同步电机的基本知识及结构

额定功率因数 cosφN：电机在额定运行时的功率因数。 额定效率ηN：电机额定运行时的效率。 额定励磁电压Uf（V）和额定励磁电流if（A） 额定温升（℃）
2．自复励半导体励磁系统
1 GS ～
7
0 A B C
3
5
2
6
4
1－发电机 2－励磁变压器 3－功率电流互感器 4－可控整流器 5－整流器 6－自 动励磁调节器 7－起励装置
3．相复励励磁系统（相位补偿复励式励磁系统）
0 A B C
3
1 2
I
4
6
5
1－发电机 2－线性电抗器 3－电流互感器 4－桥式整流器 5－整定电阻 6－起励装 置
假设：发电机一对极，气隙磁密按正弦分布，转子旋转一周导体中感应电 动势变化见下图：
Y
C
Y
C
. . A
N
S
XA
n1
Z
Z B
S
X
N
n1
B
1）ea = Emax
2）ea = 0
. .
Y
C
A
. . S
N
X
n1
Z
B
3）ea =-Emax
Y
C
N
A
X
S
n1
Z
B
4）ea = 0
同理：p 对极转子旋转一周，导体感应电动势变化 p个周波。
§7-1 概述
同步的概念：
转子与电枢旋转磁场以相同的速度旋转，称之为同步，有此特征的电机 称为同步电机。
同步电机转子转速n、定子电动势频率f和极对数p之间有严格不变的关系：
n 60 f (r / min) p
我国电力系统的交流电频率为50Hz，极对数和转速关系如下：
n 60 50 3000 ( r / min)
2）电动机：适用于不要求调速的生产机械，可提高电网功率因数。 （驱动空气压缩机、鼓风机、球磨机）
3）调相机：调节无功功率，改善电网功率因数。
二、同步电机的结构 同步电机的基本构成：定子铁心、转子铁心、气隙、励磁绕组、电枢绕 组。
1 汽轮发电机
转子：
定子：
2 水轮发电机
转子：
定子：
§7-3 同步电机的基应如何布置？
a
a
a
a
S
N
S
N
p对极电机、转子转速n，则交流电动势的频率： f pn (Hz) 60
转子转速与电枢旋转磁场转速的关系：
1）电势频率为f的p对极电机电枢绕组的基波旋转磁动势表达式：
f1 F1 cost p
2）电枢旋转磁场角速度： 1
d
dt
d dt
1－主发电机 2－主发电机励磁绕组 3－交流主励磁机 4－交流主励磁机励磁绕 组 5－永磁中频副励磁机 6－永磁中频副励磁机转子 7－旋转整流器 8－可控整 流器
二、自励式励磁系统 1．自并励半导体励磁系统
GS 3～ 1
5
0 A B C
2
4
3
1－发电机 2－励磁变压器 3－可控整流器 4－自动励磁调节器 5－起励装置
额定功率PN ： 1）同步发电机：发电机输出的额定有功功率。
PN SN cosN 3UN IN cosN
2）同步电动机：转轴输出的有效机械功率。
PN 3UN IN cosNN
额定电压UN：额定运行时电机定子三相线电压，单位：伏(V)、千伏(kV)。 额定电流IN：电机在额定运行时流过定子绕组的线电流，单位：安(A)。
p
p
§7-2 同步电机的基本类型及结构
一、同步电机的分类 1）按转子形状分类：（1）凸极式；（2）隐极式。
（a）凸极式
（b）隐极式
2）按旋转部位分类：（1）旋转磁极式； （2）旋转电枢式。
3）按励磁来源分类：（1）永磁同步电机； （2）电励磁同步电机。
4）按运行方式分类：
1）发电机
1）汽轮发电机—原动机为汽轮机。 2）水轮发电机—原动机为水轮机。 3）其他原动机带动的发电机—柴油 发电机、风力发电机等。
t
p
p
S
V
S/2
S/2
V/2
3）电枢旋转磁场转速：
n1
1
60
2
p
60
2
2 f
p
60
2
2 pn
60 p
60
2
n
旋转电机实现机电能量转换的基本条件：电枢磁动势的基波与励磁磁动势 转速相同，转向一致，它们在空间保持相对静止。定转子磁动势相对静止 是一切电磁感应型旋转电机正常运行的基本条件。
一、他励式励磁系统 1．直流励磁机励磁系统
if
If
L
Rf A
K
～G V
2．他励式静止半导体励磁系统
10 9
8
～G
～G
3
5
2
6 7
～G
1 4
1－主发电机 2－主励磁机 3－副励磁机 4－整流器 5－可控整流器 6－自励恒压 装置 7－自动励磁调节器 8－起励装置 9－感应调压器 10－整流器
3．旋转半导体励磁系统
电机的可逆性原理：任何一台同步电机，既可以作为同步发电机运行，也 可以作为电动机或调相机运行。
注意：同步发电机、同步电动机和同步调相机各有自己的特点，没有特殊 情况，不互换使用。
§7-4 同步电机的励磁方式
励磁系统：为同步电机工作时建立励磁磁场提供直流的电源及附属设备统 称为励磁系统。 励磁方式：获得励磁电流的方法。 按照励磁系统和发电机的关系，励磁系统可分为他励式和自励式两类。
该系统具有自励恒压特性，能自动调节发电机的励磁，使得在任何负载下 端电压都能稳定在一定范围内。
4．三次谐波励磁系统
1
6
A
2
B
C
0
5
3
4
1－发电机 2－励磁绕组 3－谐波绕组 4－整流器 5－调节电阻 6－集电环
§7-4 同步电机的额定值
额定容量SN：发电机出线端的额定视在功率。单位：千伏安(kVA)、兆伏安 (MVA)。 同步调相机用线端的额定无功功率来表示其容量。单位：千乏(kVAR)或兆 乏(MVAR)。
第二篇 同步电机
第七章 同步电机的基本知识及结构 第八章 交流电机的绕组和电动势 第九章 交流绕组的磁动势 第十章 同步发电机的基本电磁关系 第十一章 同步发电机的并联运行 第十二章 同步电动机和同步调相机 第十三章 同步发电机的不对称运行 第十四章 同步发电机的三相突然短路
重点内容：
1．掌握同步电机的基本工作原理； 2．掌握同步电机转子转速与电动势频率的关系； 3．了解同步电机的基本类型及结构； 4．了解同步电机的额定值。