时空相矢量图 •三相电流对称， 仅以A相代表 。
•相轴
•时轴 •q轴
5C0.B.Zeng
•: 在定子中感应电势 。 •⊥ ：交轴电枢反应
•相轴
•
•时轴 •q轴
1
使气隙磁势 增加，且由
•d轴
直轴后移一个角度。
•3、使得转子励磁绕组受一阻力矩（制动力矩） 这样要维持n1，必须输入更多的有功。
3 主磁路(0的路径)
主极铁心→气隙→电枢齿 →电枢磁轭→电枢齿→ 气隙→另一主极铁心→ 转子磁轭。
• 隐极同步电机的空载磁 势 2C9.B.Zeng
•3 •4 •4′•3′ •2′•1′ •1•2
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。
用谐波分析法可求出其基波分量 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
•汽轮发电机转子加工
1C2.B.Zeng
1C3.B.Zeng
1C4.B.Zeng
•汽轮发电机组
1C5.B.Zeng
•2、水轮发电机结 构•(1)立式水轮发电机
•(2)卧式水轮发电机
1C6.B.Zeng
•2、水轮发电机结构
•(3)灯泡贯流式水轮发电机
1C7.B.Zeng
•凸极同步电机结构实物图
磁势分析 1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波 电Fa枢磁势
（1） 大小：
（2） 转速：
(r/min)
（3） 转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同
（4）极对数：和转子极对数Ｐ相同，决定于绕组的节
2距、y 转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势Ff1
（1） 大小：
（2） 转速：和转子转速一样为同步速
•n
•基波电动势 •E0=4.44fWkW1Φ0 ： •0 ：磁极的基波每极磁通。 •W：每相定子绕组串联匝数。
3C3.B.Zeng
2．空载特性：
•当转子以恒定转速n旋转时，
•与 •曲线相似(成比例)
•为磁路的磁化特性
•( )
•1
•c
•一般将发电机的空载额定电
压设计于弯曲部分C点
•0
•d
•If(Ff)
电流最大。三相合成电枢磁势 出现在A相轴线上。
•q轴
•A轴
•
1
•d轴
•B轴
•Y
•C
•A •N
•S
•X
•Z •n1 •B
•C轴
•时轴
•
1
4C8.B.Zeng
•q轴
•A轴
•
1
•d轴
•Y
•C
•A •N
•S
•X
•Z •n1 •B
•B轴
•C轴
•相轴
•
•时轴 •q轴
1
•时轴
•
1
•d轴
4C9.B.Zeng
•可见 始终位于交轴上 ，称为 （交轴磁势）。
➢ 凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合 ➢ 隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于 • 高速旋转
5C.B.Zeng
•
国产300MW汽轮发电机
6C.B.Zeng
•1、汽轮发电机结构
•300MW水氢冷发电机结构
7C.B.Zeng
•隐极同步电机结构实物图
•汽轮发电机完工后的定子
3C4.B.Zeng
3.电机磁路的饱和系数
气隙线:将空载特性 的直线部分延长得线 段2，称为气隙线。
•设oa代表额定电压， 则 ac为产生额定电压所需 磁势:
•(
•2
) •n
•a •b
•1
•c
•F •Ff0 •0 •g •d
3C5.B.Zeng
•ab=F：不计饱和时产生oa电压所需磁势，称为气隙磁势
•相轴 •时轴 •q轴
•
1
•2. 转子旋转不受影响，发
•d轴
电机供给纯感性（ =900
）或纯容性（ =-900 ）
无功负载时，不需原动机
载入功率。
5C5.B.Zeng
•三、 ）
超前
•时 轴
900 的电枢反应（ =-900
•q轴 A轴
•Y
•C
•ψ
•d轴 •Ff •Fa
•A
•N
•S •X
•Z
•B
。 •bc=FFe：由于饱和，使得产生 oa电压的磁势增大的部分，
FFe用以克服铁心磁阻所需磁势 。且FFe铁心越饱和越大。
•( •2
) •n
•a •b
•1
•c •c '
•当E0=UN 时：
•F •Ff0 •0 •g •d