同步发电机的运行原理
同步发电机的工作原理定义
同步发电机的工作原理定义
同步发电机的工作原理定义如下:
同步发电机是利用机械能带动发电机转子转动,在转子绕组中感应出交变电动势,并提供给电网的发电机。
其主要原理是:
1. 转子绕组在同步速度下切割磁场通量,按照法拉第电磁感应定律在转子绕组中感应出交变电动势。
2. 转子转动速度和电网频率保持同步,从而使转子绕组感应的电动势波形为正弦波,频率与电网一致。
3. 转子绕组输出的电动势经过整流后激励定子绕组,形成旋转磁场。
4. 定子绕组因切割旋转磁场从而输出电压频率与电网一致的交流电。
5. 通过调节转子绕组激励电流来控制交流输出电压的大小。
6. 采用自动电压调节系统来保证输出电压稳定。
7. 发电机通过增减转子的功角来实现与电网的并联运转。
综上,同步发电机通过转子和定子绕组的协同工作在同步速度下发出与电网一致的交流电。
同步发电机的原理
同步发电机的原理
发电机的工作原理是利用电磁感应，将电能转换成机械能。
在发电机内，定子绕组通入三相交流电后，在定子铁芯中形成闭合磁路，在转子的内部，定子绕组通入三相交流电后，在转子内部形成闭合磁路。
电机工作时，随着转子旋转，在定子铁芯中产生感应电流，并在转子绕组中感应出电压。
同步发电机是一种以电力电子技术为基础的新型电机。
它的转子上装有两组互相正交的同步旋转的励磁装置，分别称为励磁电路。
当用一定频率的交流电通过励磁电路时，可使两个线圈产生感应电动势。
当再给励磁机加上一定频率的交流电时，转子产生感应电流。
感应电流产生磁场，使得励磁电路中的磁极相对于电网中其它相的电轴产生相对位移。
电轴和磁极相对于电网中其它相发生相对位移时，电轴和磁极之间便产生了一个电动势（电压），这个电动势（电压）就是发电机的工作电压。
发电机是根据电磁感应原理制成的。
在旋转磁场中有两个相互垂直、且同速转动的定子绕组。
—— 1 —1 —。
同步发电机的运行原理概要
二、凸极同步发电机
图6.11 凸极同步电机的磁路 (a)直轴；(b)交轴
二、凸极同步发电机
二、凸极同步发电机
现在只讨论磁路不饱和情况。
同步发电机内的电磁关系如下：
If
Ff
0
E0
I
Id Iq
Fad
Faq
ad
aq
E ad
E aq
U Ira
E
二、凸极同步发电机
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应
F
Fa ( Faq )
1 d轴
E0
I
Ff
B0 (0 )
时空矢量图
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应 电枢磁势Fa滞 后励磁磁势Ff 90°，合成磁 势Fδ的大小略 有增加，分布 滞后励磁磁势 Ff一个锐角， 此时电枢反应 性质为交轴电 枢反应。
三、电枢反应
一、空载运行时的主磁通
从图可见，主极 磁通分成主磁通 Φ 0和漏磁通Φ fσ两 部分，前者通过 气隙并与定子绕 组相交链，后者 不通过气隙，仅 与励磁绕组相交 链。
0
f
一、空载运行时的主磁通
空载时： I=0 ，If≠0 , n=nN
空载时发电机内部电磁关系
0 E0 4.44 fNkN 10 I f Ff I f N f f 只增加磁极部分
同步发电机在对称负载下稳定运行时，维 持转速(频率)和功率因数为常数的条件下， 发电机的端电压U、负载电流I、励磁电 流If是3个主要的运行参数，它们都可以 在运行中被测量。 它们之间互有联系，当保持其中一个量为 常数，另外两个量之间的函数关系称为运 行特性。
同步发电机工作原理
同步发电机工作原理
同步发电机是一种采用电磁转矩原理工作的发电设备。
它的工作原理可以通过以下几个步骤来描述。
1. 电场产生：发电机中的励磁绕组（通常是一组电磁铁）被直流电源电流激励，产生磁场。
这个磁场称为励磁磁场。
2. 磁场旋转：当励磁绕组产生磁场后，转速恒定的主轴开始旋转，使得励磁磁场也随之旋转。
3. 电磁感应：旋转的磁场切割通过发电机绕组中的导线，产生感应电动势。
这个电动势的大小与磁场强度、导线长度和速度等因素有关。
4. 输出电流：感应电动势驱动负载电流从绕组中流过，这样就实现了电能的转换。
同时，为了使发电机能持续地产生电能，感应电动势还需克服负载电流的阻力，并推动电流在绕组中流动。
5. 扩散磁场：发电机的旋转会导致励磁磁场受到有限的扩散，以保持与导线磁场的相对运动。
这种扩散过程消耗了一部分机械功，因此在发电机的使用中需要注意功率损失问题。
总的来说，同步发电机利用旋转的磁场与导线的相对运动产生感应电动势，从而将机械能转化为电能。
它的工作原理是基于电磁感应定律和电磁转矩原理，使得发电机能够稳定输出电能供应。
同步发电机的结构和工作原理
同步发电机的结构和工作原理一、引言同步发电机是一种常见的发电机类型，它在电力系统中扮演着重要的角色。
本文将介绍同步发电机的结构和工作原理。
二、结构同步发电机由转子、定子和励磁系统组成。
其中，转子是旋转部件，定子是静止部件，励磁系统用于提供磁场。
1. 转子同步发电机的转子通常采用三相交流发电机，它由轴心线上的几个铜棒组成。
这些铜棒被称为“极”，每个极之间都有一个空隙，用于安装定子绕组。
2. 定子同步发电机的定子通常采用三相绕组，这些绕组被称为“臂”。
臂的数量与极数相等，并且它们都均匀地分布在整个定子上。
3. 励磁系统励磁系统用于提供磁场。
它通常由直流励磁机和调节器组成。
直流励磁机负责产生直流电流，而调节器则控制直流励磁机输出的电流大小。
三、工作原理同步发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力。
当转子旋转时，它会切割定子绕组中的磁场，从而在定子绕组中产生电动势。
这个过程可以用法拉第电磁感应定律来描述。
同时，当电流通过定子绕组时，它会产生磁场。
这个磁场与转子极的磁场相互作用，从而产生一个力，即洛伦兹力。
这个力将使得转子继续旋转，并且将机械能转化为电能。
同步发电机的输出电压和频率取决于旋转速度和极数。
具体来说，输出频率等于旋转速度乘以极数除以120。
四、总结同步发电机是一种常见的发电机类型，在电力系统中扮演着重要的角色。
它由转子、定子和励磁系统组成。
同步发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力。
当转子旋转时，它会切割定子绕组中的磁场，从而在定子绕组中产生电动势。
同时，当电流通过定子绕组时，它会产生磁场，并且与转子极的磁场相互作用，从而产生一个力，将机械能转化为电能。
同步发电机的输出电压和频率取决于旋转速度和极数。
同步发电机的工作原理
同步发电机的工作原理
同步发电机是一种常用于发电的电机，其工作原理基于电磁感应和电流激励的相互作用。
首先，同步发电机的转子由直流激励线圈和交流绕组组成。
直流激励线圈通过外部直流电源提供直流电流，形成一个磁场。
交流绕组则与电网相连，接受电网中的电压。
当同步发电机的转子旋转时，直流激励线圈产生的磁场也随之旋转。
这个旋转的磁场将与交流绕组中的电流相互作用，产生电磁感应力。
根据法拉第电磁感应定律，电磁感应力会导致交流绕组中的电流发生变化。
这个电流变化又会产生额外的磁场，与直流激励线圈产生的磁场叠加在一起。
如果两者的磁场方向一致，它们将相互增强，使得感应力增大。
反之，如果磁场方向相反，它们将相互抵消，使得感应力减小。
当感应力达到一个平衡时，同步发电机的转速将与电网的频率完全同步。
这是因为电网的频率是固定的，而同步发电机的旋转速度取决于直流激励线圈提供的直流电源电流。
因此，在感应力的作用下，同步发电机的转子将转向与电网频率相同的速度。
最后，同步发电机通过交流绕组将同步旋转的磁场转化为交流电能，输出给电网。
这样，同步发电机就实现了将机械能转化为电能的功能。
总结起来，同步发电机的工作原理是通过电磁感应力和电流激励的相互作用，使得转子转速与电网频率同步，并将机械能转化为电能输出到电网中。
同步发电机同步运行的条件
同步发电机同步运行的条件
标题：同步发电机的同步运行条件
一、引言
同步发电机是一种重要的电力设备，广泛应用于发电厂和大型工矿企业。
同步运行是同步发电机正常工作的必要条件，它涉及到发电机的电压、频率、相位等多个因素。
本文将详细介绍同步发电机同步运行的条件。
二、同步运行的基本原理
同步运行是指发电机转子磁场与定子旋转磁场以相同的速度和方向旋转，使得发电机的转矩为零，保持稳定的运行状态。
在这个状态下，发电机可以输出恒定的电压和频率。
三、同步运行的条件
1. 电压相同：同步发电机的端电压应与电网电压大小相等，相位相同。
2. 频率相同：同步发电机的频率应与电网频率一致。
3. 相序相同：同步发电机的相序应与电网的相序一致。
4. 功角等于零或为常数：在电机的d-q坐标系中，功角应为零或为常数，这意味着电机产生的电磁转矩与负载转矩平衡，电机处于稳定运行状态。
四、同步运行的实现方法
为了使同步发电机满足上述同步运行条件，通常采用以下两种方法：
1. 手动并网：通过调整发电机的励磁电流和原动机的转速，使得发电机的电压、频率、相位与电网匹配，然后手动闭合开关进行并网。
2. 自动并网：通过自动调节装置（如自动电压调节器、自动频率调节器）来自动调整发电机的电压和频率，使之与电网匹配，然后自动闭合开关进行并网。
五、结论
同步运行是同步发电机正常工作的重要条件，只有满足这些条件，发电机才能输出稳定的电压和频率，保证供电质量。
因此，理解和掌握同步运行的条件及其实现方法，对于提高发电机的工作效率和稳定性具有重要意义。
同步发电机的工作原理、
同步发电机的工作原理、
同步发电机是一种常见的电力发电设备，其工作原理是通过机械能转换成电能的一种装置。
它的工作原理主要包括旋转磁场、感应电磁场和电磁感应三个方面。
同步发电机的工作原理涉及到旋转磁场。
同步发电机内部有一组定子线圈，通过外部的能源输入（如燃气、水力等），驱动转子进行旋转。
当转子旋转时，会产生一个旋转的磁场，这个磁场的方向和大小都是随着转子的旋转而变化的。
这个旋转磁场是同步发电机工作的基础。
同步发电机的工作原理还涉及到感应电磁场。
在同步发电机的定子线圈周围，有一组感应线圈。
当旋转磁场通过定子线圈时，会在感应线圈中产生一个感应电磁场。
这个感应电磁场的方向和大小都是随着旋转磁场的变化而变化的。
感应电磁场的产生是由于磁场的变化导致定子线圈中的电流发生变化，从而产生感应电磁场。
同步发电机的工作原理还涉及到电磁感应。
当感应电磁场通过感应线圈时，会在感应线圈中产生一个感应电流。
这个感应电流的大小和方向都是随着感应电磁场的变化而变化的。
感应电流的产生是由于感应电磁场的变化导致感应线圈中的电流发生变化，从而产生感应电流。
这个感应电流就是同步发电机产生的电能。
同步发电机的工作原理是通过旋转磁场、感应电磁场和电磁感应三
个方面相互作用，将机械能转换成电能。
通过外部能源的驱动，同步发电机内部的转子旋转产生旋转磁场，旋转磁场通过定子线圈产生感应电磁场，感应电磁场通过感应线圈产生感应电流，从而产生电能。
同步发电机的工作原理是电力发电系统中的重要组成部分，它的稳定运行对于保障电力供应具有重要意义。
15.0同步发电机的运行原理解析
动画
交轴q A相相轴
1
A
N
S
X
将空间矢量和时间矢量画在 一个图中构成时空矢量图 将定子各相的时间参考轴 （时轴）取在各自的绕组轴 线时，矢量 B f 和矢量 0 同方向。
1 2 f
直轴
相轴 时轴
E 0
0
Bf
Ff
15.2 对称负载时的电枢反应
空载时，同步电机中只有一个以同步转速旋转的 转子磁场，即励磁磁场。 当定子绕组接负载后，定子绕组中产生三相对称 电流，该电流产生电枢磁动势基波Fa也为旋转磁
I q I cos
I 可以认为三相交轴电流 q 系统产生了交轴电枢磁势
Faq，对主极磁势Ff1起交磁作用；三相直轴电流 I d 系统产生直轴电枢磁势Fad，对主极磁势Ff1起助磁 （去磁）作用
总结：画时空矢量图时需要注意的问题 （1）取每相的相轴和时轴重合；
I （2）相电流相量 与该电流系统产生的合成磁动
当转子以同步转速n1旋转时，主磁通切割定子绕组， 感应出三相电势，基波为 E 4.44 fN k 两极动画
0 1 N1 0
改变励磁电流If以改变主磁通Φ 0的大小，可得到不同 的空载电势E0值。绘制E0＝f(If)曲线—空载特性曲线 由于E0 ∝Φ 0 ，Ff ∝If， 0 E 0 因此适当改变比例尺，空载 特性曲线即可变为磁化曲线 电机的饱和系数：
同相位时（ψ＝0 ）的电枢反应 I 和 E 一、 0
分析可见， Fa作用于q轴， F 此时的电枢 反应称为交 轴电枢 反应， Ff 1 Fa称为交轴 d轴 A 电枢磁动势。
q轴 q轴 A相相轴
时轴
Fa
Z
N
B
同步电机的的工作原理
同步电机的的工作原理
同步电机的工作原理是基于电磁感应原理。
当通过电流流过定子绕组时，产生的磁场会与转子上的永磁体磁场相互作用，从而使得转子开始旋转。
根据电磁感应定律，当磁场改变时，会产生感应电动势，这个感应电动势会引起电流在定子绕组中的流动，进而产生磁场。
这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使得转子继续旋转。
因此，通过交流电源向定子绕组提供电流，同步电机能够保持转速与电源频率的同步。
同步电机的旋转速度由电源频率决定，因此也称为频率控制同步电机。
同步电机的转速与电网（交流电源）频率之间存在一定的比例关系，通常以极数来表示。
同步电机还可以通过调整励磁电流来实现转速调节。
当调整励磁电流时，可以改变转子上的磁场强度，从而改变同步电机的转速。
需要注意的是，同步电机在启动时无法自行启动，其转子必须与电源的频率和相序同步。
而在运行过程中，若失去同步，转子将会停止旋转。
因此，同步电机通常需要通过其他装置（例如变频器）来控制电源频率和相序，以确保正常启动和稳定运行。
总结来说，同步电机的工作原理是通过电流在定子绕组中产生磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使得转子旋转，并通过电源频率和相序来保持转速与电源同步。
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•
I
•
U
电力工程技术（china-dianli）
一、隐极同步发电机
以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载 的相量图如下：
E0 (Ixt U sin )2 (U cos )2
tan Ixt U sin U cos
电力工程技术（china-dianli）
二、凸极同步发电机
1、电磁过程
其结构特点是气隙沿电枢圆周不均匀。 考虑到凸极电机气隙的不均匀性，把电枢反
负载运行时，同 步电机内由励磁 磁动势和电枢磁 动势共同建立的 主磁场。
电力工程技术（china-dianli）
二、带对称负载时的主磁通
负载时： I ≠0 ，If≠0 , n=nN 负载时发电机内部电磁关系
I f Ff &0
I&
Fa
&a
主磁通
电力工程技术（china-dianli）
应分成直轴和交轴电枢反应分别来处理。 （双反应理论）
电力工程技术（china-dianli）
二、凸极同步发电机
图6.11 凸极同步电机的磁路 (a)直轴；(b)交轴电力工程技术（china-dianli）
二、凸极同步发电机
电力工程技术（china-dianli）
二、凸极同步发电机
现在只讨论磁路不饱和情况。 同步发电机内的电磁关系如下：
滞后励磁磁势
Ff一个锐角， 此时电枢反应
性质为交轴电
枢反应。 电力工程技术（china-dianli）
三、电枢反应
1、ψ=0° 时的电枢反应
• 交轴电枢反应，即交磁作用。 • 电枢磁场与转子励磁绕组相互作用产生的电
磁力f1，在转子上产生的电磁转矩与转子的 转向相反，对发电机起制动作用。 • 要想维持转速不变，就要相应地增加原动机 的输入机械功率。 • 交轴电枢反应实现了机电能量的转换，发电 机有有功功率输出。
电力工程技术（china-dianli）
一、隐极同步发电机
由于电枢绕组的电阻ra很小，可以忽略不计， 则隐极同步发电机的电动势平衡方程式可写 成：
电力工程技术（china-dianli）
一、隐极同步发电机
3、等效电路和相量图
根据隐极同步发电机的电动势平衡方程式 （忽略电枢电阻）可做出如下隐极同步发电 机的等效电路图： Xt
位）； 相电压：首端指向末端为正。
电力工程技术（china-dianli）
一、隐极同步发电机
采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流 的正方向时，定子任一相的电动势方程为：
电力工程技术（china-dianli）
一、隐极同步发电机
因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通
Φa，不计磁饱和时，Φa又正比于电枢磁动
同步发电机的运行原理
同步发电机的主磁通 同步发电机的电动势方程式
和相量图 同步发电机的运行特性
电力工程技术（china-dianli）源自6.1 同步发电机的主磁通
一、空载运行时的主磁通
同步发电机空载运行是指同步发电机被
原动机带动到同步转速，转子励磁绕组通 过直流励磁电流，定子绕组开路（定子绕 组电流为零）时的运行状况。（图示）
电力工程技术（china-dianli）
三、电枢反应
时空矢量图：含有时间相量和空间向量的矢 量图。
作时空矢量图确定电枢反应的性质的规律：
取励磁磁势Ff作为参考向量，其方向就d轴 方向；
空载磁通Φ0与Ff 同方向，空载电势E0滞后 空载磁通Φ0 90°；
定子电流I滞后空载电势E0 的角度为内功 率因数角Ψ；
x x x t
a
—隐极同步发电机的同步电抗
电力工程技术（china-dianli）
一、隐极同步发电机
同步电抗xt表征对称稳态运行时，电枢旋转 磁场和漏磁场总效应的一个综合参数。
同步电抗是同步发电机的一个重要参数，它 的大小直接影响发电机端电压随负载波动的 幅度、发电机短路电流的大小及在大电网中 并列运行的稳定性。
不计磁饱和时
Ead和 Eaq可以用相应的负电抗压降来表示
其中：
xad —直轴电枢反应电抗 xaq —交轴电枢反应电抗
电力工程技术（china-dianli）
二、凸极同步发电机
综上，有凸极同步发电机的电动势平衡方程 式：
电力工程技术（china-dianli）
二、凸极同步发电机
其中：
xd xq
势Fa和电枢电流I，即
在不于时计9间定0相子°电位铁角I上耗度,，,于E与a滞Φ是后a亦同于可相I写位Φ9成，0a °负则电电角抗度将压，滞降E若后a
的形式，即
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一、隐极同步发电机
综上，有隐极同步发电机的电动势平衡方程 式：
其中：
xa —电枢反应电抗 x —定子绕组漏电抗
电力工程技术（china-dianli）
三、电枢反应
5、 -90°<ψ<0° 时的电枢反应
F
Fa
Faq
1
E&0
d轴
I& I&q
Ff
B0 (&0 ) Fad I&d
时空矢量图
• 既有交轴电 枢反应，又 有直轴增磁 电枢反应。
• 发电机既输 出有功功率， 又输出无功 功率。
电力工程技术（china-dianli）
三、电枢反应
两种磁动势性质比较：
励磁磁 动势
基波 波形
大小
正弦波
恒定，由励 磁电流决定
位置
由转子位 置决定
转速
由转子转 速决定
电枢磁 动势
正弦波
恒定，由电 枢电流决定
由电流瞬 时值决定
由电流的 f和p决定
结论：电枢磁动势Fa和励磁磁动势Ff在空间
相对静止。
电力工程技术（china-dianli）
机的励磁电流。 • 发电机输出无功功率。
电力工程技术（china-dianli）
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
F
d轴 B0 (&0 )
1
Ff
Fa ( Fad ) I&
E& 时空电矢力工量程图技术（china0-dianli）
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
• 直轴增磁电枢反应。 • 电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。 • 合成磁动势Fδ增大，使发电机的端电压上升。 • 要想保持发电机的端电压不变，需减小发电
电力工程技术（china-dianli）
三、电枢反应
2、ψ=90° 时的电枢反应
Fa ( Fad )
1
I&
E&0
B0 (&0 ) F
d轴
F 时空矢量图 电力工程技术（china-difanli）
三、电枢反应
2、ψ=90° 时的电枢反应
• 直轴去磁电枢反应。 • 电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。 • 合成磁动势Fδ减小，使发电机的端电压下降。 • 要想保持发电机的端电压不变，需增大发电
二、带对称负载时的主磁通
负载运行时，同步电机内的主磁场由 励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。
电力工程技术（china-dianli）
三、电枢反应
空载：气隙磁动势 F Ff 负载：气隙磁动势 F Ff Fa 同步发电机对称负载时，电枢磁动势Fa
对励磁磁动势Ff的影响，称为电枢反应。
电力工程技术（china-dianli）
三、电枢反应
几个概念 ①流内功I 之率间因的数夹角角ψ，：与空电载机电本动身势参E0数和和电负枢载电
的大小、性质有关；
②功率因数角 ：与负载性质有关；
③功率角（功角）θ：E0和U之间的夹角； 且有 （电感性负载）
④直轴（d轴）：主磁极轴线（纵轴）； ⑤交轴（q轴）：转子相邻磁极轴线间的中
6.2 同步发电机的电动势方程式和 相量图
一、隐极同步发电机
1、电磁过程
其结构特点是气隙均匀，故同一电枢磁动势 作用在圆周气隙上的任何位置所产生的气隙 磁场和每极磁通量都是相同的，没必要象凸 极转子一样分解成交、直两个分量，可以整 体考虑电枢反应的影响。
电力工程技术（china-dianli）
一、隐极同步发电机
机的励磁电流。 • 发电机输出无功功率。
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三、电枢反应
4、 0°<ψ<90° 时的电枢反应
F
Faq
1
E&0
d轴 I&q I&
Ff
B0 (&0 ) I&d
时空矢量图
Fa• 既有交轴电 枢反应，又 有直轴去磁 电枢反应。
• 发电机既输 出有功功率，
Fad 又输出无功 功率。
隙较交轴下小， a>d ，aq所以Xad>Xaq，因此 在凸极同步电机中，Xd>Xq,且Xq*≈0.6Xd*
对于隐极电机，由于气隙是均匀的，故
Xd=Xq=Xt
X （隐） X （凸） X （凸） a
> ad
> aq
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二、凸极同步发电机
3、相量图 以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载
电力工程技术（china-dianli）
一、空载运行时的主磁通
0
f
从图可见，主极 磁通分成主磁通 Φ0和漏磁通Φfσ两 部分，前者通过 气隙并与定子绕 组相交链，后者 不通过气隙，仅 与励磁绕组相交 链。
电力工程技术（china-dianli）
一、空载运行时的主磁通
空载时： I=0 ，If≠0 , n=nN 空载时发电机内部电磁关系