第四篇同步电机

同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速机时得名。同步电机主要用作发电机，也可用作电动机和调相机。本章主要分析同步发电机的稳态运行原理和运行特性，简要分析同步电动机和调相机的运行状态。第四篇同步电机第八章同步电机的基本类型和基本结构第九章同步发电机第十章同步电动机和同步调相机第一节同步电机的基本类型第二节同步电机的基本结构第三节同步电机的额定值及励磁方式第八章同步电机的基本类型和基本结构第一节同步电机的基本类型一、同步电机的特点

励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场，原动机拖动转子以转速旋转时，其磁场切割定子绕组而感应交流电动势。频率：大小：波形：由可知，波形取决于的空间分布。相序：由转子的转向决定。可见，当电机的极对数、转速一定时，电机发出的交流电动势的频率也是一定的。作为同步电动机运行时，需要在定子绕组上施以三相交流电压，电机内部便产生一个旋转磁场。这时转子绕组上加上直流励磁，则转子将在定子旋转磁场的带动下，沿定子磁场的旋转方向以相同的转速旋转。转子转速为n=n1=60f/p由此可见，同步电机的特点是转子的转速n与电网频率f之间具有固定不变的关系，转速n称为同步转速。若电网的频率不变，则同步电机的转速恒为常值而与负载的大小无关。二、同步电机的基本类型按运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。按结构型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速为3000转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。第二节同步电机的基本结构一、隐极同步电机的基本结构定子铁心：硅钢片叠成。机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。电枢绕组：三相对称绕组——铜线制成定子(电枢)转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出励磁绕组：铜线制成滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动转子

隐极同步电机都采用卧式结构，有定子和转子两大部分。机械端口电端口ABC转子定子绕组定子铁心1、定子铁心2、定子绕组3、转子铁心4、励磁绕组二、凸极同步电机的基本结构1、立式水轮发电机2、卧式水轮发电机水轮发电机转子结构10000kW水轮机转子各种电机

引进600MW汽轮发电机国产300MW汽轮发电机国产200MW汽轮发电机定子国产200MW汽轮发电机定子铁心现场运行的水轮发电机第三节同步电机的额定值及励磁方式一、同步电机的额定值指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输出的额定视在功率或有功功率，单位是KVA或KW。电动机额定容量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是KW。调相机用KVA或Kvar表示。额定运行时加在三相定子绕组上的线电压。在额定运行状态下三相定子绕组的线电流.二、励磁方式简介同步电机运行时，必须在励磁绕组中通人直流电流，通常称之为励磁电流。所谓励磁方式是指同步电机获得直流励磁电流的方式，而供给励磁电流的整个系统称为励磁系统。（一）直流励磁机励磁同步电机的励磁方式有以下几种：（二）静止的交流整流励磁系统1、他励式静止半导体励磁系统2、自励式静止半导体励磁系统（三）旋转的交流整流励磁系统（四）三次谐波励磁第一节同步发电机的空载运行第二节同步发电机的电枢反应第三节同步发电机的负载运行第四节同步发电机的并联运行第九章同步发电机第一节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，定子绕组开路的运行称为空载运行。电磁关系：空载电动势大小：空载特性：第二节同步发电机的电枢反应电枢反应:电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化,这种影响称为电枢反应.电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波和励磁磁动势基波之间的相对位置，即与空载电动势和电枢电流之间的夹角有关.励磁磁势和电枢磁势的区别基波波形大小位置转速转向励磁磁动势正弦波恒定，由励磁电流决定由转子位置决定由原动机的转速决定由原动机决定电枢反应磁动势正弦波恒定，由电枢电流决定由电流瞬时值决定由磁极对数和电流频率决定由电流相序决定一、时的电枢反应空载电动势和电枢电流同相位.d轴q轴U轴U1U2

W2V1W1V2NSW轴V轴电枢反应性质：交轴电枢反应二、时的电枢反应空载电动势超前电枢电流d轴q轴U轴U1U2

W2V1W1V2NSW轴V轴电枢反应性质：直轴去磁电枢反应三、时的电枢反应空载电动势滞后电枢电流

d轴q轴U轴U1U2

W2V1W1V2NSW轴V轴电枢反应性质：直轴助磁电枢反应四、一般情况下的电枢反应空载电动势超前电枢电流角,d轴q轴U轴U1U2

W2V1W1V2NSW轴V轴电枢反应性质：既有交轴,还有直轴去磁电枢反应此种情况下---直轴分量---交轴分量---直轴分量电流产生的合成磁动势---交轴分量电流产生的合成磁动势上升下降

上升下降下降下降不变不变下降R、C增强交轴直轴助磁d、q轴R、L削弱交轴直轴去磁d、q轴C增强直轴助磁d轴L削弱直轴去磁d轴R波形畸变交轴q轴

负载性质对电机的影响电枢反应性质记作夹角

位置第三节同步发电机的负载运行一、凸极同步发电机的电动势方程式和相量图1、电动势方程式电磁关系：不计磁路饱和时有下列关系由于且令则电动势平衡方程--直轴同步电抗--交轴同步电抗分别表征在对称负载下，单位直轴或交轴三相电流产生的总电枢磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。2、相量图作图步骤二、隐极同步发电机的电动势方程式和相量图电磁关系：不计磁路饱和时有下列关系令电动势平衡方程--同步电抗

表征在对称负载下，单位三相电流产生的电枢总磁场在电枢每一相绕组中感应的电动势。相量图根据相量图可求出三、同步发电机的特性（一）、空载特性和短路特性1、空载特性定义：

空载特性是发电机的基本特性之一。它一方面表征了磁路的饱和情况，另一方面把它和短路特性、零功率因数负载特性配合，可确定电机的基本参数、额定励磁电流和电压变化率等。

实际生产中，它还可以检查三相电枢绕组的对称性、匝间短路、判断励磁绕组和定子铁心有无故障等。2、短路特性定义：短路时的等效电路短路特性曲线

短路特性与空载特性配合可以求出电机的同步电抗。（二）、外特性和调整特性1、外特性定义：外特性曲线

当发电机带阻性和感性负载时，外特性是下降的，原因是电枢反应的去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降.

带容性负载时且（发电机负载的容抗大于同步电抗）时，外特性是上升的，原因是电枢反应的助磁作用和容性电流在漏抗上的压降。2、调节特性定义：调整特性曲线

在感性和阻性负载时，随着负载电流的