可见：无论是同步发电机还是同步电动机，恒有：
60 f n n1 p
同步电机的三种运行方式:
转子磁场Ff超前 于电枢磁场Fa Te与n1反向
转子磁场Ff滞后 于电枢磁场Fa Te与n1同向
第三节 同步发电机的励磁系统
励磁系统—为同步电机提供励磁电流(直流)的整个系统 一、励磁系统应满足的条件:
组成：铁芯、绕组、机座及其他部件
0.35或0.5mm硅钢片，叠压 定子铁心 由扇型片拼成，省材，便于运输
矩形开口槽,径向,轴向通风道 定子绕组 —三相对称双层绕组(电枢）
扁铜线绕制而成,采用成型线圈 机 座 —用钢板焊接而成 其他部件 —隔振结构、电刷等
隐极机定子
(隐)外机座加工
(隐)内定子插入外机座
• 额定频率fN ——我国标准工频50Hz
• 额定转速nN ——即为同步转速（r/min）
• 额定效率ηN
（发电机： PN SN cosN 3UN IN cosN
频率： f pn
60
转子加 直流励磁
原动机 拖动转子
转子磁场 切割定子绕组
感应 三相交流电势
B、同步电动机： • 定子：三相绕组通入三相交流电→产生电枢旋转磁场
I ABC
Fa
n1
60 f p
• 转子：磁极的励磁绕组通入直流电产生转子磁场
I f Ff 1
• 定子、转子相互吸引，转子跟随定子旋转磁场旋转
➢能稳定提供发电机从空载到满载(及过载)所需的If ➢当电网电压减小时,能快速强行励磁,提高系统稳定性. ➢发电机突然甩负荷时能快速减磁，限制电压过高 ➢当电机内部发生短路故障时,能快速灭磁. ➢多台并联运行时，能够成组配合调节无功功率.
二、励磁系统分类
直流励磁机励磁系统
静止整流励磁
交流励磁机整流励磁系统 旋转整流励磁
三、端盖和轴承
端盖：将电机本体两端封闭起来，与机座、定子 铁芯和转子一起构成完整的通风系统。 采用无磁性硅铝合金浇铸，减少涡流和磁 滞损耗
轴承： （隐）承受巨大转子重量和离心力，采用没膜 液体润滑座式轴承； （凸）推力轴承承受旋转部分的重量及水轮机 的轴向推力，是凸极机制造关键技术。
总结对比
隐极式 （Salient-pole）
类型 定子 转子磁极 转子绕组 气隙 速度 应用
凸极式
N
（Cylindrical-Rotor）
N
+
SS +
S
N
隐极式
铁芯+三相对称绕组 细长圆柱形，圆周上铣有
大齿、小齿（1：2） 分布 均匀
离心力小—高速 汽轮发电机（p≤2)
凸极式 铁芯+三相对称绕组
矮胖凸极形状
集中 极弧下小、极间大 离心力大—低速 水轮发电机(p≥3)
第二节 同步电机的基本工作原理
一、两种旋转磁场
电枢磁场 Fa (交流励磁的旋转磁场)
转子磁极磁场 Ff 1 (直流励磁的机械旋转磁场)
★思考：区别（产生机理、转速、分布）？
二、基本工作原理
A、同步发电机
定子 转子
铁芯 电枢绕组 (交流) 铁芯 励磁绕组(直流)
相电势大小：
E ph 4.44 fNK N1m
第四篇 同 步 电 机
第十五章 同步电机的基本结构和工作原理
电气工程与自动化学院 主讲 黄灿水 2016.3
配套教材：《电机学》，林荣文（福州大学），中国电力出版社，2014.1
目录
第十五章 同步电机的基本结构和工作原理
15.1 同步电机的基本结构形式 15.2 同步电机的基本工作原理 15.3 同步电机的励磁系统 15.4 同步电机的额定值
交流主励磁机100Hz
旋转电枢绕组
主发电机
自动电压调节器
图12-12 旋转整流励磁系统
第四节 同步电机的额定值
• 额定容量SN(或功率PN)：额定运行时的输出容量（或功率）
• 额定电压UN ——额定运行时的电枢绕组线电压
• 额定电流IN ——额定运行时的电枢绕组线电流
• 额定功率因数cosθN——额定运行时电枢绕组功率因数
凸极机定子机座
二、转子
1、隐极式转子结构（汽轮发电机）
最大直径限制在1m左右 细长型：增大长度来增大容量（l/D=2.5~6.5) 材料：良好导磁的合金钢锻成 其它部件：转轴、风扇、集电环 大齿：小齿=1：2
2、凸极式转子结构(水轮发电机）
结构：凸极、极靴、阻尼绕组、转子支架 粗短型：直径大（>10m） 安装：悬式、伞式(见下图)
同轴连接
电压输出
交流副励磁机500Hz
交流主励磁机100Hz
主发电机
自动电压调节器
图12-11 他励式静止整流励磁系统
2）旋转整流励磁系统(无刷励磁系统)
➢主励磁机采用旋转电枢式三相同步发电机 ➢无电刷和集电环，运行可靠，适用于防燃防爆场合 ➢但灭磁时间常数大，转子绕组保护困难
同轴连接 电压输出
交流副励磁机500Hz
第一节 同步电机的基本结构形式
1、基本特点 ①根据电磁感应原理工作的交流旋转电机 ②转子转速固定为同步转速
n
n1
60 f p
当f=50Hz时，p=1、2、3、4、5… 则： n=n1=3000、1500、1000、750、600…
2、主要用途
①主要作发电机
②电动机（无需调速、低速大功率机械、改善功率因数）
③补偿机（空转的同步电动机，向电网输送无功功率）
3、结构形式分类： A、旋转磁极式
定子 转子
气隙
电枢：高电压、大电流，装在定子便于引出 磁极(励磁)：电流小，通过电刷可以引入转子
B、旋转电枢式
定子 转子
气隙
用于小容量或特殊用途同步电机 如同步电机的交流励磁机
一、定子 （同一般的交流电机相似；尺寸大，常采用拼装）
吊装中的水轮发电机转子(320MW)
2、凸极式转子结构(水轮发电机）
阻尼绕组的作用： 抑制转子机械振荡； 启动绕组； 消除不对称运行的影响。
2、凸极式转子结构(水轮发电机）
a、悬式： b、伞式：
优—减小振动和增加机械稳定性，用于高速 缺—轴向高度大，投资成本高 优—减小电机的轴向高度和厂房高度，节约投资 缺—机械稳定性稍差，用于低速
1、直流励磁机励磁系统
➢直流励磁机与同步发电机同轴 ➢最常用直流并励发电机;也有采用它励直流发电机 ➢一般带有自动电压调节器(AVR)
注：红色为转动部件
2 、交流励磁机整流励磁系统
➢交流励磁机与整流装置相配合 ➢又可分为静止整流励磁和旋转整流励磁 ➢无电刷和集电环，系统运行可靠，励磁容量高
1）静止整流励磁系统(他励)