同步电机
同步电机的工作原理
同步电机的工作原理一、概述同步电机是一种特殊的交流电机，它的转速与电源频率同步，因此被称为同步电机。
同步电机广泛应用于工业生产中，如电力系统、机械传动和电动车辆等领域。
本文将详细介绍同步电机的工作原理。
二、同步电机的基本结构同步电机由定子和转子两部分组成。
定子是由电磁铁圈和绕组构成，绕组通常采用三相对称的绕组形式。
转子由永磁体或电磁铁圈构成，转子上的永磁体与定子的磁场相互作用，产生转矩。
三、同步电机的工作原理1. 磁场产生同步电机的定子绕组通电后，产生的磁场称为定子磁场。
定子磁场的磁通量密度与定子电流成正比。
转子上的永磁体或电磁铁圈产生的磁场称为转子磁场。
2. 磁场同步当定子磁场与转子磁场的磁通量密度相等时，两者的磁场达到同步。
这时，定子磁场和转子磁场的磁通量密度在空间上保持一致，形成一个旋转磁场。
3. 转矩产生同步电机的定子磁场与转子磁场之间产生的磁场相互作用，产生转矩。
这个转矩使得同步电机能够启动并运转。
四、同步电机的工作特点1. 转速恒定同步电机的转速与电源频率同步，因此转速是恒定的。
这使得同步电机在需要恒定转速的场合非常适用，如电力系统中的发电机。
2. 高效率同步电机的转速恒定，可以使其在额定负载下运行，从而提高效率。
同步电机的效率通常高于异步电机。
3. 启动困难同步电机的转子磁场必须与定子磁场同步，因此启动时需要外部的助力。
常见的启动方法有使用起动器、改变电源频率等。
4. 高功率因数同步电机的功率因数通常高于异步电机，可以提高电力系统的功率因数，减少无功功率的损耗。
五、同步电机的应用领域1. 电力系统同步电机广泛应用于电力系统中的发电机。
其稳定的转速和高功率因数使其成为电力系统中的重要组成部分。
2. 机械传动同步电机在机械传动中具有高效率和恒定转速的特点，适用于需要恒定转速的场合，如风力发电机组、水泵等。
3. 电动车辆同步电机在电动车辆中也有应用，其高效率和高功率因数可以提高电动车的续航里程和性能。
电机学第六章同步电机
交流主励磁机（100Hz）
～
自励 恒压器
可控 整流器
～
不可控 整流器
主发电机 ～
电流互感器
电压互感器
静止整流器励磁
电压 调整器
优点：运行、维护方便，没有直流励磁机，使励磁容量得以提高，因而在大 容量汽轮发电机 中得到了广泛的应用。
缺点：存在电刷、集电环的滑动接触（薄弱环节）。
• 自励式 主发电机发出的功率经静止整流器整流为直流，然后通过电刷和集电环通入到主发电机的励磁 绕组中。
当ψ角为不同值的电枢反应
Ψ=00 Ψ=900 Ψ=-900 00<Ψ<900 -900<Ψ<00
位置 q轴 d轴 d轴 d、q轴 d、q轴
电枢反应性质 交轴
直、去 直、增 交、直去 交、直增
负载性质 R L C
R、L R、C
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波波形
幅值大小
位置
转速
励磁 磁动势
正弦波
恒定，由励磁电流决 由转子位置决定 由原动机的转速
Z
N
ns S
B
X
Fa
Y n s A相轴线 C Faq
电流超前电动势的向量图
FaqFacoψs 交磁
Fad Fa sin ψ 与Ff同 向，对 d轴磁场有加 强作用称之为助磁。
直轴电枢反应的影响 • 电机单机运行时，直轴电枢反应将直接影响端电压的大小。去磁时，端电压降低；助磁时 端电压升高。
• 并网运行时，直轴电枢反应影响电机输出的无功功率。
D2 5 ~ 7 L2
• 励磁绕组为集中绕组
• 立式结构
• 阻尼绕组
水轮发电机的转子结构
同步电动机
假设在合闸瞬间，转子 已经加励磁 处于图18.5a所示的位置，此时，电磁转矩 倾 已经加励磁)处于 的位置， 假设在合闸瞬间，转子(已经加励磁 处于 的位置 此时，电磁转矩T 向于使转子逆时钟转动；在另一个瞬间(图18.5b所示)，定子磁场已转过 逆时钟转动 向于使转子逆时钟转动；在另一个瞬间 ，定子磁场已转过180度，而转 度 电磁转矩 倾向于使转子顺时钟转动。 子由于机械惯性尚未启动，电磁转矩T倾向于使转子顺时钟转动。由于定子磁场以 子由于机械惯性尚未启 倾向于使转子顺时钟转动 同步速旋转，作用于转子上的力矩随时间以f 作交变， 同步速旋转，作用于转子上的力矩随时间以 = 50Hz作交变，那么转子上受到的平均 作交变 转矩为0。因此同步电动机是不能自行起动的。概括一下同步电动机没有启动转矩的 转矩为 。因此同步电动机是不能自行起动的。概括一下同步电动机没有启动转矩的 原因是： 原因是：（1）定、转子磁场之间相对运动速度很快；（2）转子本身转动惯量的存 在。
同步电机定义
同步电机定义
《同步电机定义》
嘿，咱今儿个来聊聊同步电机哈！同步电机呢，就好比是一个非常听话的小跟班。
我记得有一次啊，我去参观一个工厂，在那里面就看到了同步电机在那嗡嗡地工作着。
那家伙，可带劲了！它就那么稳稳地转着，和旁边其他的机器一起配合着，就像一个训练有素的团队一样。
你看它呀，一直保持着同样的节奏，不快也不慢，就那么有条不紊地进行着自己的任务。
就好像是个特别靠谱的小伙伴，你让它干啥它就干啥，一点都不含糊。
同步电机就是这样啦，它总是能和其他部分同步协调地工作，就像我们和好朋友一起做事一样，大家步伐一致，才能把事情干好呀！哎呀，反正就是这么个东西，你懂我意思吧！哈哈！
这就是我对同步电机的理解啦，简单来说，就是那个很靠谱、很听话、能和大家好好配合的家伙哟！。
常用同步电动机
移量小、并要求精确、均匀。这就要求步 进电动机步距角小、步距精度高、不丢步 或失步。 （4）输出转矩大，可直接带动负载。
第50页/共80页
指令
微电脑及电源
步进电动机
控制电脉冲
机床工作台 传动齿轮
丝杠
第51页/共80页
二、步进电动机的工作
原理
以三相反应式步进电机为例
6b
B
C
V1b
V6b
→ 控 制 电 子 开 晶体管控制电路
关中
转子位置传感器
晶体管的通断 第26页/共80页 →
１23..→V2e51.m导V导=通3T导通，m，通→B，a→转→过B1Ba20再a0与→转TBe过mf=垂T1m2直00
→Tem=Tm V2
V1
0
V1
IA
IA
Bf
V4 IB
组成：定子有六个磁极，每两 对应的磁
极绕有一相绕组A 。转子有四个
均匀分布 C’
1 B’
的齿，齿宽与2 定子4 磁极极靴宽
度相等。 ’ B
C 3
A’
第52页/共80页
1.三相单三拍运行方
单：每次只式有一相绕组通电。
三拍：三次切换为脉冲的一次循 环。
A相通电：磁力线总是力图走磁 A 阻最小的路 1
C’ B’
U U N，f fN，P2 c Im f (I f )
假设：（1）不计Pcu，PFe，Pm，
（2）（隐极机 X d X q X t
P1
）
Pem
mUI cosm
m
E0U Xt
sin m
c
E0 sin m c及I cosm c
同步电动机的基本理论
THANKS
感谢观看
低能耗和碳排放。
高效能同步电动机的应用领域
高效能同步电动机广泛应用于工业自动化、电力、交通、新能源等领域。在工业自动化 领域，高效能同步电动机能够提高生产效率和降低运营成本；在电力和交通领域，高效 能同步电动机能够提高能源利用效率和减少环境污染；在新能源领域，高效能同步电动
机能够助力可再生能源的利用和发展。
同步电动机的调速与控制
调速
同步电动机的调速可以通过改变电机的输入电压或电流来实现，也可以通过改变电机的极数或频率来实现。
控制
同步电动机的控制可以通过控制系统来实现，控制系统可以根据实际需求对电机的运行状态进行实时监测和控制， 以保证电机的正常运行。
同步电动机的故障诊断与处理
故障诊断
同步电动机的故障诊断可以通过监测电机的运行状态和参数来实现，如电机温度、振动、声音等，一 旦发现异常，立即进行故障诊断。
同步电动机的特点
效率高
同步电动机的效率一般在90%以 上，比异步电动机高出10%左右。
调速性能好
同步电动机的转速与电源的频率成 正比，可以通过调整电源的频率来 实现调速，调速范围广，精度高。
维护方便
同步电动机的结构简单，维护方便， 使用寿命长。
同步电动机的应用场景
大型工业设备
如轧钢机、造纸机等需要大功率驱动的设备。
同步电动机的智能化控制技术
智能化控制技术
随着信息技术和人工智能的发展，智能 化控制技术成为同步电动机的重要发展 方向。通过引入传感器、控制器和优化 算法，实现同步电动机的实时监测、智 能诊断和自动控制，提高电机的运行稳 定性和可靠性。
VS
智能化控制技术的应用
智能化控制技术广泛应用于同步电动机的 控制系统中。通过智能化控制技术，可以 实现同步电动机的远程监控、故障预警和 自动修复等功能，提高电机的运行效率和 安全性。
同步电动机的同步是什么意思
同步电动机的同步是什么意思引言相信大家都知道，电动机是一个可以将电能转化为机械能的装置。
电动机按照其工作原理和特点可以被分为很多种类，而同步电动机是其中的一种比较常见的类型。
同步电动机是通过磁场来产生转动力矩的，因此其同步性能是非常重要的。
在本文中，我们将详细解释同步电动机的同步是什么意思。
什么是同步电动机首先我们来简单了解一下同步电动机。
同步电动机是指转速与电网频率同步的电动机。
当电动机的负载变化或出现突然的电压波动时，同步电动机的同步性能会受到影响，这会导致电能的浪费以及电机的性能下降。
同步电动机的主要部件有转子和定子两部分。
其中，转子上包覆有励磁线圈，当通电时，产生磁场。
在同频率交流电的作用下，定子上的线圈产生与转子磁场的作用力，从而产生转动力矩。
同步电动机通常用于大功率、可控硅调速、恒功率输出的场合，如电力电压调节、同步高速发电机等。
同步电动机的同步是什么意思同步电动机可以同步运行，也就是说其转速与电网频率同步。
具体来讲，同步电动机的转速是由电网的电压和频率来决定的。
正常工作状态下，同步电动机的旋转磁通的转速是与电网同步的，旋转磁通的转速称为同步速度。
同步电动机运行速度与电网同步，是因为电动机内部的电流和磁场都保持了与电网同步。
同步电动机的同步并不是一成不变的。
同步电动机作为大功率设备，其同步性能在负载变化、进电网率改变、发电网故障等情况下都会发生改变，这就会影响电动机的工作效率和输出功率。
因此，在实际使用中，要对同步电动机进行合理的运行和控制，以确保其同步性能达到最佳状态。
如何测试同步电动机的同步性能为了保证同步电动机的正常运行，需要对其同步性能进行测试。
同步电动机同步性能的测试主要包括同步速度和滑差测量和残磁测量。
同步速度测量同步速度是同步电动机的一个关键指标，在检测同步电动机同步性能时也是常用的测量方法之一。
通常采用光电转速测量仪或同频次电源加速试验法测量，具体测试方法如下：•光电转速测量仪测试1.将光电探头传感器安装于电机上；2.光电探头发出光，穿过同步电动机的旋转部分，紧接着照射到光电信号接收器上；3.当同步电动机运转时，旋转部分上的条纹将会对光信号进行调制。
简述同步电机的工作原理
简述同步电机的工作原理
嘿！今天咱们来聊聊同步电机的工作原理呀！这可是个相当有趣且重要的话题呢！
哎呀呀，首先得知道啥是同步电机呀？简单来说，同步电机就是一种能把电能转化为机械能，或者反过来把机械能转化为电能的设备呢！
那它到底是咋工作的呢？哇！这就得从它的结构说起啦！同步电机主要由定子和转子两大部分组成呀！定子上有三相绕组，当通上三相交流电的时候，就会产生一个旋转的磁场呢！这旋转磁场可厉害了，它就像一个无形的大手，推动着转子转动起来呀！
而转子呢，通常有凸极式和隐极式两种哟！不管是哪种，都有励磁绕组，通过直流励磁电流，产生一个恒定的磁场呢！
然后呢？当定子的旋转磁场和转子的恒定磁场相互作用的时候，就产生了电磁转矩啦！这转矩不就驱动着转子跟着定子的磁场同步旋转了嘛！哎呀呀，是不是很神奇！
可为啥要叫它同步电机呢？哇！这就在于它的转子转速和定子磁场的转速是同步的呀！也就是说，定子磁场转多快，转子就跟着转多快呢！
同步电机在实际应用中可太广泛啦！比如在发电厂，它可以作为发电机，稳定地输出电能哟！在工业生产中，它又能作为电动机，带动各种大型设备运转呢！
不过，同步电机也不是完美的哟！它的启动比较复杂，需要专门
的启动装置呢！而且对励磁系统的要求也很高呀！
哎呀呀，说了这么多，大家是不是对同步电机的工作原理有了更清楚的了解啦？哇！希望这能帮助大家更好地认识和运用同步电机哟！。
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船舶电气设备及系统
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b) 时间矢量图
E 0C 0A
IC
1
时间参考轴 0 0 IA
0C
E 0A
E 0B
IB
0B
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c) 时-空统一矢量图
Ff
直轴 D轴
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4.1.1 三相交流同步电机的基本结构 三相交流同步电机由定子部分和转子部分构成 以转子绕组形式分类，有旋转电枢式和旋转磁极式。
旋转电枢式同步电机图
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旋转磁极式同步电动机
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定子
AVR
交流励磁机 转子 旋转 整流器
发电机
图5-4 无刷同步发电机
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4.1.2 三相交流同步发电机的基本工作原理 当转子由原动机以恒定转速驱动。极性相间的励 磁磁场随轴一起旋转，并依次切割定子各相绕组 （相当于绕组导体反向切割励磁磁场）。定子三 相电枢绕组就会感应出大小和方向按周期性变化 的交变正弦电动势。由于三相电枢绕组在空间相 差120º电角度，三相电动势相位也相差120º。
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船舶电气设备及系统
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1）电枢电流与空载电势同相位时(即Ψ =0)的电枢反应 a) 定子绕组电动势、电流和磁动势的空间矢量图 Ff
A
B0
Y
交轴电枢反应
A相轴线
ns
Z
ns
N
B
S
C
X
Fa
直轴(Direct Axis )：与主磁场同轴。
交轴(Quadrature Axis )：与主磁场相交的轴。
o
iA
iB
iC
t
ns
S
X
Fa
C
Ba ( a )
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时-空统一矢量图
Ff
直轴 D轴
B0 ( 0 )
d轴 1
Ba ( a )
交轴 Q轴
I
Fa ( Fad )
E0
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式中 o 为每极下的总磁通 . 空载电动势的频率 f 与转子的转速n和磁极对数p成正比, 即 pn f 60 由以上两式可得
E0 Ke 0 n
Ke为电势常数
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4.1.3 铭牌数据
额定容量 ，连接方式 , 线电压 , 额 定频率，磁极对数 , 额定转速 , 采用绝缘 等级, 冷却方式, 设计标准环境温度等。
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4.2.2 同步发电机对称负载运行 同步发电机定、转子之间的气隙同时出现两个旋 转磁场。 当同步发电机接通负载时, 三相电枢绕组的三相电 流将产生旋转磁场 a, 这种旋转磁场称为电枢反 应磁场。电枢磁场对磁极主磁场的影响称为电枢 反应。 电枢反应效应与负载性质有关。
3） 电枢电流超前于空载电动势90的电枢反应 直轴增磁电枢反应：电枢磁 场 a 与磁极磁场 o 在同一轴 线上,且方向相同,起增磁效应 使合成磁场 大于主磁场 o 。
Ff
A
Z
B0 ( 0 )
Fa Y
N
Ba ( a )
i(u )
o
iA
i B iC
t
ns
S
C
X
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三相同步发电机额定值 同步发电机的主要额定值有： 额定容量 SN 或额定功率PN 额定电压 UN 额定电流 IN 额定功率因数 cosΦN 额定频率 fN 额定转速 nN 额定励磁电压（额定励磁电流）
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其瞬时值为：
eu E m sin t ev E m sin(t 120) ew E m sin(t 240)
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空载电动势的有效值为
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E0 Em / 2 4.44kfN0
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转子部分 转子磁极有两种结构形式 隐极式 凸极式（也称显极式）
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按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型， 即自励的、他励的
图5-3 自励同步发电机
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船舶电气设备及系统 §4. 2 三相交流同步发电机运行特性
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通常把同步发电机转子转速为同步额定转 速条件下，空载电动势E0与励磁电流的关 系曲线称为同步发电机空载特性曲线E0=f （If）或称开路特性曲线。
Er：剩磁电压（在额定转速下使If=0时所 测得的电枢开路电压）。
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Y
B
S
C
X
Fa
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2） 电枢电流落后于空载电动势90时的电枢反应
直轴去磁电枢反应 ：
电枢磁场 a与磁极磁场 o 在同一轴线上 , 但方向相 反 , 起去磁效应使合成磁 场 < o。
Ff
A
Z
B
B0 ( 0 )
Y
N
i(u )
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定子部分
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定子是由定子铁心、定子三相绕组、机座以及固 定这些部分的其他结构件组成。 定子铁心由硅钢片叠压而成。
定子铁心槽内嵌放三相依次相差120º 电角度（或 120º /P空间机械角度）的。绕组，称为三相电枢 绕组，是交流电路部分。
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B0 ( 0 )
1
d轴
Fn ( Faq )
交轴 Q轴
I
E0
直轴(Direct Axis )：与主磁场同轴。
交轴(Quadrature Axis )：与主磁场相交的轴。
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d)气隙合成磁场与主磁场的相对位置
B0
A
Z
ns
B
N
Te