《电机学(下)》同步电机复习提纲要点

《电机学（下）》同步电机复习提纲

第二十章同步电机概述

1.同步电机的定子——称电枢，电枢铁心嵌放三相对称绕组；

转子——称主磁极，由直流电励磁，分为隐极式和凸极式【P193图20-2】；

隐极转子：气隙均匀，多用于高速电机，如：汽轮发电机，通常极对数1，由于转速高，

汽轮发电机直径较小、长度较长；

凸极转子：气隙不均匀，多用于低速电机，如：水轮发电机均采用凸极式，特点是直径大、

长度短；

转子除励磁绕组外，还常装有与感应电机笼型绕组相似的闭合绕组，在发电机称为阻尼绕组，在电

动机称为起动绕组。

2.同步电机定子三相对称绕组通进三相对称电流产生的旋转磁场，与转子旋转磁极的转速恒为同步速，

定、转子旋转磁场轴线之间的夹角为转矩角，通常认为【P195图20-6】——称为功率角，是转子磁场轴线超前于定、转子合成磁场轴线的夹角；当，相当于转子磁极拖着定、转子合成旋转磁场转，转子输入的机械功率转变为定子输出的电功率——发电机运行状态；此时机械转矩为驱动转矩、电磁转矩为制动转矩；

当，相当于定、转子合成旋转磁场拖着转子磁极转，定子输入的电功率转变为转子输出的机械功率——电动机运行状态；此时电磁转矩为驱动转矩、机械转矩为制动转矩；

当，相当于转子与合成旋转磁场轴线重合，电机内没有有功功率转换——

空载运行状态；电磁转矩为零。

3.同步电机的励磁系统有：直流励磁机励磁、交流整流励磁、晶闸管自励恒压励磁等

4.同步电机的额定值（铭牌数据）：

、——指电枢（定子）线电压、线电流；

——发电机的额定容量，指三相视在功率；

——指额定运行时的输出三相有功功率，故对发电机是电功率、对电动机是机械功率；

∴单位：、

发电机：电动机：单位：同步电机的转子转速n与电枢电流频率f、电机极对数p存在严格不变的关系：

——称为同步速，单位：（转/分钟）；

我国电网频率，故：1，3000；2，1500；3，1000 .......

第二十一章同步发电机运行原理

（一）同步发电机空载运行和负载时的电枢反应

1.同步发电机空载运行——励磁绕组通入直流励磁电流，原动机拖动转子磁极以同步速旋转，定子电枢绕组开路。

空载时只有建立的励磁磁势，产生空载磁通，以速度切割定子三相对称绕组感生三相空载电势；

2.同步发电机接上三相对称负载后，电枢三相对称绕组通过三相对称电流，产生一个旋转磁势，称为电枢磁势，的转速也为同步速；即、均与转子转速、转向相同，故不会在转子绕组感应电势。

3..空载时气隙磁场中只有，负载时多了；

因此：负载时电枢磁势对气隙磁场的影响——称为电枢反应

4.电枢反应的性质与内功率因数角有关，

定义：——电枢电流落后于的夹角。

直轴（d轴）——转子主磁极轴线，即的轴线；

交轴（q轴）——与直轴正交的轴线；

时为交轴磁势，产生交轴电枢反应；

交轴电枢反应的作用：使气隙磁场发生畸变，主极磁场超前于气隙合成磁场，电磁转矩为制动性质，原动机克服电磁转矩做功，机械能转变为电能。

时为直轴磁势，产生直轴去磁电枢反应；作用：纯去磁。

时为直轴磁势，产生直轴增磁电枢反应；作用：纯增磁。

当为任意角时，可把分解为一个交轴分量和一个直轴分量，其中产生交轴电枢反应，产生直轴电枢反应；因此：

时电枢反应性质：交轴+直轴去磁；

时电枢反应性质：交轴+直轴增磁；

5.时-空统一相量图——把时间相量和空间相量合并在一起【P199图21-2】；时间相量：、、；空间相量：、

在时-空统一相量图中：与同相、与同相；

（二）同步发电机数学模型

1.隐极发电机

①电磁关系：

定子

转子

采用发电机惯例，定子绕组的上述感应电势与定子端电压平衡（忽略电枢绕组电阻）：

其中：——隐极机电枢反应电势；——隐极机电枢反应电抗，对应于电枢反应的作用；

——漏磁通感生的漏电势；——定子绕组漏电抗，对应于电枢漏磁场的作用；

——转子主磁通在定子感生的励磁电势，对应于主磁场的作用；

②电势方程（注：公式中所有电量均是相值）：

其中：——隐极同步电机的同步电抗

③相量图和等效电路如【p202图21-9】：

其中：由于是转子磁场感生的；可看成是定、转子合成磁场感生的，因此

与之间的夹角就是功率角【P208图21-18】；

——功率角（超前于的角度）

——内功率因数角（落后于的角度）；

——功率因数角（落后于的角度）；

2.凸极发电机由于气隙不均匀，需采用“双反应理论”的分析方法；

双反应理论——把电枢电流、电枢磁势、电枢反应电抗、同步电抗都分解为直轴（d轴）和交轴（q轴）分量分别进行计算，再把结果叠加起来。

①电磁关系：

定子

转子

定子绕组的上述感应电势与定子端电压平衡（忽略）：

其中：

、、、——分别为直轴电流、直轴电枢磁势、直轴电枢反应电势、直轴电枢反应电抗；

、、、——分别为交轴电流、交轴电枢磁势、交轴电枢反应电势、交轴电枢反应电抗；

②凸极发电机电势方程（注：公式中所有电量均是相值）：

其中：——凸极同步电机的直轴同步电抗；

——凸极同步电机的交轴同步电抗；

电抗的大小与磁导成正比，由于直轴气隙比交轴小故磁导比交轴大，所以；

隐极机由于气隙均匀，相当于。

上式变为：——隐极机电势方程；

可见，隐极机可看成是凸极机当时的特例。

③凸极机相量图如【P205图21-13、图21-14】：

由于d轴就是励磁磁通的方向，比落后，q轴与d轴垂直(正交)，∴一定在q轴方向；

∵相量，∴大小、；

④利用凸极机相量图可采用几何方法求、、：

由【P205图21-14】可见：

忽略，过的矢端作的垂线与q轴相交；所组成的直角三角形中，角的邻边长度为、对边长度为；因此：

；