同步电机.ppt
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注意： 额定容量、额定电压、额定功率因数和额定电流 可能只标出三个（∵第四个参数可以求出）。
航海学院
船舶电气设备及系统
§4—2.同步发电机的运行特性
本节的主要内容有三大部分：
空载特性：
主要点：掌握空载特性的实质，分析工作过程知道空 载电势的计算式。
电枢反应：
主要点：分析负载后，负载大小和性质不同时，电枢 磁场对气隙磁场的影响。
直 轴 去 磁 （ 滞 后 ）
航海学院
直
一般情况
轴
增
磁
（
超
前
感性滞后
）
的电流
船舶电气设备及系统
三、电压方程及相量图
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。
磁化曲线。
空载特性实验
船舶电气设备及系统
空载特性实验：
按如图所示接线，起动原动机拖动同步发电机转 子旋转，将励磁回路电阻Rf调至最大，合上励磁回路 电源开关。观察电流表A和电压表V的数值并记录。
方法：
注意：只能单方向调节电阻。
逐步将Rf调小， 使电流逐步增大，
记录数据。然后逐
步将Rf调大再记录 数据。
航海学院
船舶电气设备及系统
一、同步电机结构
定子结构：
结构：由铁心和绕组组成，与异步电机定子基本 相同。—— 相同机座号时，若与异步机互换定子，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，异步机则有
接线：发电机定子绕组通常采用Y 形连接，减小 三次谐波影响。
同步电抗Xs = Xa + Xσ ，注意：Xs ＞Xa＞Xσ 。
电枢 绕组 电路
航海学院
用电 抗表 示ea
忽略 电枢 电阻
船舶电气设备及系统
电势公式
电压平衡方程：
E0
U I
Ra
jX a
I
jX
I
U (Ra
jX S
)I
电势公式可应用三角计算公式从相量图得到：三
角形构成——以E0为斜边以U相量及其延长线为一条 直角边，构造一个直角三角形。与电流 I 有关相量变
船舶电气设备及系统
第四章 同步电机
§4—1．同步电机的结构、铭牌数据、工 作原理 §4—2．同步发电机的运行特性 §4—3．同步电动机
航海学院
船舶电气设备及系统
§4—1.同步电机的结构
本节的主要内容 基本结构：
主要点：类型与转子的结构 （同步电机的定子结构与异步机 相似）。
铭牌数据：
主要点：额定容量表示（两 种），额定电压和额定电流。
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转子结构
船舶电气设备及系统
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
转子轴上的滑环
转子铁心 硅钢片
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一对极 隐极式
两对极凸极式
船舶电气设备及系统
类型与励磁方式
类型：同步发电机有转枢式和转极式两种。同步发 电机主要采用转极式，∵磁极在转子时，通过滑环引 导的电流较小。 自励：凡以发电机本身的电枢绕组或辅助绕组为励 磁电源的励磁方式称为自励。 他励：凡设有专用励磁电源的称为他励。即，采用 励磁机进行励磁的就是他励。无刷同步发电机是他励 的一种形式。
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相量图
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根据电压平衡方程可画出相量图。 负载分别为：感性、阻性和容性时：
感
电阻性负载
性
负
载
忽略 电枢 电阻
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容性负载
船舶电气设备及系统
四、外特性和调节特性
外特性：同步发电机外特性与变压器相似，
同步发电机的电压变化率的大小、 正负与发电机所带的负载的大小和 性质有关。因为负载大小影响了电 枢反应作用的大小，
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二、电枢反应
定义：负载时由三相电枢绕组产生的旋转磁场称为电枢 反应磁场。电枢反应磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。
电枢电流影响电枢反应的性质：电枢电流与空载电势的 关系有：同相位、滞后和超前三种。与之对应的电枢反应的 性质有：交轴、直轴去磁和直轴增磁三种。
交 轴 反 应 （ 同 相 位 ）
外特性和调节特性：
主要点：知道特性的形状和随负载的变化情况。
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一、空载特性
船舶电气设备及系统
电势计算式： 由工作过程分析知道同
步发电机空载电势E0： E0 = 4.44kfNΦ0 空载
特性： 保持额定转速不变，空
载电势E0与空载励磁电流I f 的关系曲线。
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∵ E0∝Φ0∝B ，If∝H； ∴空载特性的实质就是
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说明
无刷同步发电机是将这两种形 式的两台电机同时安装在同一根轴 上，是两台电机的组合。
船上不采用直流励磁机进行励 磁。无刷励磁也是靠剩磁起压的。
船舶电气设备及系统
无刷同步发 电机实际上是两 台机同轴工作。
定子：1和2，转子：3和4；主发电机：2和4，励磁发电机：1和3。
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工作原理简介：
外部直流电源通过滑环向转子提供 直流励磁电流，并产生磁场；原动机拖 动转子旋转，转子磁极磁场切割三相定 子绕组，感应三相交流电。
E0=4.44fNΦ
f= pn /60 (Hz)
船舶电气设备及系统
铭牌数据：
主要铭牌数据有： 额定容量、额定电压、额定频率、额 定功率因数、定子绕组连接、绝缘等级、冷却方式等。
负载性质决定了电枢反应的去磁、增磁性质。若电枢反应去 磁，电压变化率为正；若电枢反应增磁，则电压变化率为负。 此时，外特性为上翘的特性。电枢反应越强，电压变化率的 值就越大（反之亦然）。
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调节特性
船舶电气设备及系统
特性：为了保持电压 不变，在功率因数一定时， 励磁电流应随电枢电流进 行变化调节的曲线。
换（投影）到直角边都与功率因数角φ有关。
E0 (U Ra I cos XS I sin)2 (XS I cos Ra I sin)2
电势公式：—— P.57.式（4-10），忽略电枢电阻后：
E0 (U X S I s in )2 ( X S I cos )2
调节特性曲线
不同的功率因数，电 枢反应大小不一样，性质 可能也可能不同。
电枢反应去磁，则励磁电流应增加，反之则减小。
[要点]：空载特性实质；电枢反应3种；外特性与Δu； 调节特性。
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五、功角特性
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功率平衡：
功率平衡关系就是能量平衡关系。 P1=Pe+△P0
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§4—2.同步发电机的运行特性
本节的主要内容有三大部分：
空载特性：
主要点：掌握空载特性的实质，分析工作过程知道空 载电势的计算式。
电枢反应：
主要点：分析负载后，负载大小和性质不同时，电枢 磁场对气隙磁场的影响。
直 轴 去 磁 （ 滞 后 ）
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直
一般情况
轴
增
磁
（
超
前
感性滞后
）
的电流
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三、电压方程及相量图
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。
磁化曲线。
空载特性实验
船舶电气设备及系统
空载特性实验：
按如图所示接线，起动原动机拖动同步发电机转 子旋转，将励磁回路电阻Rf调至最大，合上励磁回路 电源开关。观察电流表A和电压表V的数值并记录。
方法：
注意：只能单方向调节电阻。
逐步将Rf调小， 使电流逐步增大，
记录数据。然后逐
步将Rf调大再记录 数据。
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船舶电气设备及系统
一、同步电机结构
定子结构：
结构：由铁心和绕组组成，与异步电机定子基本 相同。—— 相同机座号时，若与异步机互换定子，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，异步机则有
接线：发电机定子绕组通常采用Y 形连接，减小 三次谐波影响。
同步电抗Xs = Xa + Xσ ，注意：Xs ＞Xa＞Xσ 。
电枢 绕组 电路
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用电 抗表 示ea
忽略 电枢 电阻
船舶电气设备及系统
电势公式
电压平衡方程：
E0
U I
Ra
jX a
I
jX
I
U (Ra
jX S
)I
电势公式可应用三角计算公式从相量图得到：三
角形构成——以E0为斜边以U相量及其延长线为一条 直角边，构造一个直角三角形。与电流 I 有关相量变
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第四章 同步电机
§4—1．同步电机的结构、铭牌数据、工 作原理 §4—2．同步发电机的运行特性 §4—3．同步电动机
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§4—1.同步电机的结构
本节的主要内容 基本结构：
主要点：类型与转子的结构 （同步电机的定子结构与异步机 相似）。
铭牌数据：
主要点：额定容量表示（两 种），额定电压和额定电流。
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转子结构
船舶电气设备及系统
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
转子轴上的滑环
转子铁心 硅钢片
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一对极 隐极式
两对极凸极式
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类型与励磁方式
类型：同步发电机有转枢式和转极式两种。同步发 电机主要采用转极式，∵磁极在转子时，通过滑环引 导的电流较小。 自励：凡以发电机本身的电枢绕组或辅助绕组为励 磁电源的励磁方式称为自励。 他励：凡设有专用励磁电源的称为他励。即，采用 励磁机进行励磁的就是他励。无刷同步发电机是他励 的一种形式。
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相量图
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根据电压平衡方程可画出相量图。 负载分别为：感性、阻性和容性时：
感
电阻性负载
性
负
载
忽略 电枢 电阻
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容性负载
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四、外特性和调节特性
外特性：同步发电机外特性与变压器相似，
同步发电机的电压变化率的大小、 正负与发电机所带的负载的大小和 性质有关。因为负载大小影响了电 枢反应作用的大小，
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二、电枢反应
定义：负载时由三相电枢绕组产生的旋转磁场称为电枢 反应磁场。电枢反应磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。
电枢电流影响电枢反应的性质：电枢电流与空载电势的 关系有：同相位、滞后和超前三种。与之对应的电枢反应的 性质有：交轴、直轴去磁和直轴增磁三种。
交 轴 反 应 （ 同 相 位 ）
外特性和调节特性：
主要点：知道特性的形状和随负载的变化情况。
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一、空载特性
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电势计算式： 由工作过程分析知道同
步发电机空载电势E0： E0 = 4.44kfNΦ0 空载
特性： 保持额定转速不变，空
载电势E0与空载励磁电流I f 的关系曲线。
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∵ E0∝Φ0∝B ，If∝H； ∴空载特性的实质就是
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说明
无刷同步发电机是将这两种形 式的两台电机同时安装在同一根轴 上，是两台电机的组合。
船上不采用直流励磁机进行励 磁。无刷励磁也是靠剩磁起压的。
船舶电气设备及系统
无刷同步发 电机实际上是两 台机同轴工作。
定子：1和2，转子：3和4；主发电机：2和4，励磁发电机：1和3。
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工作原理简介：
外部直流电源通过滑环向转子提供 直流励磁电流，并产生磁场；原动机拖 动转子旋转，转子磁极磁场切割三相定 子绕组，感应三相交流电。
E0=4.44fNΦ
f= pn /60 (Hz)
船舶电气设备及系统
铭牌数据：
主要铭牌数据有： 额定容量、额定电压、额定频率、额 定功率因数、定子绕组连接、绝缘等级、冷却方式等。
负载性质决定了电枢反应的去磁、增磁性质。若电枢反应去 磁，电压变化率为正；若电枢反应增磁，则电压变化率为负。 此时，外特性为上翘的特性。电枢反应越强，电压变化率的 值就越大（反之亦然）。
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调节特性
船舶电气设备及系统
特性：为了保持电压 不变，在功率因数一定时， 励磁电流应随电枢电流进 行变化调节的曲线。
换（投影）到直角边都与功率因数角φ有关。
E0 (U Ra I cos XS I sin)2 (XS I cos Ra I sin)2
电势公式：—— P.57.式（4-10），忽略电枢电阻后：
E0 (U X S I s in )2 ( X S I cos )2
调节特性曲线
不同的功率因数，电 枢反应大小不一样，性质 可能也可能不同。
电枢反应去磁，则励磁电流应增加，反之则减小。
[要点]：空载特性实质；电枢反应3种；外特性与Δu； 调节特性。
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五、功角特性
船舶电气设备及系统
功率平衡：
功率平衡关系就是能量平衡关系。 P1=Pe+△P0