同步电机原理及应用技术第7章 交流同步电动机的调速

同步发电机基本工作原理及运行特性一、基本工作原理及结构同步发电机是利用电磁感应原理，将机械能转变为电能的装置。

所谓电磁感应就是导体切割磁力线的能产生感应电势，将导体连接成闭合回路，就有电流通过的现象。

导体镶嵌在铁芯的槽里，铁芯是固定不动的称为定于（静子）。

磁极是转动的，称为转子。

它是由励磁绕组和铁芯组成的。

励磁绕组通过滑环与外部励磁回路相连，定子和转子是发电机的基本组成部分。

那么，三相交流电是如何产生的呢？直流电通入转子绕组后，就产生了稳恒的磁场，沿定于铁芯内圆，每相隔120度，分别安放三相绕组A－X、B－Y、C－Z。

当转子被汽轮机拖动以3000r/min旋转时，定子绕组便切割磁力线，产生感应电势，感应电势的方向可由右手定则来确定。

由于转子产生的磁场是旋转磁场，所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化，在其中感应的电势方向就不断变化，因而形成交变电势即交流电势。

交流电势的额定频率为f，它决定于发电机的极对数P和转速n，其计算公式为:f=np/60HZ，我国规定交流电的频率为50HZ。

即：p=1，n=3000r/min交流电势的相位关系：转子以3000r/min的转速不停地旋转A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线，所以三相绕组中电势的相位是不同的，因为定子绕组在安放时，空间角度相差120°相序为A－B－C。

何为同步呢？当发电机并列带负荷后，三相绕组中的定子电流（电枢电流）将合成一个旋转磁场，交流磁场与转子同速度，同方向旋转，这就是同步。

二、同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性，一般是指发电机的空载特性、短路特性、负载特性、外特性和调整特性等五种。

其中，外特性和调整特性是主要的运行特性，根据这些特性，运行人员可以判断发电机的运行状态是否正常，以便及时调整，保证高质量安全发电。

而空载特性、短路特性、负载特性则是检验发电机基本性能的特性，用于测量，计算发电机的各项基本参数。

1、外特性所谓外特性，就是励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下，负荷变化时发电机端电压U的变化曲线。

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。

交流与直流电机调速方法分类原理优缺点应用三相交流电机调速有哪些方法1 变极调速。

2变频调速。

3变转差率调速.。

三相交流电机有很多种。

1。

普通三相鼠笼式。

这种电机只能通过变频器改变电源频率和电压调速（F/U)。

2.三相绕线式电机，可以通过改变串接在转子线圈上的电阻改变电机的机械特性达到调速的目的。

这种方式常用在吊车上。

长时间工作大功率的绕线式电机调速不用电阻串接,因为电阻会消耗大量的电能。

通常是串可控硅，通过控制可控硅的导通角控制电流。

相当于改变回路中的电阻达到同上效果。

转子的电能经可控硅组整流后，再逆变送回电网。

这种方式称为串级调速。

配上好的调速控制柜，据说可以和直流电机调速相比美。

3.多极电机.这种电机有一组或多组绕组.通过改变接在接线合中的绕组引线接法，改变电机极数调速.最常见的4/2极电机用(角/双Y）接。

4.三相整流子电机。

这是一种很老式的调速电机，现在很用了。

这种电机结构复杂,它的转子和直流电机转子差不多，也有换向器，和电刷.通过机械机构改变电刷相对位置，改变转子组绕组的电动势改变电流而调速。

这种电机用的是三相流电，但是，严格上来说，其实它是直流机.原理是有点象串砺直流机。

5.滑差调速器。

这种方式其实不是改变电机转速。

而是改变和是电机轴相连的滑差离合器的离合度，改变离合器输出轴的转速来调速的.还有如,硅油离合器，磁粉离合器，等等，一此离合机械装置和三相电机配套，用来调速的方式。

严格上来说不算是三相电机的调还方式.但是很多教材常常把它们算作调速方式和一种。

直流电机的调速方法一是调节电枢电压，二是调节励磁电流,而常见的微型直流电机，其磁场都是固定的，不可调的永磁体，所以只好调节电枢电压，要说有那几种调节电枢电压方法，常用的一是可控硅调压法,再就是脉宽调制法(PWM)。

PWM的H型属于调压调速。

PWM的H桥只能实现大功率调速。

国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。

同步电机变频调速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。

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：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：可采用频率闭环控制，同步转速可以跟着频率改变，于是就不会振荡和失步了。

同步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。

下图给出了最常用的同步发电机的结构模型，其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。

图中用AX 、BY 、CZ 三个 在空间错开120电角度分布的线 圈代表三相对称交流绕组。

同步电机的运行方式：同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。

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。

同步电机的的工作原理
同步电机的工作原理是基于电磁感应原理。

当通过电流流过定子绕组时，产生的磁场会与转子上的永磁体磁场相互作用，从而使得转子开始旋转。

根据电磁感应定律，当磁场改变时，会产生感应电动势，这个感应电动势会引起电流在定子绕组中的流动，进而产生磁场。

这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使得转子继续旋转。

因此，通过交流电源向定子绕组提供电流，同步电机能够保持转速与电源频率的同步。

同步电机的旋转速度由电源频率决定，因此也称为频率控制同步电机。

同步电机的转速与电网（交流电源）频率之间存在一定的比例关系，通常以极数来表示。

同步电机还可以通过调整励磁电流来实现转速调节。

当调整励磁电流时，可以改变转子上的磁场强度，从而改变同步电机的转速。

需要注意的是，同步电机在启动时无法自行启动，其转子必须与电源的频率和相序同步。

而在运行过程中，若失去同步，转子将会停止旋转。

因此，同步电机通常需要通过其他装置（例如变频器）来控制电源频率和相序，以确保正常启动和稳定运行。

总结来说，同步电机的工作原理是通过电流在定子绕组中产生磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，使得转子旋转，并通过电源频率和相序来保持转速与电源同步。

同步电机的工作原理引言概述：同步电机是一种常见的电动机类型，其工作原理基于电磁感应和磁场的相互作用。

本文将详细介绍同步电机的工作原理，包括磁场产生、转子与磁场的同步、转矩产生、调速控制以及应用领域。

一、磁场产生1.1 永磁同步电机：通过永磁体产生恒定磁场，磁场的极性和分布规律决定了电机的性能。

1.2 感应同步电机：通过电磁铁产生磁场，电磁铁的电流和磁场的强度成正比，可以实现磁场的调节。

1.3 混合型同步电机：同时利用永磁体和电磁铁产生磁场，结合了永磁同步电机和感应同步电机的优点。

二、转子与磁场的同步2.1 同步速度：同步电机的转子速度与磁场的旋转速度完全一致，这是同步电机的特点之一。

2.2 极对数：同步电机的极对数与磁场的极对数相等，极对数决定了同步电机的转速。

2.3 同步损耗：同步电机在运行过程中，由于转子与磁场的同步性，会产生一定的同步损耗。

三、转矩产生3.1 磁场转矩：同步电机的转子与磁场之间的相互作用会产生转矩，使电机能够输出功率。

3.2 电流转矩：通过控制电机的电流大小和相位，可以调节电机的转矩。

3.3 磁阻转矩：同步电机的转子具有一定的磁阻特性，磁阻转矩是由转子磁阻产生的。

四、调速控制4.1 感应同步电机的调速：通过调节电磁铁的电流大小和频率，可以实现感应同步电机的调速控制。

4.2 永磁同步电机的调速：通过调节永磁体的磁场强度，可以实现永磁同步电机的调速控制。

4.3 变频调速：利用变频器控制电机的供电频率，可以实现同步电机的精确调速。

五、应用领域5.1 工业领域：同步电机广泛应用于工业生产中的电动机械设备，如风力发电机组、水泵、压缩机等。

5.2 交通运输领域：同步电机被用于电动车辆、列车牵引等交通运输工具中，具有高效、低噪音等优点。

5.3 家用电器领域：同步电机在家用电器中的应用越来越广泛，如洗衣机、空调、冰箱等。

结论：同步电机是一种重要的电动机类型，其工作原理基于磁场产生、转子与磁场的同步、转矩产生、调速控制等方面。

电机调速原理
电机调速原理是指通过改变电机输入电压、频率、电流或者改变电机的机械负载来使电机达到所需转速的控制方法。

调速的目的是为了满足不同工况下对转速的要求，从而实现电机在不同场合下的最佳性能。

在实际应用中，常见的电机调速方法包括电压调制调速、频率调制调速、电流控制调速、机械负载调速等。

其中，电压调制调速是指通过改变电机的输入电压来调节转速。

通过降低或增加电压的大小，可以改变电机的输出转矩和速度。

频率调制调速是指通过改变输入电压的频率来调节转速。

通过改变电压的频率，可以改变电机的输出频率和速度。

电流控制调速是指通过改变电机的输入电流来调节转速。

通过增大或减小电流的大小，可以改变电机的输出转矩和速度。

机械负载调速是指通过改变电机的机械负载来调节转速。

通过增大或减小机械负载的大小，可以改变电机的输出转矩和速度。

在电机调速中，通常需要借助调速器或控制器来实现对电机的调节。

调速器通过调整输入电压、频率、电流或者机械负载的大小，控制电机的输出转矩和速度。

而控制器则通过对调速器的控制信号进行调节，实现对电机的精确控制。

总而言之，电机调速原理是通过改变电机输入电压、频率、电流或机械负载来调节电机的转速。

通过合理选择和控制调速器和控制器，可以实现对电机的精确控制，满足不同工况下对转速的要求。