CH14 同步发电机结构及工作原理 (2)
《CH同步电机》PPT课件
同步发电机的短路比和直轴同步电抗
一、利用空载和短路特性确定Xd的不饱和值 ➢ 不计电枢电阻,U=0时, ➢ 隐极机：E0 jIkxs ➢ 凸极机：因Ik滞后E090
度,Iq=0E,Id0 =IjkIkXd ➢ E 0所以：E 0 ➢ 用 近似 ,则 ➢ 这样测得的同步电抗为不饱和同
步电抗. ➢ 对隐极机而言,所测定的同步电抗
生的磁通不是线性关系,所以感应电动势和励磁电流也不成 线性关系；
对称负载时的电枢反应
➢ 同步发电机带上负载后,定子三相对称绕组中流过的三相对 称电流产生一个新的磁动势,称为电枢磁动势；
➢ 励磁磁动势和电枢磁动势合成一个总的磁动势来产生气隙 磁通,进而在定子绕组中感应电动势；
➢ 电枢磁动势对气隙主磁通的影响,称为电枢反应；
其中：
X1XaX
Xa为电枢反应电抗；X1为同步电抗,表征对称稳态运行时, 电枢旋转磁场和电枢漏磁场的一个综合参数,是三相对称 电枢电流所产生的全部磁通在某一相中感应的总电动势 与相电流的比例常数.
➢ 不考虑饱和时隐极同步发电机的时空矢量图和等效电路
➢ 用励磁电动势和同步电抗表示隐极同步发电机的 相量图和等效电路
同步发电机的空载特性和短路特性
一、空载特性
➢ 改变if从零增大到某一最大值,再由此值减小到零； ➢ 由于转子磁路的剩磁,得到上升和下降的两条不同曲线； ➢ 测定参数使用下降曲线,其最高点取U0=1.3UN； ➢ 以Δif0作为校正量,使得空载曲线通过零点；
二、短路特性 ➢ 短路特性：发电机三相稳态短路时,短路电流Ik和励磁电 流If的关系； ➢ U=0； ➢ 电枢电阻远小于电枢电抗,短路电流可认为是纯感性； ➢ 电枢电动势基本上是一个去磁作用的直轴磁动势； ➢ 合成磁动势：
【精品】同步发电机结构及工作原理讲义
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第十四章
三相同步发电机的基本 工作原理与结构
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本章主要内容
第一节 三相同步发电机的基本工作原理及分类 第二节 同步发电机的基本结构 第三节 大型同步发电机的基本系统 第四节 同步发电机的型号与额定值
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三相同步发电机的基本工作原理
• 同步发电机(synchronous generator)是将机械 能转变为交流电能的设备。
励磁绕组构成电机直流回路，通过电刷与外电路连 接。
各线圈匝间有绝缘，对地也有 绝缘。
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汽轮发电机结构
（3）护环和中心环
• 汽轮发电机转子绕组的端部在高速旋转中将承受巨 大的离心力，并在通过励磁电流时产生热膨胀，造 成径向和轴向位移．护环用来套在转子绕组瑞部外 面，防止径向位移，而中心环则用来阻止轴向位移。
f pn 60
n 转子转速，r / min
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三相同步发电机的基本工作原理
交流电势频率f的确定
f pn 60
n 转子转速，r / min
结论：同步发电机定子绕组感应电势的频率取决于它 的极对数p和转子的转速n。
同步发电机极对数一定时，转速与电枢电势的频率 有严格对应关系。
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同步电机的类型
• 按运行方式不同分为：发电机、电动机和调相机。 • 按结构形式不同分为：电枢旋转式（简称转枢式）
和磁极旋转式（简称转场式）。磁极旋转式按转 子结构不同又分为凸极式和隐极式。 • 按安装方式不同分为：卧式和立式。
• 按原动机类型不同分为：汽轮发电机、水轮发电机、 燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、太阳能 发电机等等。
同步电机的基本工作原理与结构
场，原动机拖动转子以转速 n旋转时，其
磁场切割定子绕组而感应交流电动势 E 0.
频率： f p n 60
大小： E04.44fN 1kw10
波形：由e B( x可)l知v ，波形取决 于 的B空( x间) 分布。
相序：由转子的转向决定。
第６章 同步电机
发电机的物理过 程可用图示表示
(4)根 据 E0 U IRa jIdXd jIqXq, 从M点 依 次jI作 qXq出 及jIdXd,得 到 末 端G,连 接 OG 线 段 即 E0.得
第６章 同步电机
6.4.2隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路
一、电动势方程
电磁关系：
Φ f
If
Ff
Φ 0
I
Fa
Φ a
Φ
不计磁路饱和时有下列关系
但是直轴去磁（或助磁）电枢反应对气隙 磁场有去磁（或助磁）作用，致使电压下降 （或上升）。为维持电压恒定所需的励磁电流 也需要相应增加（或减小）。
第６章 同步电机
一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负 载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流 的变化影响发电机的电压。
为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变 化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。
I fN U fN
第６章 同步电机
６.2 同步发电机的空载运行
同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流
电流 I ，f 定子绕组开路的运行称为空载运行。
电磁关系：
Φ f
If
Ff
Φ0
E0
空载电动势 E大0 小：
E04.44fN 1kw10
空载特性： nn N,I0,E 0f(If)
《同步发电机原理》课件
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同步发电机的发展趋势与展望
高效、环保的同步发电机研究
高效能
随着技术的不断进步，同步发电机在 效率和能效方面取得了显著提升，未 来研究将进一步探索提高发电效率的 方法，降低能源损失。
环保设计
为应对全球气候变化和环境问题，同 步发电机将更加注重环保设计，减少 对环境的影响，如采用低碳材料、减 少噪音和振动等。
智能化的同步发电机控制技术
自动化和远程控制
通过引入先进的传感器和控制技术，实现同步发电机的自动化和远程控制，提 高运行稳定性和可靠性。
智能诊断和维护
利用大数据和人工智能技术，实现同步发电机的智能诊断和维护，及时发现潜 在问题，降低维护成本。
同步发电机在新能源领域的应用前景
可再生能源整合
随着可再生能源（如风能、太阳能）的普及，同步发电机将作为重要的能源转换 和调节设备，实现可再生能源的有效整合和利用。
《同步发电机原理》ppt课件
目 录
• 同步发电机概述 • 同步发电机的工作原理 • 同步发电机的特性 • 同步发电机的控制与保护 • 同步发电机的发展趋势与展望
01
同步发电机概述
同步发电机的定义
同步发电机
一种将机械能转换为电能的旋转 电机，通过原动机（如汽轮机、 水轮机等）驱动转子旋转，从而 在定子中产生三相交流电。
短路保护
当发电机发生短路故障 时，快速切断电源以保
护发电机不受损坏。
过载保护
当发电机过载运行时， 及时切断电源或降低负 荷，防止发电机过热损
坏。
欠压保护
当发电机电压过低时， 自动切断电源以防止发
电机受损。
过压保护
当发电机电压过高时， 自动切断电源或降低励 磁电流，以防止发电机
简述同步发电机的工作原理
简述同步发电机的工作原理
同步发电机（Synchronousgenerator）是一种由自动发电机（alternator）、调压变压器（voltageregulator）和发电机控制装置（generatorcontrolunit）三部分组成的电力发电设备，它是用来生成电能的设备。
它主要用来发电，也可以作为弱电源。
同步发电机的工作原理是在交流电机的旋转运动中，利用电磁感应原理，将电机的动能转换为电能，从而产生电能。
它所输出的电压波形是正弦波形的，其频率完全等于电机的转速，电压的幅值受操纵器的调节，一般以电流形式存在。
具体而言，同步发电机的工作原理是，利用交流电机的转轴上装有的磁铁构成的磁轭，以及在外罩及端坐装有的磁环，当转子旋转时，磁轭和磁环中的磁场交互作用，使得穿过绕组的电流产生交流电压，从而产生电能。
此外，同步发电机也需要发电机控制装置（generator control unit）来进行控制，它可以根据环境温度、负载状况和频率等多个因素来控制发电机的输出电压和电流。
另外，同步发电机还需要调压变压器（voltage regulator）来稳定电压的波动，确保输出的电压稳定。
总结而言，同步发电机的工作原理是在交流电机的旋转运动中，利用电磁感应原理，将电机的动能转换为电能，从而产生电能，而且其所输出的电压波形是正弦波形的，是电力发电行业中最为重要的设备之一。
在此过程中，发电机控制装置以及调压变压器的作用也不可
忽视。
最后，同步发电机的运行是极其稳定的，而且其输出电流平稳、强度较大，是传统电力发电设备中最重要的组成部分。
同步电动机的基本工作原理和结构
同步电动机的基本工作原理和结构同步电动机是一种常见的交流电动机，它的工作原理是利用磁场的相互作用来将电能转换为机械能。
同步电动机是一种特殊的交流电动机，它是通过将外界电源供电到电机的定子绕组上，产生旋转磁场，与电机的转子磁场相互作用，从而使电机产生转矩，实现电能到机械能的转换。
同步电动机的结构一般包括定子、转子和机壳。
定子是通过绕组组成的电磁铁，用来产生旋转磁场。
转子是与定子磁场相互作用的部分，一般是通过导磁铁片和励磁电流来形成磁场，从而与定子磁场相互作用产生转矩。
机壳则是用来保护和支撑定子和转子的重要结构。
同时，同步电动机中还包括定子绕组的绝缘层、轴承等组成部分，用来确保电机的稳定运行。
1.电源输入：将三相交流电源输入到电机的定子绕组中，同时加上适当的控制电路来控制电机的运行。
2.旋转磁场的产生：定子绕组受到电源供电后产生磁场，这个磁场的旋转速度与电源的频率有关，一般是同步电机的同步转速。
3.转子磁场的产生：转子通过导磁铁片和励磁电流来形成磁场，这个磁场与定子的磁场相互作用，从而产生转矩。
4.产生转矩：两个磁场的相互作用会使转子产生转矩，从而使电机开始旋转。
5.效率提高：通过控制电流的大小和相位来调节电机的转速和输出扭矩，实现电机的高效率工作。
同步电动机的结构和工作原理使其具有很多优点，例如输出功率稳定、转速准确可控、效率高等特点。
它广泛应用于各种工业领域，如风力发电、水力发电、工业生产等。
同时，在家用电器、交通工具和船舶等领域也有着广泛的应用。
总的来说，同步电动机是一种重要的电动机种类，其结构和工作原理相对简单但十分有效。
了解同步电动机的基本工作原理和结构，对于工程技术人员和电机专业人员来说是非常重要的，因为它是现代工业中常见的一种电机类型，对于提高生产效率和降低能源消耗都具有重要作用。
希望通过本文的介绍，读者能够对同步电动机有更深入的了解，进而更好地应用它们于实际生产中。
同步发电机的基本工作原理
2.感应电势的频率 交流电动势的频率f可这样确定:当转子为1对极时，转子旋 转一周，定子绕组中感应电动势变化一个周期；当同步发电机 具有p对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p个周期；当 转子的转速为每分钟n转时，则交变电动势的频率为:
由上式可知:同步发电机定子绕组感应电动势的频率取决于 它的极对数p和转子的转速n。转子转速越高，定子绕组感应电势 E0的频率越高。即 n↑→ f↑。可见，同步发电机极对数p一定 时，转速n与电枢电动势的频率f之间具有严格不变的关系。 说明: 如果发电机作为电源单独给负载供电，对电源频率的要求并 不十分严格，对原动机的转速要求也不很严格。
1.发动机定转子之间出现转差，在发电机转子回路中产生损耗 超过一定值时，将使转子过热。特别是大型发电机组，其热容 量裕度较低，转子易过热。而流过转子表面的差额电流，还将 使转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热。 2. 进入异步运行后，由机端观测到的发电机等效电抗降低，从 电力系统吸收无功功率增加。失磁前所带的有功越大，转差就 越大，等效电抗就越小，从电力系统吸收无功就越大。因此， 在重负荷下失磁发电机进入异步运行后，如不立即采取措施， 发动机将因过电流使定子绕组过热。 3.在高负荷下失磁后，转差也可能发生周期性的变化，使发电 机出现周期性的严重超速，直接威胁着发电机组的安全。 4. 发动机定子端部漏磁增加，将使发电机端部部件和边段铁芯 过热，这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条 件。
同步发电机 工作原理
同步发电机工作原理
同步发电机是一种常见的发电设备，其工作原理如下：
1. 电磁感应：同步发电机利用电磁感应的原理来产生电能。
当发电机的转子与定子相对旋转时，会在定子的线圈中产生磁场，这个磁场会穿过线圈，导致线圈内的导体产生感应电流。
2. 动态磁场：发电机的转子上通常有一组励磁线圈，当这些线圈通过电流时，会在转子上产生一个磁场。
这个磁场与定子上的磁场相互作用，导致转子相对定子旋转。
3. 同步：当转子旋转并且频率与电源频率相匹配时，转子上的励磁磁场与定子的磁场同步。
这个同步状态允许电能从转子传输到定子，产生输出电能。
4. 无刷式同步发电机：许多现代的同步发电机是无刷式的，即转子上没有刷子和滑环。
这些发电机通过在转子上嵌入永磁体，产生一个恒定的磁场。
这种无刷式的设计减少了能量损耗和维护成本。
总的来说，同步发电机的工作原理是利用电磁感应和磁场相互作用，将机械能转化为电能。
通过控制励磁电流和转子的旋转速度，可以调节发电机的输出电压和频率。
这使得同步发电机成为一种重要的发电设备，广泛应用于发电站、风力发电和水力发电等领域。
14同步发电机课件之同步电机的正常运行
E j I a X
.
.
所以在三相对称电流通过电枢绕组后， 所产生的匝链定子绕组的磁通为（ a ），两者在电枢绕组中所产生的全部电势 为
E a E ( j I a X a j I a X ) j I a (X a X ) j I a X s
按照电势方程式的关系作出相量图
2、未知内功率因数角ψ
1）利用方程式求出ψ： E Q U ra I j I xq
2）利用公式求出ψ：
arctan
xq I U sin ra I U cos
6.3 同步发电机的运行特性
同步发电机的开路、短路及零功率因数特性 都是同步发电机的基本特性，通过它们可以 求出同步电机的同步电抗及漏电抗，以确定 同步发电机的其他特性。 一、空载特性： 当同步发电机运行于n n1 , I a 0 时，即称为 空载运行。
显然，此时我们通过改变励磁电流，则 气隙中的旋转磁通及电枢绕组中的感应 电动势都会随之发生变化。 1）开路特性：空载时不同励磁电流和产 E0 f (i f ) 生空载电势之间的关系， 如图所见：
因 E0正比于 f，而励磁电流又正比于励磁磁 势，所以开路特性曲线与电机的磁化曲线在形 状上完全相同。开路特性主要有两个用处： （ 1 ）开路特性可以反映出电机设计是否合理。 如同前面所分析的情况一样，额定电压应位于 开路特性开始弯曲的部分，例如图中的 A 点， 这样才比较经济合理。 （ 2 ）同步电抗是同步电机中一个极为重要的 参数，同步电机的许多性能由它所决定。开路 特性配合短路特性可以求出同步电抗。
1 隐极发电机的电磁过程