•n
•a •b
•1
•c
•F •Ff0 •0 •g •d
•If(Ff)
3C7.B.Zeng •空载特性的工程应 用
① 将设计好的电机的空载特性与常规空载特性相比 较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说 明该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。
如太饱和，将使励磁绕组用铜过多，且电
压调节困难
（3） 转向：和转子转向一致 （4） 极对数：和转子磁极的极对数相同
4C2.B.Zeng
•励磁磁势和电枢磁势的区别
4C3.B.Zeng
4C4.B.Zeng
•
•准备工作
三个角
• 四个轴
4C5.B.Zeng
•2. 电枢反应的性质
• 电枢反应的性质(助磁、去磁或交磁）取决于 电枢磁势基波与励磁磁势基波的空间位置； 这一相对位置与励磁电势E0和电枢电流I之间 的相位差，即角度有关
同步电机结构
2C.B.Zeng
第十六章 同步发电机的基本电磁关系
16-1 同步电机的基本工作原理
•同步电机的基本结构
•N
•If
•n
•S
•定子上嵌放有对称 三相绕组a-x、b-y、
•c转-z子绕组通以直流电流 形成分布磁场，
•匝链定子上的各相绕组 。
3C.B.Zeng
•同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁
•d轴
•相轴 •时轴
•q轴
•
• •
•
•
•的直轴分量（无功分量 ）
•的交轴分量（有功分量 ）
6C0.B.Zeng
• 电枢磁势和电枢电流分量
6C1.B.Zeng
•当ψ角为不同值的电枢反应
6C2.B.Zeng
•有功电流产生电磁力，并形成电磁转 矩
•
•无功电流产生电磁力，不形成电磁转 矩
6C3.B.Zeng
•直轴助磁电枢反应
5C6.B.Zeng
•q轴
•A轴
•
1
•d轴
•Y
•C
•A •N
•S
•X
•Z •n1 •B
•
1
•相轴
•时轴 •q轴
•时轴
•
1
•d轴
5C7.B.Zeng
•可见， 超前 900相 位时，电枢磁势 的 方向总与励磁磁势 的方向相同。它们直接 相加得气隙中合成磁势 • 的电枢反应是纯粹 助磁的。 又位于d轴 ，又称
•相轴 •时轴 •q轴
•
1
•d轴
5C8.B.Zen锐角）。
滞后励磁
•时轴
•q轴 A 轴
•Y •C
•ψ
•d轴 •Ff
•Ψ+90
0
•Fa
•A •N
•S •X
•Z •B
•既有交轴又有直轴去磁电枢反应
5C9.B.Zeng
•可见此时电枢磁势
滞后 （ +900 ）
此时电枢应兼有去磁 及交磁两种性质。
•带阻尼绕组的凸极同步电机转 子
•水轮发电机定子分段铁心
1C8.B.Zeng
•N
•S
•S
•+
•N
•凸极式
1C9.B.Zeng
2C0.B.Zeng
2C1.B.Zeng
2C2.B.Zeng
2C3.B.Zeng
•凸极同步电机
• 凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机 的基本相同，所不同的只是转子结构。
同步电动机系列有TD、TDL等，TD表示同步电动机，后 面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步电动 机；TDL表示立式同步电动机。同步补偿机为TT系列
2C6.B.Zeng
额定值
一 额定容量SN或功率PN：长期安全运行的最大允 许输出功率。
二 额定电压UN：额定工况时，线电压 三 额定电流IN：额定工况时，线电流 四 fn fn=50Hz 五 nN 额定运行时电机转速 六 额定功率因数（cosN）额定有功功率和视在
•ea
•N
•If
•n
•S
•ec
•eb
•转子通直流电流 If
•励磁磁场Bf
•随转子旋转 •电枢感应电势 •角速度ω
•三相对称负 •三相对称电 •旋转基波
•载运行时
•枢电流 iabc •磁势
•(同步电机)
16-2 4C.B.Zeng 同步电机的构造特点
同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极 形状可分为隐极和凸极两种型式。
• 凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕 组等部分构成。
2C4.B.Zeng
同步电机的构造特点
1、定子：铁心，绕组 2、转子：凸极式
隐极式 3 气隙：比异步电机大。气隙处于电枢内圆和转
子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁 场的分布和同步电机的性能有重大影响。
2C5.B.Zeng
•2.时间向量图 •将时间向量图的参考轴与 A相绕组轴线取重合
•
1
•d轴
•3．时空相矢量图 •三相电流对称， 仅以A相代表 。
•相轴
•时轴 •q轴
5C0.B.Zeng
•: 在定子中感应电势 。 •⊥ ：交轴电枢反应
•相轴
•
•时轴 •q轴
1
使气隙磁势 增加，且由
•d轴
直轴后移一个角度。
•3、使得转子励磁绕组受一阻力矩（制动力矩） 这样要维持n1，必须输入更多的有功。
3 主磁路(0的路径)
主极铁心→气隙→电枢齿 →电枢磁轭→电枢齿→ 气隙→另一主极铁心→ 转子磁轭。
• 隐极同步电机的空载磁 势 2C9.B.Zeng
•3 •4 •4′•3′ •2′•1′ •1•2
励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形，受齿槽的影响,气隙 磁密呈现出波动变化。
用谐波分析法可求出其基波分量 合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波
•汽轮发电机转子加工
1C2.B.Zeng
1C3.B.Zeng
1C4.B.Zeng
•汽轮发电机组
1C5.B.Zeng
•2、水轮发电机结 构•(1)立式水轮发电机
•(2)卧式水轮发电机
1C6.B.Zeng
•2、水轮发电机结构
•(3)灯泡贯流式水轮发电机
1C7.B.Zeng
•凸极同步电机结构实物图
磁势分析 1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波 电Fa枢磁势
（1） 大小：
（2） 转速：
(r/min)
（3） 转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同
（4）极对数：和转子极对数Ｐ相同，决定于绕组的节
2距、y 转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁势Ff1
（1） 大小：
（2） 转速：和转子转速一样为同步速
•n
•基波电动势 •E0=4.44fWkW1Φ0 ： •0 ：磁极的基波每极磁通。 •W：每相定子绕组串联匝数。
3C3.B.Zeng
2．空载特性：
•当转子以恒定转速n旋转时，
•与 •曲线相似(成比例)
•为磁路的磁化特性
•( )
•1
•c
•一般将发电机的空载额定电
压设计于弯曲部分C点
•0
•d
•If(Ff)
电流最大。三相合成电枢磁势 出现在A相轴线上。
•q轴
•A轴
•
1
•d轴
•B轴
•Y
•C
•A •N
•S
•X
•Z •n1 •B
•C轴
•时轴
•
1
4C8.B.Zeng
•q轴
•A轴
•
1
•d轴
•Y
•C
•A •N
•S
•X
•Z •n1 •B
•B轴
•C轴
•相轴
•
•时轴 •q轴
1
•时轴
•
1
•d轴
4C9.B.Zeng
•可见 始终位于交轴上 ，称为 （交轴磁势）。
➢ 凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合 ➢ 隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于 • 高速旋转
5C.B.Zeng
•
国产300MW汽轮发电机
6C.B.Zeng
•1、汽轮发电机结构
•300MW水氢冷发电机结构
7C.B.Zeng
•隐极同步电机结构实物图
•汽轮发电机完工后的定子
3C4.B.Zeng
3.电机磁路的饱和系数
气隙线:将空载特性 的直线部分延长得线 段2，称为气隙线。
•设oa代表额定电压， 则 ac为产生额定电压所需 磁势:
•(
•2
) •n
•a •b
•1
•c
•F •Ff0 •0 •g •d
3C5.B.Zeng
•ab=F：不计饱和时产生oa电压所需磁势，称为气隙磁势
•相轴 •时轴 •q轴
•
1
•2. 转子旋转不受影响，发
•d轴
电机供给纯感性（ =900
）或纯容性（ =-900 ）
无功负载时，不需原动机
载入功率。
5C5.B.Zeng
•三、 ）
超前
•时 轴
900 的电枢反应（ =-900
•q轴 A轴
•Y
•C
•ψ
•d轴 •Ff •Fa
•A
•N
•S •X
•Z
•B
。 •bc=FFe：由于饱和，使得产生 oa电压的磁势增大的部分，
FFe用以克服铁心磁阻所需磁势 。且FFe铁心越饱和越大。
•( •2
) •n
•a •b
•1
•c •c '
•当E0=UN 时：
•F •Ff0 •0 •g •d