同步电机的工作原理

第一篇：同步电机的工作原理

同步电机的工作原理

同步电机和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间又不变得关系n=ns=60f/p，ns成为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。工作原理

◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

◆ 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。◆ 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。◆ 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。

◆ 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

第二篇：永磁同步电机的工作原理

永磁同步电机的工作原理

永磁同步电机的工作原理与同步电机的工作原理是相同的。永磁同步电机在现在应用及其广泛。和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间又不变得关系n=ns=60f/p，ns成为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频 异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式〔鼠笼式异步电机〕绕线式异步电动机。永磁同步电机的工作原理如下：

永磁同步电机主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

永磁同步电机的载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。

永磁同步电机的切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。

永磁同步电机交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。

永磁同步电机的交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

下一篇：限压式变量叶片泵的特性曲线

第三篇：同步电机小结

同步电机小结

一、同步电机的基本结构和运行状态

1、结构：隐极同步电机与凸极同步电机的结构特点

2、运行状态：功率角>0(主极磁场超前于气隙合成磁场)时：发电机状态

 <0时：电动机状态

 =0时：补偿机状态

二、空载和负载时同步发电机的磁场

1、空载特性

2、负载时的电枢反应取决于：激磁电动势E0和负载电流I之间的夹角0

0=0时

00时：I滞后于E0（900>0>0）：

0

I超前于E0（90>0>0）：

时空统一的相量图，Fa向量的相位，分解

三、同步发电机的基本方程，等效电路、相量图

UIRjIX

相应的等效电路和相量图

1、隐极机：不饱和时 E0asUI(RjX)

饱和时 Ea

2、凸极机：电压方程的推导，引入虚拟电势的目的，交直轴同步电抗的意义，相量图尤其重要

UI(RjX)EaUIRjIXjIX E0addqqEjI(XX)UIRjIX EQ0ddqaq0arctgUsinIXqUcosIRa

四、同步发电机参数的测定和运行特性

1、由空载和短路特性求取电抗值：Xd(不饱和)＝

Xd(饱和)＝

短路比Kc=

2、运行特性：外特性和调整特性，uE0UNUN100%

五、同步发电机与电网并联运行

1、投入并联的条件：发电机的相序与电网的一致；

发电机的频率与电网相同；

U

发电机的激磁电势E0与电网电压U满足 E00投入并联的方法：准确整步法（直接接法交叉接法）和自整步法。

2、功率和转矩 P1ppFePe

PepCuaP2

PemEIcosmEQIcos0mEQIq T1T0Te

E0UU211功角特性：Pemsinm()sin2

（隐极机只有第一项）

Xd2XqXdPemax取在4590

3、有功功率调节

要增加发电机有功功率的输出，必须增加原动机向电机的输入功率，使>0。

dP静态稳定条件：e0

d过载能力kpPe(max)PN1 sinN4、无功功率的调节：调励磁电流If

E0sin常值结合相量图和 理解

Icos常值

六、同步电动机

电压方程、相量图、功角特性、V形曲线

第四篇：技能培训专题 同步电机

28.6.2

同步发电机的功率和转矩平衡方程

同步发电机的功率流程如图所示。为自原动机向发电机的输入的机械功率，其中一部分提供轴与轴承间的摩擦、转动部分与空气的摩擦及通风设备的损耗，总计为机械损耗，另一部分供给定子铁心中的涡流和磁滞损耗，总计为铁心损耗,为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功率，称为电磁功率

。如果是负载运行，定子绕组中还存在定子铜耗，＝－就是发电机的输出功率。同步发电机的功率平衡方程式为

定子绕组的电阻一般较小，其铜耗可以忽略不计，则有

转矩平衡方程式：

28.6.3

同步发电机的功角特性

◆为内功率因数角，定义为功角。它表示发电机的励磁电势

和端电压之间相角差。功角对于研究同步电机的功率变化和运行的稳定性有重要意义。

◆图中画出了同步电机的时空相量图。图中忽略了定子绕组的漏磁电势，认为≈+，对应于转子磁势，对应于电枢磁势，所以可近似认为端电压由合成磁势=+所感应。

和之间的空间相角差即为和之间的时间相角差。

◆可见功角在时间上表示端电压和励磁磁势之间的相位差，在空间上表现为合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。并网运行时，为电网电压，其大小和频率不变，对应的合成磁势总是以同步速度旋转，因此功角的大小只能由转子磁势的角速度决定。稳定运行时，和之间无相对运动，具有固定的值。

28.6.3.1

隐极同步发电机的功角特性

功角特性指的是电磁功率随功角d变化的关系曲线=f(d)的。

隐极电机

最大功率与额定功率的比值定义为同步发电机的过载能力。对隐极电机来说

28.6.3.2凸极同步发电机的功角特性

凸极电机

令可以求出对应于最大电磁功率的功角,一般来说凸极电机的在45～90之间。

28.6.4有功功率调节与静态稳定（以隐极电机为例，忽略饱和影响和电枢电阻，电网电压频率恒定）

28.6.4.1有功功率调节

当发电机并入电网但不输出有功功率时，功角，，即原动机输入的功率与各种损耗守恒。此时电机中的电流是无功电流。

以为参考相量，无功电流滞后90度。与同相位，滞后90度

如果增加原动机输入功率，则，电机加速，转子直轴磁势超前于气隙磁蜜。此时，且超前一个相角，当，使，发电机转子不再加速，说明原动机输入的功率与电磁功率和损耗功率平衡，电机将机械功率转变成电功率输出。换句话说，要想增加发电机的输出功率，就必须增加原动机的输入功率，使电机的功率角增大。但是当时，若继续增加输入功率，电机将失去自身平衡状态，导致电机失步。就是说原动机的输入功率不能无限制的增加，电机自身存在着静态稳定的问题。

28.6.4.2静态稳定

概念：电网或原动机偶然发生微小扰动时，当扰动消失后，发电机能恢复原来的稳定同步运行状态，则称为静态稳定。

判断方法：假设原动机输入有效功率为PT=P1-∑p，发电机产生的制动性质的电磁功率为Pem，此刻出现一个扰动，使输入功率增加ΔPT，从功角曲线上可以判断电磁功率也增加ΔPem，使得，电机将减速回到A点。

反之，电机运行出现扰动时，导致输入的有效功率大于输出的电磁功率，电机不能恢复稳定运行。

后，电磁功率为负值，产生拖动性质的转矩，是同步电动机运行状态。

隐极同步电机，功率角在0~90为稳定运行区，90~180为不稳定运行区。

同步电机稳定判据：；即功角增量大于零时，电磁功率增量也要大于零。

如果，称为该点为

静态稳定极限点；发电机不能稳定运行

整步功率系数：

整步转矩系数：

静态过载系数：

要求kM>1.7

28.6.5

无功功率调节和V形曲线

同步发电机与电网并联后，不但要向电网供给有功功率，而且还有与电网进行的无功功率的交换。同步发电机要增加输出的有功功率，必须增加原动机的输入功率；本节将讨论的是，同步发电机要调节输出的无功功率，不需要调节原动机的输入功率，只要调节发电机励磁。

仍然以隐极电机为例分析：

U=电网电压，忽略电枢电阻，不计饱和影响，P2=constant,Pem=constant，只调节励磁电流，分析定子电流的变化。

常数

常数

忽略电枢电阻有Pem=P2，即常数，即可以根据此式分析If

or

E0对I的影响。

根据隐极电机电势方程式，画出相量图。

通过调节励磁电流调节无功功率得方法分以下几种情况讨论：

（1）

U与I同相位

cosφ=1,（2）

增加励磁电流

（3）

减小励磁电流

（4）

再减小励磁电流

28.7

同步电动机的运行特性

28.7.1

同步电动机的电势方程式和相量图

按照发电机惯例，同步电动机可以看成是一台输出负的有功功率的发电机，其电动势方程与发电机的方程相同，以隐极机为例：

同步电动机分析时采用电动机惯例。则电流I超前端电压U（从电网吸收超前的容性电流），励磁电动势E0滞后与电压U，φ和θ角为正值，产生的电磁功率也为正值。电动势平衡方程式分别为：

根据电动势方程可以画出相量图

28.7.2

同步电动机的功角特性和有功功率调节

功角特性和功率平衡方程

电动机运行时，E0滞后端电压U的功角θ为正值，同样有：

28.7.3

同步电动机的无功功率的调节和V形曲线

1.正常励磁

2.过励磁

3.欠励磁

与同步发电机相似,当同步电动机的输入有功功率恒定而调节励磁电流时,也有三种励磁状态,“正常励磁”时,电动机没有无功功率输出；“过励”时电动机从电网吸收容性无功（或发出感性无功）;“欠励”时电动机从电网吸收感性无功（或发出容性无功）.也可以调节无功功率.28.7.4

同步电动机的起动方法

28.8

同步电机的励磁系统

励磁电流：同步电机运行时，必须在励磁绕组中通入的直流电流

励磁方式：指同步电机获得直流励磁电流的方式

励磁系统：供给励磁电流的整个系统

励磁系统是同步电机的一个重要组成部分。它直接影响同步电机的运行可靠性和经济性，并对同步电机的运行特性如电压主调整率、短路特性、过载能力等有重大影响。

第五篇：技能培训专题 同步电机（二）

28.3.2

隐极同步发电机的电势方程式和相量图

28.3.2.1

电势方程式

负载以后，同步发电机的电枢绕组中存在以下电势：

①由励磁磁通产生的励磁电势；

②由电枢反应磁通产生的电枢反应电势；

③由电枢绕组漏磁通产生的漏磁电势。

由于电枢绕组的电阻很小，如果忽略电阻压降，则每相感应电势总和即为发电机的端电压，用方程式表示为

◇对于隐极电机来说，+=-j，其方程式可表示为

不饱和时：　=+j　饱和：

28.3.2.1

相量图

◇在同步电机理论中，用电势相量图来进行分析是十分重要和方便的方法。在作相量图时，我们认为发电机的端电压，电枢电流，负载功率因数角以及同步电抗为已知量，最终可以根据方程式求得励磁电势。

◇参看图a，隐极电机相量图可按以下步骤作出：

①

在水平方向作出相量；

②

根据j角找出的方向并作出相量；

③

在的尾端，加上相量j，它超前于

90°；

④

作出由的首端指向j

尾端的相量，该相量便是。

对于隐极电机来说，有

28.4

凸极同步发电机的电势方程式、同步电抗和相量图

28.4.1

隐凸同步发电机的电枢反应电抗和同步电抗

凸极同步电机的双反应理论

凸极同步电机的气隙不均匀，同一电枢磁势作用在不同气隙位置时，电枢磁势对主极磁场的影响不同，所以气隙磁场会有变化。

(1)

ψ=90,正弦电枢磁势基波作用在d轴上。

(2)

ψ=0,正弦电枢磁势基波作用在q轴上。

(3)

0≤≤900

电枢磁势作用在任意位置，电枢磁场分布不对称，磁场波形与ψ和Fa大小有关。不能直接确定电枢反应的大小。在这种情况下，为了分析电枢反应的影响，提出了双反应理论。

双反应理论：当电枢磁势的轴线既不和直轴重合又不和交轴重合时，可以把电枢磁势分解成直轴分量和交轴分量。分别求出直轴和交轴磁势的电枢反应，最后再把它们的效果叠加起来。双反应理论适合饱和以及不饱和情况。

4．直轴和交轴电枢磁势的折算

（1）

励磁磁密基波幅值（转子励磁磁势产生）（波形系数）

（2）

直轴电枢磁势产生的基波磁密幅值

（电枢磁场波形系数）

（3）

交轴电枢磁势产生的基波磁密幅值

（4）

将正弦波电枢磁势折算为等效的励磁绕组方波磁势，折算前后的基波磁密幅值不变。

直轴交轴电枢磁势折算系数

（5）

根据查电机的空载特性曲线，可以得到产生的磁场在电枢绕组中的感应电动势。

28.4.2

凸极同步发电机的电势方程式和相量图

28.4.2.1

电势方程式

凸极电机：不饱和：

饱和：

28.4.2.2.2凸极发电机电势相量图

◇对于凸极电机来说，需要首先将分解为和，然后才能根据方程式作出其电势相量图。由于与同方位，与正交，只要找出的方位，就可以方便地将

分解为和。

◇方程式两边同时加上-j(-)，即：

上式左边的相量-j(-)

显然与处于同一方位，而右边的相量+j

可以很方便地求得，这样就找到了的方位。参看图b，凸极电机的相量图可按下述步骤作出。

①

在水平方位作出相量，错开j角作出；

②

在的尾端，加上相量j，它超前于90°电角度，经过首端和j

尾端的直线就确定了的方位，也即确定了q轴，与q轴正交的方位即为d轴；

③

将在正交分解为和；

④即可作出。

电势相量图很直观地显示了同步电机各个相量之间的数值关系和相位关系，对于分析和计算同步电机的许多问题有较大的帮助作用。

对于凸极电机来说，28.5

同步发电机的稳态运行特性

28.5.1

外特性U=f（I）

当n=nN，If=constant,cosψ=constant,U=f(I)

(1)在感性负载和纯电阻负载情况下，电枢反应有去磁作用，空载电势。定子电阻和漏抗引起电压下降，外特性是一条下降的曲线。

电机需要补偿较大的励磁电流，称其过励状态。

（2）容性负载时，电枢反应是助磁的，外特性上升。电机需要减小励磁电流（与额定励磁电流比较），称其欠励状态

（3）从外特性求同步发电机的电压变化率（亦称为调整率）

电机额定运行时，空载励磁电动势与额定电压差与额定电压的比值。一般凸极电机18~30%，隐极电机30~48%（感性负载）

28.5.2调整特性if=f（I）

它与外特性相反，感性和纯阻性负载，转子电流随着负载电流增加而增加（因为电枢反应去磁作用，需要增加补偿的励磁电流）；容性负载时则电枢反应的助磁作用要减小励磁电流。

当n=nN，U=constant,cosψ=constant,If=f(I)

28.6

同步发电机的并联运行

28.6.1

同步发电机的并网条件和方法

28.6.1.1

同步发电机并联运行的优点

①提高了供电的可靠性，一台电机发生故障或定期检修不会引起停电事故。

②提高了供电的经济性和灵活性，例如水电厂与火电厂并联时，在枯水期和旺水期，两种电厂可以调配发电，使得水资源得到合理使用。在用电高峰期和低谷期，可以灵活地决定投入电网的发电机数量，提高了发电效率和供电灵活性。

③提高了供电质量，电网的容量巨大(相对于单台发电机或者个别负载可视为无穷大)，单台发电机的投入与停机，个别负载的变化，对电网的影响甚微，衡量供电质量的电压和频率可视为恒定不变的常数。

电网对单台发电机来说可视为无穷大电网或无穷大汇流排。同步发电机并联到电网后，它的运行情况要受到电网的制约，也就是说它的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。

28.6.1.2无限大电网概念

系统的电压和频率可以看作是不变的，相当于内阻抗等于零的横频、恒压电源

28.6.1.3

并联投入方法

把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车、整步。在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。并车前必须检查发电机和电网是否适合以下条件：

①

双方应有一致的相序；

②

双方应有相等的电压；

③

双方应有同样或者十分接近的频率和相位。

若以上条件中的任何一个不满足则在开关K的两端，会出现差额电压，如果闭合K，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。

并车的准备工作是检查并车条件和确定合闸时刻。通常用电压表测量电网电压，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U=U1。再借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。

28.6.1.4

并联投入方法

自整步法：在相序一致的情况下将励磁绕组通过适当的电阻短接，再用原动机把发电机拖动到接近同步速(相差2~5％)，在没有接通励磁电流的情况下将发电机接入电网，再接通励磁并调节励磁强弱，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程即告结束。需要注意的是，励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因为直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲击电流。自同步法的优点是：操作简单，方便快捷；缺点是：合闸时有冲击电流。