. . . . 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
同步电动机的原理 同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因素的。 同步电动机在结构上大致有两种： 1、转子用直流电进行励磁。这种电动机的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励，在大多数同步电动机中，直流发电机是装在电动机轴上的，用以供应转子磁极线圈的励磁电流。 由于这种同步电动机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。鼠笼绕组放在转子的周围，结构与异步电动机相似。 当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生了一个旋转磁场，鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流，从而使电动机旋转起来。电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。 2、转子不需要励磁的同步电机 转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上，也能运用于多相电源上。这种电动机中，有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似，同时有一个鼠笼转子，而转子的表面切成平面。所以是属于显极转子，转子磁极是由一种磁化钢做成的，而且能够经常保持磁性。鼠笼绕组是用来产生启动转矩的，而当电动机旋转到一定的转速时，转子显极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。显极的极性是由定子感应出来的，因此它的数目应和定子上极数相等，当电动机转到它应有的速度时，鼠笼绕组就失去了作用，维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极，使之同步。
第五章同步电机 5-1什么是同步电机？极数是怎样决定它的转速的？75r/min、50Hz 的电机有几极？ 答：同步电机是一种交流电机。其特点是转子的旋转速度必须与旋转磁场旋转速度(即同步转速）严格同步。在频率一定时，其转速为一系列固定值。同步电机的转速与电流频率成f 正比，与极对数p 成反比，满足关系p f 60n n 1==。当75r/min、50Hz 时，4075 50 60n f 60p =?== 。因此该电机有2p=80极。5-2汽轮发电机和水轮发电机的主要特点是什么？为什么具有这样的特点？ 答：汽轮发电机的主要特点是：转速较高，一般都是一对极，转速为 min /r 30001 50 60p f 60n n 1=?== =。原因是：考虑到转子受离心力的作用并为了很好地固定励磁绕组，将转子做成细而长的圆柱形，且为隐极式结构。转子铁心一般由高机械强度和磁导率较高的合金钢锻成且与转轴做成一个整体。转子铁心上开槽，槽中嵌放同心式的励磁绕组。 水轮发电机的主要特点是：转速较低，极对数较多，为凸极同步发电机。 电机直径很大，呈扁平形。有立式和卧式两种类型。为了使转子结构和加工工艺简单，转子一般做成凸极结构。励磁绕组是集中绕组，套在薄钢板叠成的磁极上。磁极的极靴上一般装有阻尼绕组。 5-4悬式和伞式发电机各有何优缺点？ 答：悬式发电机 优点：转子重心在推力轴承下方，机组运行稳定性好，并且推力轴承在发电
机层，安装维护方便，轴承损耗小，适用于高水头电站。 缺点：要求上机架和机座强度要高，使机组长度增加和厂房高度增加。 伞式发电机 优点：充分利用水轮机和发电机之间的空间，结构紧凑，降低厂房高度，节省电站投资适用于低转速，大容量的低水头电站。 缺点：转子重心在推力轴承上方，机组稳定性差，推力轴承直径大，损耗大。 5-7一台转枢三相同步发电机，以转速逆时针旋转，主磁极对电枢是什么性质的磁场？对称负载运行时，电枢反应对电枢的转速和转向如何？对定子上主磁极的相对转速又是多少？主极绕组感应出电势吗？ 答：转枢三相同步发电机是指主磁极在定子，电枢在转子的同步电机。此时转枢式三相同步发电机，电枢以转速n逆时针方向旋转，假定电枢（转子）不动，则主磁场对电枢来说是旋转磁场，转速为n，旋转方向为与电枢（转子）的旋转方向相反，即顺时针。 负载时，电枢绕组会有三相对称的电枢电流产生，电枢电流对应的电枢反应磁场的转向与转速决定于感生它的磁场，即定子上的主磁场。因为主磁场相对于电枢是顺时针旋转，所以电枢反应磁动势的也是相对于电枢顺时针旋转的，其转速也是n。 对定子上静止的主磁极转速，即电枢反应磁动势的绝对转速等于电枢反应磁动势相对于电枢的转速（转速为n，顺时针）加上电枢转速（即电枢相对于定子的转速，大小为n，方向为逆时针），相对转速和电枢转速大小相等、方向相反，因此电枢磁动势相对于主磁动势的相对转速为0，即相对静止。 因为电枢反应磁动势相对主极绕组是静止的，因此不能产生感应电动势。 5-8同步发电机的电枢反应主要取决于什么？在下列情况下电枢反应是助磁还是去磁？（1）三相对称电阻负载。（2）纯电容性负载； (3)纯电感性负载。
第四章 三相异步电动机 一、 填空（每空1分） 1. 如果感应电机运行时转差率为s ，则电磁功率，机械功率和转子铜耗之间的比例是 2:P :e Cu P p Ω= 。 答 s :s)(1:1- 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于Hz 50的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为s ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 50Hz ，50Hz ，50sHz ，50sHz 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时m s = ,转子总电阻值约为 。 答 1， σσ21X X '+ 4. ★感应电动机起动时，转差率=s ，此时转子电流2I 的值 ，2cos ? ,主磁通比，正常运行时要 ，因此起动转矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 5. ★一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 0.02，1Hz ， 720r/min ，2Hz 6. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率0P 与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 7. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为1n ，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与1n 反向时为 运行状态。 答 电动机， 发电机，电磁制动 8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 9. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁 10. ★一台频率为 160Hz f =的三相感应电动机，用在频率为Hz 50的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。
同步电机的基本工作原理和结构 第一节精编资料 本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理,同步电机的电动势和磁动势,异步电动...二,同步电机的工作原理1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场... 原理,结构 同步电机的基本工作原理和结构 本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理、同步电机的电动势和磁动势、异步电动机的电势平衡，磁势平衡、等值电路及相量图、功率转矩、同步发电机运行原理等内容。本章共有10节课，内容和时间分配如下: 1.掌握同步电机的结构特点及工作原理。(2节) 2.掌握同步电机绕组有关的结构、额定参数(1节) 3.掌握同步电机机绕组的磁动势、等效电路，一般掌握相量图。(3节) 4.掌握同步电机功率、转矩和同步电机启动特性。(2节) 5.了解同步发电机的运行原理。(2节) 一、简介 交流电机，根据用途，可以分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三类。 (交流电能几乎全部是由同步发电机提供的。目前电力系统中运行的发电机都 是三相同步发电机。 同步电动机可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数，因而在不需要调速的低速大功率机械中也得到较广泛的应用。随着变频技术的不断发展，同步电动机的起动和调速问题都得到了解决，从而进一步扩大了其应用范围。
同步补偿机实质上是接在交流电网上空载运行的同步电动机，其作用是从电网汲取超前无功功率来补偿其它电力用户从电网汲取的滞后无功功率，以改善电网的供功率因数。) 二、同步电机的工作原理 1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场和转子旋转磁场。定子旋转磁场—又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场60f1n,速度:同步速度，即 1p 方向:从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相。 形成原因:以电气方式形成。 (当对称三相电流流过定子对称三相绕组时,将在空气隙中产生旋转磁通势。它的旋转速度 60f1n,1p为同步速度，即;它的旋转方向是从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相;当某相电流达到最大值的瞬间，旋转磁势的振幅恰好转到该相绕组轴线处。这个旋转磁通势是以电气方式形成的。同步电机不论作为发电机运行还是作为电动机运行，只要其定子三相绕 组中流通对称三相电流，都将在空气隙中产生上述旋转磁通势，建立旋转磁场。同步电机的定子绕组被称为电枢绕组，因此，上述磁势又常称为电枢磁势，而相应的磁场称为电枢磁场。转子旋转磁场—直流励磁的旋转磁场。 60f1n, 速度:同步速度，即1p 方向:与定子相同。 形成原因:机械方式形成。 (在同步电机的转子上装有由直流励磁产生的磁极，磁极与转子无相对运动。当转子旋转时, 以机械方式形成旋转磁通势，并在气隙中形成另一种旋转磁场。由于磁场随转子一同旋转，被称为直流励磁的旋转磁场。) 2 电动势—两个旋转磁场切割绕组产生。
第五章第五节三相交流同步发电机
1、交流同步发电机转子的转速n与定子旋转磁场的转数0n的关系是______。 n> A．0n B．0 n < n= C．0n n≈ D．0n 2、称之为“电枢”的是______。 A．三相异步电动机的转子 B．直流发电机的定子 C．旋转磁极式三相同步发电机的定子 D．单相变压器的副边 3、下列哪种情形下同步发电机不存在电枢反应？______。 A．只带纯阻性负载 B．因故跳闸后 C．只带纯感性负载 D．只带纯容性负载 4、当同步发电机带上容性负载时，一般情况下，其电枢反应为______。A．兼有直轴增磁、交轴两种反应 B．只有直轴去磁反应 C．只有直轴增磁反应 D．兼有直轴去磁、直轴增磁两种反应
5、当同步发电机带上感性负载时，其电枢反应为______。 A．只有交轴反应 B．只有直轴去磁反应 C．只有直轴增磁反应 D．兼有交轴、直轴去磁两种反应 6、同步发电机分别带下列三种不同性质的三相对称负载运行：（1）cosΦ=1；（2）cosΦ=0.8滞后；（3）cosΦ=0.8超前，在输出电压和输出电流相同情况下，所需励磁电流______。 A．（1）最大 B．（2）最大 C．（3）最大 D．一样大 7、三相同步发电机空载运行时，其电枢电流______。 A．为0 B．最大 C．随电压变化 D．可以任意调节 8、自励发电机在起动后建立电压，是依靠发电机中的______。 A．电枢反应 B．剩磁
C．漏磁通 D．同步电抗 9、关于同步发电机的电枢反应的下列说法，正确的是______。 A．电枢反应是发电机固有的特性，与负载无关 B．由于电枢反应会引起发电机端电压变化，故当发电机端电压保持在额定值时，就没有电枢反应 C．只有当发电机带载后，才会有电枢反应 D．无论何种负载，电枢反应只会造成发电机端电压的降低 10、如图为三相同步发电机的空载特性曲线，E0为开路相电压，I f为励磁电流，一般选图中______点为其空载额定电压点。 A．A点 B．B点 C．C点 D．D点 11、同步发电机的额定容量一定，当所带负载的功率因数越低时，其提供的有功功率______。 A．小
完美格式整理版 第一章永磁同步电机的原理及结构 1.1永磁同步电机的基本工作原理 永磁同步电机的原理如下在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。在异步启动的研究阶段中，电动机的转速是从零开始逐渐增大的，造成上诉的主要原因是 其在异步转矩、永磁发电制动转矩、 矩起的磁阻转矩和单轴转由转子磁路不对称而引等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在这个过程中转速是振荡着上升的。在起 动过程中，质的转矩，只有异步转矩是驱动性电动机就是以这转矩来得以加速的，其 他的转矩大部分以制动性质为主。在电动机的速度由零增加到接近定子的磁场旋转转速时，在永磁体脉振转矩的影响下永磁同步电机的转速有可能会超过同步转速，而出现转速的超调现象。但经过一段时间的转速振荡后，最终在同步转矩的作用下而被牵入同步。 1.2永磁同步电机的结构 永磁同步电机主要是由转子、端盖、及定子等各部件组成的。一般来说，永磁 同步电机的最大的特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似，主要是区别于转子的独特的结构与其它电机形成了差别。和常用的异步电机的最大不同则是转子的独特的结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、面贴式以及插入式，如图1.1所示。永磁同步电机的运行性能是最受关注的，影响其性能的因素有很多，但是最主要的则是永磁同步电机的结构。就面贴式、插入式和嵌入式而言，各种结构都各有其各自的优点。
第十一章三相交流同步发电机 在使用交流电制的船舶中，均采用三相交流同步发电机作为主电源设备。交流同步发电机是一种能量转换装置，它将原动装置发出的机械能转换成电能。根据原动机的形式，通常有中速柴油机发电机组，有的也配有转速较高的汽轮机发电机组。随着现代船舶的大型化，船用发电机的单机容量不断增大，船舶自动化程度大幅提高，对发电机运行的稳定性及可靠性提出了更高的要求。 4.1三相交流同步电机的构造与工作原理 4.1.1三相交流同步电机的构造 三相交流同步电机是由定子部分及转子部分组成。定子铁芯、转子铁芯和定转子间的气隙构成同步电机的磁路。以转子绕组形式分类，有旋转电枢式和旋转磁极式。对于高压、大容量的同步电机，通常采用旋转磁极式结构，即主磁极装设在转子上，电枢装设在定子上。由于励磁部分的容量和电压较电枢少得多，电刷和集电环的负载就大为减轻，工作条件得以改善。目前，旋转磁极式结构已经成为包括船舶发电机在内的中、大型同步电机的基本结构形式。 1 定子电枢构造： 定子电枢的同步电机，定子铁心是由硅钢片叠成。定子铁心槽内嵌放的三相对称绕组也是依次相差120空间电角度或120空间机械角度，其中p为极对数。三相绕组又称电枢绕组，电力发电机基本上都采用Ｙ联接。 定子结构由铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成，与异步电机定子基本相同。甚至相同机座号时，若与异步机互换定子，仍然可以运行。与异步电机的主要区别是尺寸方面，相同外形情况下，同步电机通常容量较大，而同步机的容量相对较小。从表面上看，同步机机壳表面较光，无散热片，而异步机表面带有散热槽。 2 转子： 旋转磁极式同步电机的转子有两种结构形式：一种有明显的磁极，成为凸极式，另一种转子为一个圆柱体，表面上开有槽，无明显的磁极，称为隐极式。而这两种转子绕组均时直流绕组，通以直流电流，产生恒定的磁极主磁通，并随原动机的运转而形成旋转磁动势。 同步发电机的转子可以采用凸极式和隐极式。由于水轮机、低速柴油机的转速较低（1000r/min及以下），通常把发电机的转子做成凸极式的；对于汽轮发电机，包括中高速柴油机发电机，由于转速较高（1500r/min乃至3000r/min以上），为了很好地固定励磁绕组，通常把发电机的转子做成隐极式的。无论是隐极式转子还是凸极式转子，其磁极均以N—S —N—S机顺序排放，励磁绕组的两个出线端分别接到固定的转轴上彼此绝缘的两个滑环上或旋转整流器的直流侧上，以产生磁极主磁通。对应的励磁供电可以通过固定的电刷装置与滑环的滑动接触将直流电流引入励磁绕组中，或通过自带的励磁机整流后向励磁绕组供电。 为了降低转子表面线速度，隐极式转子通常制成细长的圆柱体。隐极式转子的磁极一般为一对极或二对极。通常凸极式同步发电机的转子可制成一对极、二对极、三对极等，每个磁极上套放励磁绕组。 4.1.2三相交流同步电机的工作原理 当同步发电机的转子在原动机的拖动下达到同步转速n0时，由于转子绕组是由直流电流I f励磁，所以转子绕组在气隙中所建立的磁场相对于定子来说是一个与转子旋转方向相同、转速大小相等的旋转磁场。该磁场切割定子上开路的三相对称绕组，在三相对称绕组中产生三相对称空载感应电动势E0。若改变励磁电流的大小则可相应地改变感应电动势的大小，此时同步发电机处于空载运行。 当同步发电机带负载后，定子绕组构成闭合回路，产生定子电流，该电流是三相对称电
第四章 三相异步电动机 一、 填空（每空1分） 1. 如果感应电机运行时转差率为s ，则电磁功率，机械功率和转子铜耗之间的比例是 2:P :e Cu P p Ω= 。 答 s :s)(1:1- 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于Hz 50的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为s ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 50Hz ，50Hz ，50sHz ，50sHz 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时m s = ,转子总电阻值约为 。 答 1， σσ21X X '+ 4. ) 5. ★感应电动机起动时，转差率=s ，此时转子电流2I 的值 ， 2cos ? ,主磁通比，正常运行时要 ，因此起动转 矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 6. ★一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 ，1Hz ， 720r/min ，2Hz 7. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率0P 与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 8. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为1n ，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与1n 反向时为 运行状态。 答 电动机， 发电机，电磁制动 9. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 10. . 11. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁
摘要：采用电力电子装置实现电压-宾律协调控制，改变了同步电动机历来只能恒速运行而不能调速的面貌，使它和异步电机一样成为了可调速电机家族中的一员。起动费时、重载时震荡或失步等问题已经不再是同步电机广泛应用的障碍，同步电动机调速系统的应用正在飞速发展着。本文首先概括同步电机变压变频调速的特点及其基本类型，然后介绍了几种应用较广的系统，阐明了同步电机的多变量数学模型，最后讨论了自控变频同步电动机调速系统。 关键词：同步电机，变频调速，
目录 1 同步电动机变压变频调速的特点及其基本类型 (3) 1.1概述 (3) 1.2同步调速系统的特点 (4) 2 他控变频同步电动机调速系统 (5) 2.1转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统 (5) 2.2由交-直-交电流型负载换流变压变频器供电的同步电动机调速系统 (6) 2.3由交-交变压变频器供电的大型低速同步电动机调速系统 (7) 2.4按气隙磁场定向的同步电动机矢量控制系统 (8) 3 自控变频同步电动机调速系统 (11) 3.1梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）的自控变频调速系统 (12) 3.2正弦波永磁同步电动机的自控变频调速系统 (14) 参考文献 (15)
1 同步电动机变压变频调速的特点及其基本类型 历史上最早出现的是直流电动机19世纪末，出现了交流电和交流电动机为了改善功率因数，同步电动机应运而生。同步电动机也是一种交流电机。既可以做发电机用，也可做电动机用，过去一般用于功率较大，转速不要求调节的生产机械，例如大型水泵，空压机等。 最初的同步电动机只用于拖动恒速负载或用于改善功率因数的场合。在恒定频率下运行的大型同步电动机又存在着容易发生失步和振荡的危险，以及起动困难等问题。因此，在没有变频电源的情况下，很难对同步电动机的转速进行控制。 1.1概述 同步电动机历来是以转速与电源频率保持严格同步著称的。只要电源频率保持恒定，同步电动机的转速就绝对不变。 采用电力电子装置实现电压-频率协调控制，改变了同步电动机历来只能恒速运行不能调速的面貌。起动费事、重载时振荡或失步等问题也已不再是同步电动机广泛应用的障碍。 同步电机的特点与问题：优点： （1）转速与电压频率严格同步；（2）功率因数高到1.0，甚至超前。 存在的问题： （1）起动困难；（2）重载时有振荡，甚至存在失步危险。 问题的根源：供电电源频率固定不变 解决办法： 采用电压-频率协调控制，例如：对于起动问题而言，可以通过变频电源频率的平滑调节，使电机转速逐渐上升，实现软起动。对于振荡和失步问题而言，
n的关系是______。 1、交流同步发电机转子的转速n与定子旋转磁场的转数0 n> A．0n B．0 n < n= C．0n n≈ D．0n 2、称之为“电枢”的是______。 A．三相异步电动机的转子 B．直流发电机的定子 C．旋转磁极式三相同步发电机的定子 D．单相变压器的副边 3、下列哪种情形下同步发电机不存在电枢反应？______。 A．只带纯阻性负载 B．因故跳闸后 C．只带纯感性负载 D．只带纯容性负载 4、当同步发电机带上容性负载时，一般情况下，其电枢反应为______。 A．兼有直轴增磁、交轴两种反应 B．只有直轴去磁反应 C．只有直轴增磁反应 D．兼有直轴去磁、直轴增磁两种反应 5、当同步发电机带上感性负载时，其电枢反应为______。 A．只有交轴反应 B．只有直轴去磁反应 C．只有直轴增磁反应 D．兼有交轴、直轴去磁两种反应 6、同步发电机分别带下列三种不同性质的三相对称负载运行：（1）cosΦ=1；（2）cosΦ=0.8滞后；（3）cosΦ=0.8超前，在输出电压和输出电流相同情况下，所需励磁电流______。 A．（1）最大 B．（2）最大 C．（3）最大 D．一样大
7、三相同步发电机空载运行时，其电枢电流______。 A．为0 B．最大 C．随电压变化 D．可以任意调节 8、自励发电机在起动后建立电压，是依靠发电机中的______。 A．电枢反应 B．剩磁 C．漏磁通 D．同步电抗 9、关于同步发电机的电枢反应的下列说法，正确的是______。 A．电枢反应是发电机固有的特性，与负载无关 B．由于电枢反应会引起发电机端电压变化，故当发电机端电压保持在额定值时，就没有电枢反应 C．只有当发电机带载后，才会有电枢反应 D．无论何种负载，电枢反应只会造成发电机端电压的降低 10、如图为三相同步发电机的空载特性曲线，E0为开路相电压，I f为励磁电流，一般选图中______点为其空载额定电压点。 A．A点 B．B点 C．C点 D．D点 11、同步发电机的额定容量一定，当所带负载的功率因数越低时，其提供的有功功率______。 A．小 B．大 C．不变 D．不一定 12、船用无刷交流同步发电机的励磁方式属于______，大多采用旋转电枢式小型______发电机作为励磁机。 A．隐极／直流
永磁同步电机原理、特点、应用详解 电机对于工农业来说至关重要，本文将会对电机的定义、分类、电机驱动的分类进行简介，并详细介绍永磁同步电机的原理、特点以及应用。 电机的定义 所谓电机，顾名思义，就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性；当电能被转换成机械能时，电机表现出发电机的工作特性。电机主要由转子，定子绕组，转速传感器以及外壳，冷却等零部件组成。 电机的分类 按结构和工作原理划分：直流电动机、异步电动机、同步电动机。 按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。 交流电机还可分：单相电机和三相电机。 直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。 有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。 电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。 同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。 感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。 交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 按用途划分：驱动用电动机和控制用电动机。 永磁同步电机 所谓永磁，指的是在制造电机转子时加入永磁体，使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步，则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此，通过控制电机的定子绕组输入电流频率，电动汽车的车速将最终被控制。而如何调节电流频率，则是电控部分所要解决的问题。 永磁同步电动机的特点 永磁电动机具有较高的功率/质量比，体积更小，质量更轻，比其他类型电动机的输出转矩更大，电动机的极限转速和制动性能也比较优异，因此永磁同步电动机已成为现今电动汽车应用最多的电动机。但永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降，或发生退磁现象，有可能降低永磁电动机的性能。另外，稀土式永磁同步电动机要用到稀土材料，制造成本不太稳定 永磁同步电机与异步电机 除了永磁同步电机，异步电机也因特斯拉的使用而被广泛关注。与同步电机相比起来，电机转
硕士学位论文 二0一五 年 六 月 作者姓名 指导教师 学科专业 控制工程
摘要 本文在开始先介绍了研究电动汽车的背景及其意义，并介绍了电动汽车在国内外的发展现状，然后从电动汽车的燃油经济性，驱动性，安全性及舒适度，三个方面分析了电动汽车比其他燃料汽车存在的优越性。电动机是电动汽车的核心部件，本文中从其驱动方式把电动机分为四大类，直流有刷电动机，永磁同步电动机，永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机。本章从工作原理与性能方面分析了，这四种电动机各存在的优点和不足。从中得出永磁同步电动机是电动汽车比较理想的选择。本文刚开始介绍了永磁同步电动机PMSM的三种不同的控制方式，恒压频比控制，矢量控制，直接转矩控制，并从三者之间比较得出，PMSM采用直接转矩控制DTC的方式有着比其他两者更好的稳定性。 随后从永磁同步电动机PMSM的结构及其特点，分析了其优越性，并建立数学模型，根据空间矢量坐标关系推导出PMSM的在各坐标系下DTC的原理。本章分析了定子磁链与电磁转矩的估算和滞环控制，通过其原理研究了开关表控制的方式，并对PMSM的直接转矩控制DTC的Matlab/Simulink仿真，最终得出了DTC 较其它控制方式的稳定性。 其次分析了永磁同步电机PMSM的直接转矩控制DTC存在的诸多缺点，并提出基于SVM技术的SVPWM的控制方式，即空间矢量调制DTC控制策略，通过Matlab/Simulink仿真，得出SVPWM比PMSM DTC有着更好的稳定性。 TI公司推出的TMS320F2812 DSP芯片的控制系统设计，从硬件电路的设计和软件的设计，两个方面研究了该芯片。DSP硬件方面包含了智能模块的自保护特性，并设计了检测电路，保护电路，驱动电路和CAN通信等模块，软件系统方面分析了，其初始化流程图，接收流程图等。 关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；DSP；SVPWM
习题五 5-1、什么叫同步电动机？转速1500r/min ，50HZ 的同步电动机是几极的？是隐极结构，还是凸极结构？ 5-2 5 一、填空题 1.同步发电机的定子铁心槽中嵌放着________绕组，转子励磁绕组通入的是_________电流。 2. 两极同步发电机应以___________r/min 旋转，才能发出 50HZ 的交流电，当它以 __________r/min 旋转时，将发出 60HZ 的交流电。 3. 汽轮同步发电机的转子采用____________结构，水轮同步发电机的转子采用 _____________结构。 4．我国大型汽轮发电机的磁极数为____________，转子转数为__________r/min 。 5．同步发电机输出三相电压的相序由____________决定，如果改变原动机的旋转方向，则三相电压的相序将____________。 6．按结构型式分，同步电机可分为旋转磁极式和旋转电枢式两种，大型同步发电机采用 __________结构型式；小容量同步电机采用__________结构型式。 7．同步发电机采用静止半导体励磁系统时，其主励磁机是一台________式三相同步发电 机，而采用旋转半导体励磁系统时，其主励磁机是一台________式三相同步发电机。 8．当同步电机与异步电机的定子频率相同、极数相同时，二者定子磁场的转速________， 二者转子磁场的转速________。 二、选择题 1. 为了改善同步发电机电动势的波形，应当采取的措施有（ ）。 ① 设计极靴形状使主极磁场在空间按正弦分布； ② 采用短距和分布绕组使电枢磁场在空间按正弦分布； ③ 定子绕组采用 Y 接线，保证线电动势中没有三次谐波； ④ 以上都对。 2. 改变同步发电机的相序，需要（ ）。 ① 改变励磁绕组所接直流电压的极性； ② 增大励磁电流； ③ 互换定子绕组任意两相的出线端标志； ④ 改变发电机的转向。 3. 将同步发电机的电枢置于转子，定子为磁极固定不动，则通过转子上的三个滑环可获得（ ）。 ① 直流电压； ② 三相交流电压； ③ 直流磁动势； ④ 交流磁动势。 4.在旋转半导体励磁方式中，（ ）。 ① 主励磁机、副励磁机均为旋转磁极式； ② 主励磁机、副励磁机均为旋转电枢式； ③ 主励磁机为旋转磁极式，副励磁机为旋转电枢式； ④ 主励磁机为旋转电枢式，副励磁机为旋转磁极式。 5. 同步发电机的额定功率为（ ）。 ①N N N I U P =； ②N N N N I U P ?cos = ③N N N N I U P ?cos 3=； ④N N N N N I U P ?ηcos 3 =
第四章三相异步电动机 一、填空(每空1分) 1.如果感应电机运行时转差率为,则电磁功率,机械功率与转子铜耗之间得比例就是 = 。 答 2.★当三相感应电动机定子绕组接于得电源上作电动机运行时,定子电流得频率为 ,定子绕组感应电势得频率为 ,如转差率为,此时转子绕组感应电势得频率 ,转子电流得频率为。 答 50Hz,50Hz,50sHz,50sHz 3.三相感应电动机,如使起动转矩到达最大,此时= ,转子总电阻值约为 。 答 1, 4.★感应电动机起动时,转差率 ,此时转子电流得值 , ,主磁通比,正常运行时要 ,因此起动转矩。 答 1,很大,很小,小一些,不大 5.★一台三相八极感应电动机得电网频率,空载运行时转速为735转/分,此时转差率为 ,转子电势得频率为。当转差率为0、04时,转子得转速为 ,转子得电势频率为。 答 0、02,1Hz, 720r/min,2Hz 6.三相感应电动机空载时运行时,电机内损耗包括 , , ,与 ,电动机空载输入功率与这些损耗相平衡。 答定子铜耗,定子铁耗,机械损耗,附加损耗 7.三相感应电机转速为,定子旋转磁场得转速为,当时为运行状态;当时为运行状态;当与反向时为运行状态。 答电动机, 发电机,电磁制动 8.增加绕线式异步电动机起动转矩方法有, 。 答转子串适当得电阻, 转子串频敏变阻器 9.★从异步电机与同步电机得理论分析可知,同步电机得空隙应比异步电机得空气隙要 ,其原因就是。 答大,同步电机为双边励磁 10.★一台频率为得三相感应电动机,用在频率为得电源上(电压不变),电动机得最大转矩为原来得 ,起动转矩变为原来得。 答 , 二、选择(每题1分) 1.绕线式三相感应电动机,转子串电阻起动时( )。 A 起动转矩增大,起动电流增大; B 起动转矩增大,起动电流减小; C 起动转矩增大,起动电流不变; D 起动转矩减小,起动电流增大。 答 B 2.一台50三相感应电动机得转速为,该电机得级数与同步转速为( )。 Ａ４极,; Ｂ６极,;
同步电动机原理 Synchronous Motor Principle 三相交流电动机是用三相交流电产生的旋转磁场来带动电机转子旋 转的，有关旋转磁场的产生原理在前面已作介绍，在这里只介绍电机转 子是如何在旋转磁场的作用下旋转的。 永磁交流同步电动机 最简单的方法是在产生旋转磁场的空间放一永久磁铁，该磁铁就会 跟着磁场旋转了。下图就是这样一个永久磁铁转子。 永久磁铁转子 把永久磁铁转子放在能产生旋转磁场的定子铁芯中，它将会跟随旋 转磁场同步旋转，其转速与旋转磁场一致，故称之为同步电动机，下图 便是一个永磁同步电动机模型的示意图。
永磁同步电动机模型 下面是该三相交流同步电动机模型的动画截图，为看清线圈与磁力线，定子与转子用半透明显示。动画中有输入三相电流的变化波形，有旋转磁场与跟着旋转的永磁转子。
永磁同步电动机动画截图 请观看永磁转子同步电动机原理模型3D动画 这个三相交流同步电动机的旋转磁场只有一对磁极，永磁转子也是一对磁极，转速与交流电源相同，用50周的交流电供电时转子转速是每秒50转。
电励磁交流同步电动机 实际上的三相交流同步电动机转子多数是电励磁的，转子上有励磁绕组，用直流励磁电源产生固定磁场，下图是一个电励磁三相交流同步电动机原理模型旋转动画的截图。 电励磁三相交流同步电动机模型 请观看三相交流同步电动机原理3D动画 该三相交流同步电动机的旋转磁场只有一对磁极，电励磁转子也是一对磁极，用50周的交流电供电时转子转速是每秒50转，也即每分钟3000转。两极同步电动机的转子一般采用隐极式转子。
多极交流同步电动机 许多场合需用低转速，大力矩输出的交流同步电动机，此时的电机多做成大直径的多极电机形式，定子绕组产生多对磁极旋转磁场，转子采用多对凸极结构。下图是一个3对磁极同步电动机模型示意图，定子有3个3相绕组，转子有3对（6个）凸极，转速为每分钟1000转。 多极三相交流同步电动机模型
第四篇 同步电机习题解答 15-1 一台三相隐极同步发电机，25000kW N P =,10.5kV N U =,Y 接，cos 0.8 N ?=滞后，已知7.52, 0t a x R =Ω≈，每相励磁电动势07520V E =。求下列几种情况下的电枢电流，并说明其电枢反应的性质：（1）每相接7.52Ω的三相对称纯电阻负载；（2）每相接7.52Ω的三相对称纯电感负载；（3）每相接15.04Ω的三相对称纯电容负载；（4）每相接7.547.54j -Ω的三相对称电阻电容负载。 解：0a t L a t L t E U IR jIx IZ IR jIx IZ jIx =++=++≈+ 0L t E I Z jx =+ , 令0075200V E =∠ （1）7.52L Z =Ω 00075200701.145(A)7.527.52 L t E I Z jx j ∠===∠++ 为直轴和交轴电枢反应； （2）7.52L Z j =Ω 0007520050090(A)7.527.52 L t E I Z jx j j ∠===∠-++ 为直轴去磁电枢反应； （3）15.04L Z j =-Ω 000 75200100090(A)15.047.52 L t E I Z jx j j ∠===∠+-+ 为直轴增磁电枢反应； （4）7.527.52L Z j =-Ω 000 7520010000(A)7.527.527.52 L t E I Z jx j j ∠===∠+-+ 为交轴电枢反应。 15-2 一台凸极同步发电机，72500kW N P =,10.5kV N U =，Y 接， c o s 0.8N ?=滞后，1, 0.554, 0 d q a x x R * *==≈。试求额定负载下运行时发电机的0, , d q I I E ψ及。 解：Y 接，0cos 0.8, 36.87N N ??==
60 1 8.1同步电机原理和结构 1 ?同步发电机原理简述 （1）结构模型： 同步发电机和其它类型的旋转电机一样， 由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。 最常用的转场式同步电机的定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排 列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁 心和电枢绕组。转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直 流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场（也称主磁场、 转子磁场）。除了转场式同步电机外， 还有转枢 式同步发电机，其磁极安装于定子上，而交流 绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的 转子充当了电枢。图 8-1-1给出了典型的转场 式同步发电机的结构模型。图中用 AX 、 BY ， CZ 共3个在空间错开120°电角度分布的线 圈代表三 相对称交流绕组。 （2 ）工作原理 同步电机电枢绕组是三相对称交流绕组，当 原动拖动转子旋转 时，通入三相对称电流后，会 产生高速旋转磁场，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），会在其中感应出大小和方向按周期性变化的交变电势， 每相感应电势的有效值 为， E o = 4.44fN ① f k w （ 8-1-1 ） 式中f ――电源频率；①f ――每极平均磁通； N ——绕组总导体数；k w ---------------- 绕组系数； E 0是由励磁绕组产生的磁通 ①f 在电枢绕组中感应而得，称为 励磁电势（也称主电势、 空载电势、转子电 势）。由于三相电枢绕组在空间分布的对称性， 决定了三相绕组中的感应 电势将在的时间上呈现出对称性，即在时间相位上相互错开 1/3周期。通过绕组的出线端 将三相感应电势引出后可以作为交流电源。可见，同步发电机可以将原动机提供给转子的 旋转机械能转化为三相对称的交变电能。 感应电势的频率决定于同步电机的转速 n 和极对数p ,即 同步电机 图8-1-1 同步电机结构模型
第四章 4 .1 如果电源频率是可调的,当频率为50 Hz 及40 Hz 时,六极同步电动机的转速各 是多少? 解: n =1n = p f 160 六极同步电动机P=3,当1f =50HZ 时,min /1000350 60r n =?= ; 当1f =40HZ 时,min /8003 40 60r n =?= 4 . 2 同步电动机在正常运行时,转子励磁绕组中是否存在感应电动势?在起动过程中 是否存在感应电动势?为什么? 答: 同步电动机在正常运行时,转子励磁绕组中不存在感应电动势。正常运行时转子的转 速等于定子旋转磁场的转速, 转子励磁绕组与定子旋转磁场之间没有相对切割运动,所以 转子励磁绕组中不会产生感应电动势。在起动过程中转子励磁绕组中存在感应电动势,因为 起动时转子的转速低于定子旋转磁场的转速, 转子励磁绕组与定子旋转磁场之间有相对 切割运动, 所以转子励磁绕组中会产生感应电动势。 4 . 3 为什么异步电动机不能以同步转速运行而同步电动机能以同步转速运行? 答: 若异步电动机以同步转速运行,则转子的转速等于定子旋转磁场的转速,两者之间没有 相对切割运动,在转子绕组中不会产生感应电动势,没有电流, 没有电磁转矩, 异步电动机不 能运行,所以异步电动机不能以同步转速运行。 同步电动机的定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场,而转子励磁绕组通入直流电产生 恒定磁场,只有当转子转速等于同步转速时, 同步电动机才能产生固定方向的电磁转矩,从而 带动负载运行;如果转子转速不等于同步转速,则产生的电磁转矩的方向是交变的,时而是顺 时针方向, 时而是逆时针方向,平均电磁转矩为零,所以同步电动机只能以同步转速运行。