转子
第６章
同步电机
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
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第６章
同步电机
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同步电机
（1）定子铁心
1、汽轮发电机结构
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同步电机
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第６章
1 、汽 轮发电 机结构
同步电机
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第６章
同步电机
(2)卧式水轮发电机 (2)卧式水轮发电机
2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机 (1)立式水轮发电机
00 < ψ < 900 d、q 轴
Fad +Faq
直轴 增强 助磁 交轴直 削弱 轴去磁 轴助磁
不变 上升
下降 下降 R、L
900 <ψ < 00 d、q
轴
Fad +Faq 交轴直 增强 下降 上升 R、C
第６章
6.3.5
同步电机
电枢反应与机--电能量转换
电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象， 电枢反应是同步电机在负载运行时的重要物理现象，它不 仅是引起端电压变化的主要原因，而且也是电机实现机-----电能 仅是引起端电压变化的主要原因，而且也是电机实现机---电能 量转换的枢纽。 量转换的枢纽。
I
f
Ff
Φ fσ Φ
0
E0
大小： 空载电动势 E 0大小： E0 = 4.44 fN 1 k w 1Φ 0 空载特性： 空载特性：
n = nN , I = 0,E0 = f ( I f )
第６章
同步电机
６.3 同步电机的电枢反应
电枢反应:电机带上负载后， 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. 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， 电枢反应的性质，取决于电枢磁动势基波 F 和励磁磁动势基波 Ff a 和电枢电流 I 之间的夹角 ψ 之间的相对位置， 之间的相对位置，即与空载电动势E0 有关. 有关.
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同步电机
一般情况下，发电机既带有功负载， 一般情况下，发电机既带有功负载，又带感性无功负 有功电流的变化影响发电机的转速及频率， 载，有功电流的变化影响发电机的转速及频率，无功电流 的变化影响发电机的电压。 的变化影响发电机的电压。 为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变 为了保持发电机的频率和电压的稳定， 化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。 化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。 综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机 综上所述，交轴电枢反应的存在是实现机——电能量转 电能量转 换的关键。 换的关键。
国产200MW汽轮发电机定子 汽轮发电机定子 国产
第６章
同步电机
国产200MW汽轮发电机定子铁心 国产 汽轮发电机定子铁心
第６章
同步电机
现场运行的水轮发电机
第６章
同步电机
６.1同步电机的基本工作原理与结构
６.1.2 同步电机的基本工作原理与分类 一、同步发电机的基本工作原理 励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁 旋转时， 场，原动机拖动转子以转速 n 旋转时，其 磁场切割定子绕组而感应交流电动势 E0 .
PN = S N cos N = 3U N I N cos N
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同步电机
６.2 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， 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 定子绕组开路的运行称为空载运行 空载运行。 电流 I f ，定子绕组开路的运行称为空载运行。 电磁关系： 电磁关系：
当ψ = 00 时 , 交轴电枢反应磁动势是与空载电动 势E 同相的I 产生的, I 可以认为是I的有功分量.
0 q q
交轴的电枢反应磁场与励磁电流共同作用， 在 转轴上产生制动性质的电磁转矩Tem .
输出的有功功率越大， 输出的有功功率越大，有功分量电流就越 T 越大， 交轴电枢反应越强， 大，交轴电枢反应越强， em 越大，这就 要求原动机输入更大的驱动转矩， 要求原动机输入更大的驱动转矩，维持电 机的转速不变。 机的转速不变。
第６章
同步电机
６.1.3 同步电机的额定值
额定容量 S N 额定功率 PN
指电机额定运行时，输出功率的保证值。 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 KW。 KVA或 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 KW。 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 Kvar表示 KVA或 表示。 机用KVA或Kvar表示。
第６章
同步电机
同步电机是交流旋转电机的一种, 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， 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 本章主要分析同步发电机的稳态运行原理和运行特性， 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。 要分析同步电动机和调相机的运行状态。 6.1 6.2 同步电机的基本工作原理与结构 同步发电机的空载运行
W2
n
N
V2
× W1
旋转示意图1 旋转示意图2
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同步电机
二、同步电机的分类 按运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。 运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。 方式 按结构型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。 结构型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。 型式 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。 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、 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。 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 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 3000转 分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。 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。 同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。
空载电动势 E0 和电枢电流 I 同相位. 同相位.
同步电机
q轴 U轴 轴 轴
ψ = 00 时的电枢反应
Fδ
V2
Fa
W1
ψ + 900
F f 与Fa 之间夹 角为ψ + 900
d轴 轴
N
S U2 V1
W轴 轴
记Fa 为Faq
电枢反应性质： 电枢反应性质：
Ff
V轴
U1
交轴电枢反应
W2
第６章
同步电机
q轴 U轴 轴 轴
ψ = 900时的电枢反应 ６.3.2
空载电动势 E0 超 前电枢电流 I 900
F f 与Fa 之间夹 角为ψ + 900
V2
W1
记Fa 为Fad
电枢反应性质： 电枢反应性质：
d轴 轴
N
S U2 V1
Ff
U1
V轴
Fa
W轴 轴
直轴去磁电枢反应
W2
第６章
6.3.3
同步电机
q轴 U轴 轴 轴
ψ = 900时的电枢反应
空载电动势 E0 滞后 电枢电流 I 900
F f 与 Fa 之间夹 角为 ψ + 90 0
V2
W1
记Fa 为Fad
电枢反应性质： 电枢反应性质：
d轴 轴
Fa
Ff
U1
V轴
N
S U2 V1
W轴 轴
直轴助磁电枢反应
W2
第６章
6.3.4
同步电机
q轴 U轴 轴 轴
一般情况下的电枢反应
空载电动势 E0 超前 电枢电流 I ψ 角, 00 < ψ < 900
V2
F f 与 Fa 之间夹 角为 ψ + 90
0
W1
d轴 轴
ψ + 90 0
Fa
S U2
N
电枢反应性质： 电枢反应性质：
Ff
V轴
U1 V1
既有交轴,还有直轴 去磁电枢反应
W2
W轴 轴
第６章
此种情况下
同步电机
I = Id + Iq
I d = I sinψ ---直轴分量 I d 与E0成900 ---直轴分量 I q = I cosψ ---交轴分量 I q与E0同相位 ---交轴分量 与E
Fa = Fad + Faq Fad = Fa sinψ ---直轴分量电流产生的合成磁动势 直轴分量电流产生的合成磁动势 直轴分量 Faq = Fa cosψ ---交轴分量电流产生的合成磁动势 ---交轴分量 交轴分量电流产生的合成磁动势
第６章
6.3.4
同步电机
对电机的影响
一般情况下的电枢反应（总结）
Fa F f Fa
电枢反 应性质
Fa
记作
ψ ≈
负载 性质
ψ = 00 ψ = 900 ψ = 90
0
位置
夹角
Fδ
波形 畸变
n( f )
U
q轴 d轴 d轴
ψ + 900
F aq
交轴
直轴 去磁
下降
R L C
F ad
F ad
削弱 不变 下降
6.3 同步发电机的电枢反应 6.4 同步发电机的负载运行
6.5 同步发电机的并联运行 6.6 同步电动机和同步调相机 思考题与习题