第六章 同步电机 本章重点内容： 1. 掌握同步电机的基本工作原理。 2．掌握同步电机的转子转速与电动势频率的关系。

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1 第六章 同步电机 本章重点内容： 1. 掌握同步电机的基本工作原理。 2．掌握同步电机的转子转速与电动势频率的关系。
1. 掌握同步电机的基本工作原理。 2．掌握同步电机的转子转速与电动势频率的关系。 3．了解同步电机的基本结构。 4．了解同步电机的额定值。 同步电动机的转速总是恒速不变的它只能适用于不要求_调速的生产机械中如驱动空气压缩机、鼓风机、矿山用球磨机等．同步电动机虽不如异步电动机用得普遍，但由于它可以提高电网功率因数．所以容量大于50kW速度不要求调节的设备常常采用同 步电动机。 同步调相机(synchronous condenser)基本上不进行有功功率的转换．它专门用来调节电网的无功功率．以改善电网的功率因数．值得指出的是·从原理上讲．任何一台同步电机．既可以作为同步发电机运行．也可以作为电动机或调相机运行，这就是电机的可逆性原理．例如水电站的同步电机．旺水期用作发电机运行，枯水期可作为同步调相机运行。当然．同步发电机．同步电动机和同步调相机各有自己的特点．没有特殊情况．不互换使用。

2 同步电机的基本知识和结构 §6-1 概述 什么是同步电机
§6-1 概述 什么是同步电机 同步电机：是一种旋转的交流电机，它的转子转速n与电动势频率f之间保持严格不变的关系。 对同步发电机，发出的电动势频率f满足 同步电动机的转速总是恒速不变的它只能适用于不要求_调速的生产机械中如驱动空气压缩机、鼓风机、矿山用球磨机等．同步电动机虽不如异步电动机用得普遍，但由于它可以提高电网功率因数．所以容量大于50kW速度不要求调节的设备常常采用同 步电动机。 同步调相机(synchronous condenser)基本上不进行有功功率的转换．它专门用来调节电网的无功功率．以改善电网的功率因数．值得指出的是·从原理上讲．任何一台同步电机．既可以作为同步发电机运行．也可以作为电动机或调相机运行，这就是电机的可逆性原理．例如水电站的同步电机．旺水期用作发电机运行，枯水期可作为同步调相机运行。当然．同步发电机．同步电动机和同步调相机各有自己的特点．没有特殊情况．不互换使用。 对同步电动机，转子转速满足

3 同步电机的基本知识和结构 §6-1 概述 同步电机的运行方式
§6-1 概述 同步电机的运行方式 同步电动机的转速总是恒速不变的它只能适用于不要求_调速的生产机械中如驱动空气压缩机、鼓风机、矿山用球磨机等．同步电动机虽不如异步电动机用得普遍，但由于它可以提高电网功率因数．所以容量大于50kW速度不要求调节的设备常常采用同 步电动机。 同步调相机(synchronous condenser)基本上不进行有功功率的转换．它专门用来调节电网的无功功率．以改善电网的功率因数．值得指出的是·从原理上讲．任何一台同步电机．既可以作为同步发电机运行．也可以作为电动机或调相机运行，这就是电机的可逆性原理．例如水电站的同步电机．旺水期用作发电机运行，枯水期可作为同步调相机运行。当然．同步发电机．同步电动机和同步调相机各有自己的特点．没有特殊情况．不互换使用。

4 同步电机的基本知识和结构 §6-2 同步电机的基本工作原理 同步发电机 基本构成：定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。
§6-2 同步电机的基本工作原理 同步发电机 基本构成：定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。 横截面图 凸极式 隐极式

5 同步电机的基本知识和结构 §6-2 同步电机的基本工作原理 同步发电机
§6-2 同步电机的基本工作原理 同步发电机 作为发电机运行时，用一原动机拖动转子旋转，转子励磁绕组中通入直流电，从而在气隙中产生一旋转的磁场，该磁场切割定子上的电枢导体，电枢绕组便感应出交流电动势。设气隙磁密按正弦分布，则在定子三相绕组里感应出正弦变化的三相电动势，交流电动势的频率取决于电机的极对数 p 和转子转速 n，若电机为一对极，当转子旋转一周时，导体中感应电动势变化一个周波。

6 同步电机的基本知识和结构 §6-2 同步电机的基本工作原理 同步发电机
§6-2 同步电机的基本工作原理 同步发电机 考察电枢导体 A 的感应电动势。e = B l v ，右手定则。导体相对于磁场的运动方向。 e = E max 电枢导体 A 处径向磁密等于0 e = 0

7 同步电机的基本知识和结构 §6-2 同步电机的基本工作原理 同步发电机 e = － E max 电枢导体 A 处径向磁密等于0 e = 0

8 同步电机的基本知识和结构 §6-2 同步电机的基本工作原理 同步发电机
§6-2 同步电机的基本工作原理 同步发电机 若为 p 对极，当转子旋转一周时，导体感应电动势变化 p 个周波。设转子每分钟旋转 n 转，则对 p对极电机，导体感应电动势每分钟变化 pn 个周波，每秒钟变化 pn/60 个周波，这就是电动势的频率。 注：我国电力系统，规定交流电的频率为50Hz，因此极对数和转速有如下固定关系

9 同步电机的基本知识和结构 §6-2 同步电机的基本工作原理 同步电动机
§6-2 同步电机的基本工作原理 同步电动机 如果同步电机作为电动机运行，则必须在定子三相绕组上加上三相交流电压，三相交流电流流过定子绕组，会在电机里产生旋转磁场，当励磁绕组加上直流励磁电流时，转子好象是一个磁铁，于是旋转磁场带动这个磁铁，按旋转磁场的转向和转速旋转，从而实现把电能转换成机械能的目的。这时转子的转速 n 为 “同步”的概念 同步电机无论作为发电机还是电动机运行，当极数一定时，它的转速 n 和频率 f 之间保持严格不变的关系，用电机专业术语说，叫做“同步”，所以这种电机叫同步电机 。

10 同步电机的基本知识和结构 §6-3 同步电机的基本结构 汽轮发电机 水轮发电机 特点：转速高，转轴细长，由高机械强度和导磁性能较好的合金钢锻
§6-3 同步电机的基本结构 汽轮发电机 特点：转速高，转轴细长，由高机械强度和导磁性能较好的合金钢锻 成，并且和转轴作成一个整体，为隐极式转子。 作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。 转子 特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。 作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。 定子 机座 固定定子铁心。 水轮发电机 特点：转速低，转轴短粗，为凸极式转子。 作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。 转子 特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。 作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。 定子

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13 同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式
§6-4 同步电机的励磁方式 同步电机工作时必须供给励磁绕组直流电流，以便建立励磁磁场。提供直流的电源及附属设备统称为励磁系统。获得励磁电流的方法称为励磁方式。 励磁系统的形式很多，按照励磁系统和发电机的关系，可分为他励式(separately excited)和自励式(self-excited)两类。

14 同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式
§6-4 同步电机的励磁方式 同步电机工作时必须供给励磁绕组直流电流，以便建立励磁磁场。提供直流的电源及附属设备统称为励磁系统。获得励磁电流的方法称为励磁方式。 励磁系统的形式很多，按照励磁系统和发电机的关系，可分为他励式(separately excited)和自励式(self-excited)两类。

15 同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式 一、他励式励磁系统 他励式励磁系统主要有下列几种。 1．直流励磁机励磁系统

16 同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式 2．他励式静止半导体励磁系统

17 同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式 3．旋转半导体励磁系统

18 同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式 二、自励式励磁系统 1．自并励半导体励磁系统

19 同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式 二、自励式励磁系统 1．自并励半导体励磁系统

20 同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式 二、自励式励磁系统 2．自复励半导体励磁系统

21 同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式 二、自励式励磁系统 3．相复励励磁系统
§6-4 同步电机的励磁方式 二、自励式励磁系统 3．相复励励磁系统 相复励励磁系统的全称是相位补偿复励式励磁系统，它具有自励恒压特性。所谓恒压特性，就是这种励磁系统能自动调节发电机的励磁，使得在任何负载下端电压都能稳定在一定范围内 1－发电机 2－线性电抗器 3－电流互感器 4－桥式整流器 5－整定电阻 6－起励装置

22 同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式 二、自励式励磁系统 4．三次谐波励磁系统
§6-4 同步电机的励磁方式 二、自励式励磁系统 4．三次谐波励磁系统 在电机定子上加装一套独立的三次谐波绕组，其线圈节距 把该绕组感应产生的三次谐波电动势引出，经整流后供给电机励磁绕组，这种方式称为三次谐波励磁方式。

23 1－发电机 2－励磁绕组 3－谐波绕组 4－整流器 5－调节电阻 6－集电环
同步电机的基本知识和结构 §6-4 同步电机的励磁方式 二、自励式励磁系统 4．三次谐波励磁系统 1－发电机 2－励磁绕组 3－谐波绕组 4－整流器 5－调节电阻 6－集电环

24 同步电机的基本知识和结构 §6-5 同步电机的额定值 额定容量SN或额定功率PN
§6-5 同步电机的额定值 额定容量SN或额定功率PN 同步发电机：额定容量SN是指出线端的额定视在功率，一般以干伏安(kVA)或兆伏安(MVA即百万伏安)为单位；而额定功率PN是指发电机输出的额定有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW，即百万瓦)为单位。 同步电动机：PN是指轴上输出的有效机械功率，也用千瓦(kW)或兆瓦(MW)来表示。对于同步调相机，则用线端的额定无功功率来表示其容量。以千乏(kVAR)或兆乏(MVAR)为单位。

25 同步电机的基本知识和结构 §6-5 同步电机的额定值 额定电压UN 指在额定运行时电机定子三相线电压，单位为伏(V)或千伏(kV)。
§6-5 同步电机的额定值 额定电压UN 指在额定运行时电机定子三相线电压，单位为伏(V)或千伏(kV)。 额定电流IN 指电机在额定运行时流过定子绕组的线电流，单位为安(A)．

26 同步电机的基本知识和结构 §6-5 同步电机的额定值 额定功率因数 cosφN 指电机在额定运行时的功率因数。 额定效率ηN
§6-5 同步电机的额定值 额定功率因数 cosφN 指电机在额定运行时的功率因数。 额定效率ηN 指电机额定运行时的效率。 对三相交流发电机 对三相交流电动机