同步电机基本原理

第十章

同步电动机

一、同步电动机的结构及额定数据二、同步电动机运行原理三、同步电动机的电磁关系及功率关系四、同步电动机功率因数的调节五、同步电动机的起动方法第1页，共46页。一、同步电动机的结构及额定数据第2页，共46页。

1、同步电机

用途发电无功功率调节电动机第3页，共46页。

转速：特点：第4页，共46页。

2、同步电机的基本结构旋转结构转枢式：电枢旋转转场式：磁场旋转结构形式隐极式：气隙均匀凸极式：气隙不均匀第5页，共46页。凸极同步发电机结构示意：第6页，共46页。直流电机和凸极同步电机结构的比较：第7页，共46页。同步电动机截面图：第8页，共46页。同步电动机的转子结构图：第9页，共46页。

3、主要结构定子铁心：0.5mm硅钢片绕组：电枢绕组，产生感应电势和电磁转矩机座及固定部件转子转子铁心励磁绕组护环、中心环、滑环和风扇等端盖、轴承等第10页，共46页。

4、安装结构立式低速、大型同步发电机大转子直径支撑：悬式、伞式卧式中小型发电机电动机调相机高速、大型同步发电机小转子直径

第11页，共46页。5、额定值额定容量SN(kVA)或额定功率PN(Kw)额定电压UN(千伏)、(伏)额定电流IN(千安)、(安)额定功率因数cosN额定效率ηN（%）额定频率fN（赫兹）额定转速nN（转/分钟）额定励磁电流IfN（安）额定励磁电压UfN（伏）第12页，共46页。二、同步电动机运行原理第13页，共46页。

1、空载运行：额定转速为n，电机极对数为p；转子励磁绕组通直流电流If；定子绕组开路，定子电流Ia＝0；电机中仅存在直流励磁电流If，产生磁通0；基波感应电势频率：感应电势有效值：第14页，共46页。2、空载特性空载特性磁化曲线饱和系数反映的是励磁电流产生到电机气隙磁场和电枢绕组感应电势之间的关系；第15页，共46页。3、对称负载的电枢反应转子通以励磁绕组通直流电流If；定子绕组感应电势E；电机带对称负载，绕组中有电流对称Ia流流过，产生旋转磁动势F。这个旋转磁动势F，与励磁绕组电流产生的磁动势相对静止，产生新的合成气隙磁场，这个影响就称为电枢反应。第16页，共46页。问题：

负载对称三相电流对称产生圆形旋转磁场磁场转速负载旋转磁场与转子磁场空间相对静止直轴电枢反应交轴电枢反应电枢反应作用与感应电势、负载电流之间的相位相关第17页，共46页。I与E0同相位时的电枢反应I与E0同相位电枢磁势位于交轴，电枢反应仅存在交轴分量气隙合成磁势第18页，共46页。I与E0相差锐角相位时的电枢反应电枢反应不仅存在交轴分量，还存在直轴分量交轴分量直轴分量电枢电流交轴电流直轴电流第19页，共46页。4、隐极电机负载运行同步发电机各物理量的正方向第20页，共46页。不考虑饱和:电动势方程：第21页，共46页。考虑饱和：1>电动势方程：

2>电枢磁动势的折算；3>时－空矢量图。第22页，共46页。

5、凸极电机的双反应理论双反应理论：

电枢磁动势的轴线，既不和直轴、也不和交轴重合时，可以把分解为直轴分量和交轴分量，之后求出直轴和交轴各自的电枢反应值，最后把它们的效果叠加起来。

勃朗德（Blondel)第23页，共46页。凸极机的磁通分布图第24页，共46页。凸极机直轴磁通第25页，共46页。凸极机交轴磁通第26页，共46页。凸极机的磁场第27页，共46页。

6、凸极电机的直轴和交轴磁动势的折算直轴磁动势的折算：交轴磁动势的折算：第28页，共46页。

7、凸极电机的负载运行*不考虑饱和:矢量图确定I与E0相角；时－空矢量图。第29页，共46页。凸极机的相量图第30页，共46页。

凸极电机的负载运行*考虑饱和:矢量图确定I与E0相角；和空载特性配合，确定、、。时－空矢量图。第31页，共46页。三、同步电动机的电磁关系及功率关系第32页，共46页。电磁转矩及功率关系励磁和电动机电动势的关系:（前述）同步电动机的电动势方程:（前述）同步电动机的有功功率：1、有功功率方程：第33页，共46页。2、电磁转矩方程：3、无功功率方程（隐极电机）：

第34页，共46页。同步发电机的相量图第35页，共46页。四、同步电动机功率因数的调节第36页，共46页。无功功率的调节：同步电动机可以通过励磁电流的调节，使电机的输出无功功率发生变化。举例说明：第37页，共46页。同步发电机的V形相量图第38页，共46页。同步电机功角特性第39页，共46页。五、同步电动机的起动方法第40页，共46页。1

、辅助电源起动；2

、变频起动；3

、异步起动；第41页，共46页。同步电动机的异步起动第42页，共46页。自牵入同步及转速振荡第43页，共46页。谢谢第44页，共46页。一、同步电机的电感和等效电路：将电枢绕组的、励磁绕组的、以及它们之间的磁链用电感和电流来表示：定子的：转子的：定子和转子之间的：第45页，共46页。内容梗概第十章同步电动机。第十章同步电动机。三、同步电动机的电磁关系及功率关系。绕组：电枢绕组，产生感应电势和电磁转矩。护环、中心环、滑环和风扇等。额定容量SN(kVA)或额定功率PN(Kw)。额定电压UN(千伏)、(伏)。额定电流IN(千安)、(安)。额定频率fN（赫兹）。额定转速为n，电机极对数为p。定子绕组开路，定子电流Ia＝0。电机带对称负载，绕组中有电流对称Ia流。磁动势相对静止，产生新的合成气隙磁场，。负载对称三相电流对称产生圆形旋转磁场磁场转速。I与E0同相位电枢磁势位于交轴，电枢反应仅存在交轴分量。电枢反应不仅存在交轴分量，还存在直轴分量。电枢磁动势