第四章同步电机
同步电机原理
同步电机原理
同步电机是通过电磁场的作用使转子与电磁场同步转动的电动机。
它的转速与电源频率保持恒定，通过调节电源频率可以改变电机的转速。
同步电机的工作原理基于磁场作用力和转子磁场相互作用。
当电机通电时，定子绕组产生的磁场会诱导转子内部产生磁场，使得转子与定子的磁场相互作用。
由于转子与定子磁场的相互作用，使得转子受到一定的作用力，从而开始旋转。
当转子和定子的磁场达到同步状态时，转子就能够稳定地与电磁场同步转动。
同步电机的转速取决于电源的频率，通常以每分钟转数（rpm）表示。
当电源的频率增加时，转子的速度也会相应增加；反之，当电源频率减小时，转子的速度也会减小。
这种关系是由电磁感应定律决定的，即电源频率的改变会影响磁场的变化速度，从而影响到转子的旋转速度。
同步电机具有稳定的转速和较高的效率，常用于要求稳定转速的应用，如时钟、计时器等。
此外，同步电机还广泛应用于工业生产中的压缩机、风机、泵等设备，以及轨道交通系统中的列车牵引、供电等方面。
同步发电机励磁控制系统及特性分析
第二节 同步发电机的励磁控制系统
三、静止励磁系统（发电机自并励系统）
300MW及以上机组励磁系统一般采用
发电机
无刷励磁和自并励方式。
TA
IEF
G ~
静止励磁系统(发电机自并励系统)中
一、直流励磁机系统
采用同轴的直流发电机作为励磁机，通过励磁调节器改变直流励磁机电 流，从而改变供给发电机转子的励磁电流，达到调节发电机电压和无功 的目的。
主要问题： （1）直流励磁机受换向器所限，其制造容量不大。 （2）整流子、电刷及滑环磨损，降低绝缘水平，运行维护麻烦。 （3）励磁调节速度慢，可靠性低。 按照励磁机励磁绕组的供电方式不同，可分为自励式和他励式两种。
负荷的无功电流是造成 E 与U 数值差的主要原因，
q
G
发电机的无功电流越大 ，差值越大。
第一节 概述
同步发电机的外特性必然是下降的，当励磁电流一定时，发电机端电压随无 功负荷增大而下降，必须通过不断的调节励磁电流来维持机端电压维持在给 定水平。
第一节 概述
(二)控制无功功率的分配
1.同步发电机与无穷大系统母线并联运行问题
第二节 同步发电机的励磁控制系统
同步发电机励磁控制系统的分类：
（1）直流励磁机系统：自励式直流励磁机系统、他励式直 流励磁机系统。 （2）交流励磁机系统：他励可控整流式交流励磁机系统、 自励式交流励磁机系统、具有副励磁机交流励磁机系统、 无刷励磁系统； （3）静止励磁系统
第二节 同步发电机的励磁控制系统
第四章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
第一节：概 述:励磁控制系统的作用（重点） 第二节：同步发电机的励磁控制系统 第三节：励磁调节器 第四节：同步发电转子磁场的强励与灭磁
船电单选题及简答有删减(有答案)
第四章、同步电机（60题）4 - 1、同步电机额定转速 b 理想空载转速。
A、大于B、等于C、小于D、小于等于4 - 2、对称稳定运行时，同步电机气隙中的主磁场是一个 c 磁场。
A、直流B、脉振C、圆形旋转D、椭圆形旋转4 - 3、同步发电机磁极中的鼠笼绕组称为 c 绕组。
A、阻尼B、起动C、励磁D、电枢4 - 4、同步电动机磁极中的鼠笼绕组称为绕组。
A、阻尼B、起动C、励磁D、电枢4 - 5、凸极式同步电机气隙磁密为： c 分布；隐极式为：分布。
A、正弦；正弦B、正弦；矩形C、矩形；正弦D、矩形；矩形4 - 6、与电网并联的同步发电机；其 c 子绕组通常采用接法。
A、转；YB、转；ΔC、定；YD、定；Δ4 - 7、同步发电机的“电枢反应”是由 c 引起的。
A、电枢电压B、电枢频率C、电枢电流D、励磁电流4 - 8、同步发电机电枢电流与空载电势同相位时的电枢反应是 a 电枢反应。
A、交轴B、交、直轴C、直轴去磁D、直轴增磁4 - 9、同步发电机单机带载运行时，端电压由负载电流的 c 决定。
A、大小B、性质C、大小和性质D、大小、性质和频率4 - 10、同步发电机运行时，通常要求随着负载的变化，其电压变化率最好 d 。
A、有规律变化B、保持最大C、保持最小D、恒定不变4 - 11、同步发电机运行时，通常要求随着负载的变化，其端电压最好 d 。
A、有规律变化B、保持最大C、保持最小D、恒定不变4 - 12、同步发电机的 b 随负载变化而变化的特性称为调节特性。
A、端电压B、励磁电流C、电磁转矩D、电磁功率4 - 13、根据调节特性对同步发电机进行调节的目的是保持 a 不变。
A、端电压B、励磁电流C、电磁转矩D、电磁功率4 - 14、同步发电机以额定转速运行，当励磁电流为零时，空载电压为 b 。
A、额定电压B、剩磁电压C、理想空载电压D、零4 - 15、同步发电机的同步电抗是由磁通引起的。
A、电枢反应B、电枢反应及主C、电枢反应及漏D、电枢反应及主、漏4 - 16、同步发电机的功率角是相量 b 之间的夹角。
电机学第四篇同步电机
电机学第四篇同步电机第四章同步电机一、填空1. ★在同步电机中，只有存在电枢反应才能实现机电能量转换。
答交轴2. 同步发电机并网的条件是：（1；（2；（3）。
答发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致3. ★同步发电机在过励时从电网吸收，产生电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出，产生电枢反应。
答超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴增磁4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是和之间的夹角；二是和空间夹角。
答主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使Xq和Xd将。
答增加6. 凸极同步电机气隙增加使Xq和Xd将。
7. 答减小8. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为。
答mU(211?)sin?2 XqXd二、选择1. 同步发电机的额定功率指（）。
A 转轴上输入的机械功率；B 转轴上输出的机械功率；C 电枢端口输入的电功率；D 电枢端口输出的电功率。
答 D2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性cos??0.8，则其电枢反应的性质为（）。
A 交轴电枢反应；B 直轴去磁电枢反应；C 直轴去磁与交轴电枢反应；D 直轴增磁与交轴电枢反应。
答 C3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（）。
A 漏阻抗较大；B 短路电流产生去磁作用较强；C 电枢反应产生增磁作用；D 同步电抗较大。
答 B4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（）。
A X??Xad?Xd?Xaq?Xq；B Xad?Xd?Xaq?Xq?X?；C Xq?Xaq?Xd?Xad?X?；D Xd?Xad?Xq?Xaq?X?。
答 D5. 同步补偿机的作用是（）。
A 补偿电网电力不足；B 改善电网功率因数；C 作为用户的备用电源；D 作为同步发电机的励磁电源。
答 B三、判断1. ★负载运行的凸极同步发电机，励磁绕组突然断线，则电磁功率为零。
《同步电机》课件
详细描述：同步电机在电力系统中扮演着至关重要的角色。作为发电机，它可以将机械能转化为电能 ，为电力系统提供电源。作为电动机，它可以将电能转化为机械能，驱动各种设备和机械。此外，同 步电机还用于调节电力系统中的无功功率、稳定系统电压和改善电能质量。
CHAPTER 02
同步电机的结构与工作原理
同步电机的故障诊断与维护
同步电机的常见故障及原因分析
故障一
振动过大：可能原因是转子不 平衡、轴承损坏、气隙不均等
。
故障三
声音异常：可能原因是转子松 动、轴承损坏、气隙不均等。
故障二
温度过高：可能原因是负载过 大、通风不良、绕组短路等。
故障四
输出功率不足：可能原因是绕 组短路、转子断路等。
同步电机的故障诊断方法
同步电机的结构组成
01
02
03
转子
同步电机的主要旋转部分 ，通常由励磁绕组和铁芯 组成。
定子
固定部分，包括三相绕组 和机座。
气隙
转子和定子之间的间隙， 对电机性能有重要影响。
同步电机的工作原理
励磁绕组通电产生磁场
励磁绕组通电后产生磁场，该磁场与转子相互作用产生转矩。
旋转磁场与转子的相互作用
旋转的磁场与转子上的导体相互作用，产生转矩，使转子旋转。
智能化
未来同步电机技术将更加注重智能化，实现电机 的远程监控和智能控制。
绿色化
未来同步电机技术将更加注重绿色化，推动电机 的环保和可持续发展。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
直接控制
通过控制电机的输入电 压或电流，实现对电机 转矩和转速的直接控制
。
间接控制
通过控制电机的输入频 率或极数，实现对电机 转矩和转速的间接控制
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理同步电机是一种常见的电动机，它具有简单的结构、高效率和稳定的性能特点，被广泛应用于工业生产和日常生活中。
那么，同步电机的工作原理是什么呢？接下来，我们将详细介绍同步电机的工作原理。
首先，同步电机是一种交流电动机，它的工作原理基于电磁感应和磁场的作用。
当同步电机接通电源后，定子绕组中产生的交变电流会在空间内产生旋转磁场，而转子上的磁极会受到这个旋转磁场的作用，从而产生转矩。
这样，同步电机就可以实现转子的同步旋转，与旋转磁场保持同步运动，从而驱动外部负载。
其次，同步电机的工作原理还涉及到定子绕组和转子之间的磁场耦合。
定子绕组产生的磁场会与转子上的磁场相互作用，形成电磁力，使得转子产生转动。
在这个过程中，转子的磁场也会与定子绕组的磁场相互作用，保持同步旋转。
这种磁场耦合的作用是同步电机能够实现同步运动的关键。
此外，同步电机的工作原理还与同步速度和极对数的关系密切。
同步电机的同步速度是由电源的频率和极对数决定的，当电源的频率和极对数确定后，同步电机的转速也就确定了。
这就意味着，同步电机的转速是固定的，只有在额定负载下才能保持同步运行。
最后，同步电机的工作原理还与励磁方式有关。
同步电机的励磁方式有直流励磁、交流励磁和永磁励磁等多种方式，不同的励磁方式会影响同步电机的性能和工作特性。
因此，在实际应用中，需要根据具体的工作要求选择合适的励磁方式，以确保同步电机的正常工作。
综上所述，同步电机的工作原理是基于电磁感应和磁场的作用，通过定子绕组和转子之间的磁场耦合实现同步旋转，同时受到同步速度、极对数和励磁方式等因素的影响。
了解同步电机的工作原理有助于我们更好地应用和维护同步电机，提高其工作效率和性能，推动工业生产和社会发展。
电机第四章《电机设计(第2版)——高等学校教材》陈世坤 主编
2 2 IB RR I R RR IR 2 RR ( ) RR IB
4.1 绕组电阻的计算
二、感应电机 2、感应电机转子绕组每相电阻 （2）鼠笼绕组
IR 2p 如何求 的关系：每相邻导条电流之间相位差等于槽距电角 Z2 IB
相邻两段端环的电流相位差也等于
ⅰ）端环电阻 → 导条
4.4 漏电抗计算
一、槽漏抗的计算
1、单层整距绕组的槽漏抗 槽高部分（ h 1） （2）矩形开口槽单层整距绕组的槽漏抗
2 I 2 IN S
x F s2 h 1
F s2 dx b s dxl 0 ef x d d N x xh s 1 h h 2 1 2I 1 d l N x s2 0 0 ef s 3b s
交流电阻： 绕组通以交流时，由于集肤效应，电阻值较通直流时增大。
Rc K F R
K F 电阻增加系数( K F 1) R 电流电阻
4.1 绕组电阻的计算
一、直流电机
N a lc Ra w Ac (2a ) 2
N a 导体总数 lc 线圈或元件平均半匝长 Ac 导体截面积 2a 并联支路数
IB IR
∴导条电流等于相邻两端环电流之差（∵
很小）
Z IR 2 I B 2 p
IR
IR
IB 2sin
2
IB 2sin源自p 2IB
p
Z2 Z2 Z I RR ( R )2 RR ( 2 )2 RR IB 2 p
4.1 绕组电阻的计算
二、感应电机 2、感应电机转子绕组每相电阻 （1）鼠笼绕组
二、异步电机励磁电抗的计算方法
自动装置-第四章-同步发电机自动并列
第四童同步发电机自动并列装置第一节概述—、同期（并列）的概念：1、概念：同步发电机（包括同步调相机或另一系统）投入系统并列运行的操作过程称为同期（或并列）检查同期ZCH属于一种同期操作；发电机同期实质指合发电机出口DL2、意义：同期操作具有频繁性——正常运行（负荷大小-机组台数）事故情况（备用机组的投入）（1）提高供电可靠性和供电质量（2）减少备用容量（3）合理分配负荷，达到经济运行3、同期（并列）条件：系统母线电压u = U n, sin（6wr +其中：―、u）（fX <p——状态量理想条件：Us二0fs 二06=0 （合闸瞬间）实际允许条件：U s<5~10%U efsS0.2~0.5%fe 二0.1~0.25HZ6<10°二、同期方式：准同期自同期1、准同期（先励磁，后并车）:概念：将待并发电机先行励磁,调节发电机电压、频率、相位，使匕、f“6符合并列条件,将发电机DL合上,并入系统运行优点：icH小，对系统影响不大缺点：同期时间长；手动误操作会引起非同期并列分类：按操作自动化程度一手动自动半自动（手动调频、调压，自动合闸）应用：大容量发电机一应尽量采用自动或半自动准同期以手动准同期作为备用2、自同期（先并车，后励磁）概念：将接近同步转速（n二95%% ）而未加励磁的发电机投入系统，然后再加励磁，发电机借助电磁力矩被拉入同步（对4、6无要求，对fs要求亦较宽）优点：并列快；操作简单，避免误操作;事故下可迅速投入机组缺点：Lh大-威胁发电机线圈绝缘；振动大T影响机组端部固定应用：事故情况下投入水轮机组三、自动并列意义P38第二节自动准同期—、自动准同期装置功能①均频②均压③合闸(保证DL在6二0并列)半自动准同期：①、②手动，③自动二、脉动电压性质分析脉动电压：两个频率不同的电压向量差可用来检测fs、Us、81、脉动电压旋转向量分析4=几-5假设：①S不动,几则以3s ( co s=u)M-u)N=2nf s)相对几转动② 1% 1 = 1 久I 二Um则U s=2U m sin-2W廿-6 H &J丄3 Ie zk H 2x >1>k H 2<Jw -OO H OUSHOOO U T CUSH2um6H2TTU S H O尸竟常耳為卑亠冊«-©C 3-M"um ・NHUm®u o母、e l u e 2H 0.. £HUMSinooMiSN HUNSincoNtnUm (sincoMt —sincoNt )rcos+0N(50HZ )HusmCos3+$f 2(湘SH彗)、ffi fif ()击冃鬪、台®書。
- 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)。
磁势矩形波
三相 绕组 的三 次谐 波刚 好同 相位
△连接时，虽然无3次谐 波电势输出，但是，却 在其三相绕组上有3次谐 波 “环流”，会造成额 外损耗。∴采用Y连接。
转子结构
转子：有凸极式和隐极式两种。转子绕组是直流绕组。
隐极式转子
大型机的 转子支架
同步发电机空载运行特性
同步发电机对称负载运行
同步发电机主磁极以同步转速随轴旋转，这时气隙中存在一个 以同步转速旋转的直流励磁磁场，称为机械旋转磁场Ff 。该旋 转磁场切割定子电枢绕组，感应出三相对称电动势E0。当发电 机输出端接上三相对称负载，便有三相对称电流流过定子的三 相绕组，它也产生一个旋转磁场Fa，它是由交流电激励而产生 的，故称为交流激磁的旋转磁场或称为电气旋转磁场。
2、三相交流同步发电机运行特性
同步发电机空载运行特性
转子以同步转速转动，励磁线圈加适当励磁电流 定子三相电枢绕组感生出感应电动势EU0\ EV0 \ EW0
空载电动势E0，取决于转速和励磁电流 发电机转速是额定转速，空载电动势E0与励磁电流的关 系曲线【E0 = f（If）】称为同步发电机空载特性曲线
本章的计算任务主要是： 利用同步发电机的功率平衡方程和有关特性进行电量（电势、电
压、电流、功率）计算；并联运行时有功功率和无功功率的计算。 比较难理解的点：
1.同步发电机的电枢反应；2.同步发电机的突然短路分析。
1、三相交流同步电机的结构工作原理、铭牌数据
基本结构：
由定子部分和转子部分构成。 旋转电枢式
三相交流同步发电机电压平衡 方程和相量图
同步发电机负载运行时与电枢绕组交链的磁通有3个： 励磁磁通、电枢电流产生的电枢反应磁通和漏磁通。
3个磁通都在电枢绕组感应电势分别为：空载电势、 电枢反应电势和漏磁电势。 忽略磁路饱和，引入参数： 电枢反应电抗。
同步电抗Xs = Xa + Xσ ，注意：Xs ＞Xa＞Xσ 。
同步发电机对称负载运行
1.电枢电流Ia与空载电势E0同相位时的电枢反应
同步发电机对称负载运行
2.电枢电流Ia滞后于空载电势E090°时的电枢反应
同步发电机对称负载运行
3.电枢电流Ia超前于空载电势E090°时的电枢反应
同步发电机对称负载运行
4.电枢电流Ia滞后于空载电势E0一个锐角时的电枢反应
以转子绕组分类 旋转磁极式
三相交流同步电机分类
在船舶中作为无刷励磁 同步发电机的励磁机
主要用于同步发电机、同步 电动机、功率因数补偿机
同步电机基本结构
定子结构：
结构：由定子铁心和定子绕组组成，与异步电机定子构造 基本相同。—— 相同机座号时，若与异步电机互换定子，则 仍然可以运行。
区别：主要是尺寸方面，同步电机通常容量较大，而异步 电机的容量相对较小。因此，从表面上看同步机机壳无散热片， 异步电机则有。
电气旋转磁场和机械旋转磁场以相同的速率在旋转，两者之间没有 相对运动，转子中不会感生电动势。但定转子间的气隙处有两个旋 转磁场，即空载时的励磁磁场变为负载时的综合磁场。
同步发电机对称负载运行
定子电枢磁场的存在，使气隙中磁场的大小及位 置发生变化，通常把定子电枢磁场对转子励磁磁 场的影响称为电枢反应。电枢反应直接影响发电 机端电压，电枢反应的性质主要取决于空载电势 E0与电枢电流Ia之间的夹角Ψ（内功角）以及电 枢电流Ia的大小，换言之，取决于负载的性质和 大小。
接线：同步发电机定子绕组通常采用Y 形连接，使三相绕 组间不形成三次谐波短路环流，电压更接近于正弦波。
△接常用于小型三相同步电动机，产生的三次谐波电动势 在自身绕组中消耗掉，不送往电网，减少对电网干扰。
谐波内容 不做要求
三次谐波解释
三次谐波：由于三 相绕组的每个线圈边产 生的磁势为矩形波，可 分解成基波和一系列奇 次谐波。通过合理选择 短距绕组,可削弱5、7 次谐波。
第四章 同步电机
§4—1．三相交流同步电机的结构、工作 原理、铭牌数据
§4—2．三相交流同步发电机运行特性 §4—3．同步电动机
学习第四章应该注意的点
第四章学习应注意的几个问题： 1.同步发电机负载后电枢磁场对气隙磁场有何影响(电枢反应)？ 2.同步发电机空载特性的实质是什么？ 3.影响同步发电机的外特性的因素是什么？ 4.同步发电机的平衡方程式有那些？ 5.同步发电机并联运行时有什么特点？
转子轴上的滑环
转子铁心 硅钢片
一对极 隐极式
两对极凸极式
转子分类及其特点
隐极式转子，极对数少、结构 细长，能承受较大离力。适用 于高速运行同步电机，作为汽 轮发电机和高速柴油发电机
凸极式转子，磁极凸出，磁极 对数多，直径大、凸极产生的 离心力大，一般用于中低速柴 油发电机。近几年，使用增多
三相交流同步发电机的基本工作原理
有效磁通
无效磁通
磁通密度沿气隙做接近于 正弦分布
三相空载电势相量
E0称为励磁电动势、主电势、 空载电势
K e = 4.44Nkwp/60 空载电动势与励磁电流的 大小成线性关系
铭牌数据
1. SN/PN 指示发电机输出的额定容量或额定功率 2. UN 额定运行时定子输出端的线电压 3. IN 额定运行时定子输出端的线电流 4. CosφN 额定运行时的电机功率因数 5. fn 额定运行时输出电能的频率 6. nN 额定运行时转速 7. UfN 额定负载时所加励磁电压 8. IfN 额定负载时所加励磁电流
E0 (U X S I sin )2 ( X S I cos)2
相量图
根据电压平ห้องสมุดไป่ตู้方程可画出相量图。 负载分别为：感性、阻性和容性时：
三相交流同步发电机的外特性
外特性：U = f ( Ia ) 。不管 负载性质如何，发电机端电压 U随负载电流Ia 变化而变化。 电压变化不仅取决于电枢电流 在电枢绕组电阻的压降及漏电 抗压降，而且还取决于负载的 性质。
电枢 绕组 电路
用电 抗表 示ea
忽略 电枢 电阻
电压平衡方程：
电压平衡方程
•
••
•
•
•
•
E0 U I a Ra jX a Ia jXσIa U (Ra jX S ) Ia
E0 (U RaIa cos X S Ia sin)2 (X S Ia cos RaIa sin)2
电势公式：忽略电枢电阻后