同步电机
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！。
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。
同步电机的用途
同步电机的用途
同步电机是一种特殊的交流电动机，其转速与电网频率同步。
由于其结构简单、运行可靠，具有高效、恒速转动、无剧烈震动和低噪声的特点，因此在工业、家用以及交通运输等领域得到广泛应用。
1. 工业应用：同步电机广泛应用于工厂、矿区等场所的电动机械设备中，如压缩机、通风机、泵、风力发电机组等。
由于同步电机能够在额定转速下恒定运行，故适用于高精度、高稳定性要求的工业生产线及传送带等设备。
2. 发电：大型电力厂通常使用同步发电机，将机械能转换为电能。
同步电机具有高效能、稳定运行等优势，可保持与电网频率同步，提供稳定的电力供应。
3. 交通运输：同步电机在电动火车、电动机车、电动汽车等交通工具的驱动装置中得到广泛应用。
同步电机的高效率和稳定运行有助于提高交通工具的性能和能源利用效率。
4. 家用电器：同步电机在家用电器中的应用非常广泛，如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、吸尘器等。
同步电机的运行稳定，能够提供高效的运转性能和低噪音操作。
总之，同步电机的应用领域十分广泛，几乎可以涵盖各个电动机设备领域，其高效稳定的运行特点使其成为许多领域中首选的电机类型之一。
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！。
同步电机工作原理
同步电机工作原理同步电机是一种常见的交流电机，它通过交流电源产生的磁场与转子上的磁场同步运行，从而驱动转子旋转。
同步电机的工作原理涉及到电磁学、电机学和控制理论等多个领域，下面将详细介绍同步电机的工作原理。
1. 磁场的产生。
同步电机中通常有一个定子和一个转子。
定子上的磁场是通过交流电源产生的，而转子上的磁场通常是由外部直流电源提供。
当交流电源通电时，定子上的线圈会产生交变磁场，这个交变磁场会与转子上的直流磁场相互作用，从而产生转矩，驱动转子旋转。
2. 同步运行。
同步电机的名称来源于其工作原理中的“同步”这一概念。
当定子上的交变磁场与转子上的直流磁场同步运行时，转子会以同步速度旋转。
这意味着转子的旋转速度与交变磁场的频率成正比，这一特性使得同步电机在恒速运行时非常稳定。
3. 构造特点。
同步电机通常具有定子和转子两部分。
定子上的线圈通常布置成三相对称的形式，这样可以产生旋转磁场，从而驱动转子旋转。
转子上的磁场通常由永磁体或直流电源提供，这样可以保持转子上的磁场不随定子磁场的变化而改变，从而实现同步运行。
4. 控制方法。
同步电机的控制通常需要考虑定子和转子的磁场之间的相对位置关系。
传统的同步电机控制方法通常采用定子电流控制和转子磁场控制相结合的方式，通过控制定子电流的大小和相位来实现对转子速度的控制。
近年来，随着电力电子技术的发展，矢量控制等先进控制方法也被应用到同步电机中，从而提高了同步电机的性能和效率。
5. 应用领域。
同步电机由于其稳定的恒速特性和高效率的工作方式，被广泛应用于工业生产中的各种场合。
例如，同步电机常被用于驱动风力发电机组中的发电机部分，以及工业生产中的各种传动设备中。
此外，由于同步电机具有较高的功率因数和较低的转子损耗，因此在一些特殊的场合，如高性能电动汽车和高速列车中也得到了应用。
总结。
同步电机是一种常见的交流电机，其工作原理涉及到电磁学、电机学和控制理论等多个领域。
通过交流电源产生的磁场与转子上的磁场同步运行，从而驱动转子旋转。
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第八章同步电机同步电机原理和结构1．同步发电机原理简述（1）结构模型：同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。
最常用的转场式同步电机的定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。
这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。
转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场（也称主磁场、转子磁场）。
除了转场式同步电机外，还有转枢式同步发电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。
图8-1-1给出了典型的转场式同步发电机的结构模型。
图中用AX、BY，CZ 共3个在空间错开120°电角度分布的线圈代表三相对称交流绕组。
（2）工作原理同步电机电枢绕组是三相对称交流绕组，当图8-1-1 同步电机结构模型原动拖动转子旋转时，通入三相对称电流后，会产生高速旋转磁场，随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场），会在其中感应出大小和方向按周期性变化的交变电势，每相感应电势的有效值为，E0＝Фf k w （8-1-1）式中f——电源频率；Фf——每极平均磁通；N——绕组总导体数；k w——绕组系数；E0是由励磁绕组产生的磁通Фf在电枢绕组中感应而得，称为励磁电势（也称主电势、空载电势、转子电势）。
由于三相电枢绕组在空间分布的对称性，决定了三相绕组中的感应电势将在的时间上呈现出对称性，即在时间相位上相互错开1/3周期。
通过绕组的出线端将三相感应电势引出后可以作为交流电源。
可见，同步发电机可以将原动机提供给转子的旋转机械能转化为三相对称的交变电能。
感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。
我国电网的频率为f =50Hz 。
2．同步电机的额定值和型号（1）额定值：额定容量S N (VA,kVA,MVA)或额定功率P N (W,kW,MW)：指电机输出功率的保证值。
发电机通过额定容量值可以确定电枢电流，通过额定功率可以确定配套原动机的容量。
电动机的额定容量一般用kW 表示，补偿机则用kWAR 表示。
额定电压U N (V,kV)：指额定运行时定子输出端的线电压。
额定电流I N (A)：指额定运行时定子输出端的线电流。
额定功率因数 N ϕcos ：额定运行时电机的功率因数。
额定频率f N (Hz)：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频率规定为50Hz 。
额定转速n N (r/min)：额定运行时电机的转速，即同步转速。
除上述额定值外，同步电机铭牌上还常列出一些其它的运行数据，例如额定负载时的温升τN ，励磁容量P fN 和励磁电压U fN 等。
（2）国产同步电机型号：我国生产的汽轮发电机有QFQ ，QFN ，QFS 等系列，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式；Q 表示氢外冷，N 表示氢内冷，S 表示双水内冷。
我国生产的大型水轮发电机为TS 系列，T 表示同步，S 表示水轮。
举例来说：QFS －300－2表示容量为300MW 双水内冷2极汽轮发电机。
TSS1264/48表赤双水内冷水轮发电机，定子外径为1264cm ，铁心长为160cm ，极数为48。
此外同步电动机系列有TD ，TDL 等，TD 表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途。
如TDG 表示高速同步电动机；TDL 表示立式同步电动机。
同步补偿机为TT 系列。
同步发电机励磁方式简介1．直流励磁机励磁直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。
采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。
如图8-2-1所示。
60pnf =图8-2-2静止整流器励磁系统图8-2-1 直流励磁机励磁系统2．静止整流器励磁同一轴上有3台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。
副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来再转为自励（有时采用永磁发电机）。
副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出 电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。
（见图8-2-2）3．旋转整流器励磁静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。
因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统，如图8-2-3所示。
主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整器整流后，直接送到主发电机的转子励绕组。
交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机静止的晶闸管整流器整流后供给。
由于这种励磁系统取消了集电环和电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。
同步电机电枢反应的概念1．负载后的磁势分析空载时，同步电机中只有一个以同步转速旋转的励磁磁势F f ，它在电枢绕组中感应出三相对称交流电势，其每相有效值为E 0，称为励磁电势。
电枢绕组每相端电压U ＝E 0。
当电枢绕组接上三相对称负载后，电枢绕组和负载一起构成闭合通路，通路中流过的是三相对称的交流电流 c b a I I I ⋅⋅⋅和,。
我们知道，当三相对称电流流过三相对称绕组时，将会形成一个以同步速度旋转的旋转磁势。
由此可见，负载以后同步电机内部将会产生又一个旋转磁势F a ——电枢旋转磁势。
因此，同步发电机接上三相对称负载以后，电机中除了随轴同转的转子磁势F f （称为机械旋转磁势）外，又多了一个电枢旋转磁势F a （称为电气旋转磁势）。
如图8-3-1所示，不难证明这两个旋转磁势的转速均为同步速，而且转向一致，二者在空间处于相对静止状态，可以用矢量加法将其合成为一个合成磁势F 。
气隙磁场B δ可以看成是由合成磁势F 在电机的气隙中建立起来的磁场。
B δ也是以同步转速旋转的旋转磁场。
可见同步发电机负载以后，电机内部的磁势和磁场将发生显著变化，这一变化主要由电枢磁势的出现所致。
2．电枢反应电枢磁势的存在，将使气隙磁场的大小和位置发生变化，我们把这一现象称为电枢反应。
电枢反应会对电机性能产生重大影响。
电枢反应的情况决定于空间相量F a 和F f 之间的夹角，从下面的分析可知，这一夹角又和时间相量0⋅⋅E Ia 和之间的相位差φ相关连。
φ称为内功率因数角，其大小由负载的性质决定。
可见φ的大小（即负载的性质）决定了F a 和F f 之间的夹角，也即决定了电枢反应的情况。
为了分析方便，将转子磁极的轴线定义为直轴，并用d 表示；将与直轴正交的方向定义为交轴，并用q 表示。
以下从同步发电机的时空相量图入手对各种情况下的电枢反应进行分析。
（1）同步发电机的时空相量图如图8-3-2所示的瞬间，A 相绕组中感应电势0⋅E 达到最大值，此时如果︒=0ϕ，即A 相电流a I o E a I ⋅⋅⋅同相位，则和亦达到最大值。
由异步电机介绍可知，电枢磁势（三相合图8-2-3 旋转整流器励磁系统 图8-3-1 负载后电机中的旋转磁势成磁势）F a 的轴线将和A 相线圈的轴线重合。
一般情况下，a I⋅（时间相量）滞后或超前于0⋅E （时间相量）ϕ 电角度时，F a （空间相量）的轴线位置也滞后或超前于A 相绕组的轴线ϕ电角度。
即0E I a 和在时间上的相位差等于F a 的轴线和A 相绕组轴线的空间角度差。
以上结论虽然是在一个特殊的瞬间（磁极轴线和A 相绕组轴线重合时）得出的，由于F a 和F f 同速同步旋转，故在负载一定的情况下，F a 和F f 的空间相位差等于ϕ＋90°电角度。
为了分析方便，人们常将时间相量a a f I E ,,,0ΦΦ和空间相量F f ，F a ，F 画在一起构成所谓的时空相量图（见图8-3-2）。
在时空相量图中 （处于磁极轴线方向，即d 方向）重合， 滞后︒Φ⋅90f 电角度（处于相邻一对磁极的中性线位置，即q 方向）， 和 之间的相位差 由负载性质决定，F a 和 重合。
利用时空相量图（图8-3-3），可以方便地分析不同负载情况时同步发电机电枢反应的情况。
（2）和 同相位或者反相位时的电枢反应 此时，︒=0ϕ或者180°，F a 与F f 之间的夹角为90°或者270°，如图8-3-3(a)所示，即二者正交，转子磁势作用在直轴上，而电枢磁势作用在交轴上，电枢反应的结果使得合成磁势的轴线位置产生一定的偏移，幅值发生一定的变化。
这种作用在交轴上的电枢反应称为交轴电枢反应，简称交磁作用。
（3）a I ⋅滞后于0⋅E 90 °时的电枢反应 图8-3-2 同步发电机时空相量图图8-3-3 用时空相量图分析同步发电机的电枢反应(a)φ=0°；(b) φ=90°;(c) 0°<φ<90°；(d)-90°＜φ＜0°ϕf f F 和⋅Φ0⋅E a I ⋅0⋅E ϕa I ⋅a I ⋅0⋅E此时φ=90°，F a 与F f 之间的夹角为180°,如图8-3-3(b)所示，即二者反相，转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上，方向相反，电枢反应为纯去磁作用，合成磁势的幅值减小，这一电枢反应称为直轴去磁电枢反应。
（4）a I ⋅超前于0⋅E 90°时的电枢反应此时φ=90°，F a 与F f 之间的夹角为0°，即二者同相，转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上，方向相同，电枢反应为纯增磁作用，合成磁势的幅值加大，这一电枢反应称为直轴增磁电枢反应。
（5）一般情况下的电枢反应一般情况下（φ为任意角度时），参看图8-3-3(c)和(d)，可将 分解为直轴分量 和交轴分量 产生直轴电枢磁势F ad ，F ad 与F f 同相或反相，起增磁或者去磁作用； 产生交轴电枢磁势F aq ，F aq 与F f 正交，起交磁作用。
根据正交分解原理有：8．4 电枢反应电抗和同步电抗 当三相对称的电枢电流流过电枢绕组时，将产生旋转的电枢磁势F a ，F a 将在电机内部产生跨过气隙的电枢反应磁通a ⋅Φ和不通气隙的漏磁通σσ⋅⋅⋅ΦΦΦ和a ,将在分别在电枢各相绕组中感应出电枢反应电势a E ⋅和漏磁电势a a I E E ⋅⋅⋅与电枢电流。
σ的大小成正比（不计饱和），比例常数称为电枢反应电抗X a ，考虑到相位关系后，每相电枢反应电势为： a a a I X E ⋅⋅-=j (8-4-1) 电枢反应电抗X a 的大小和电枢反应磁通a ⋅Φ所经过磁路的磁阻成反比，a ⋅Φ所经过的磁路与电枢磁势F a 轴线的位置有关。