第四篇 同步电机

同步电机原理
同步电机是通过电磁场的作用使转子与电磁场同步转动的电动机。

它的转速与电源频率保持恒定，通过调节电源频率可以改变电机的转速。

同步电机的工作原理基于磁场作用力和转子磁场相互作用。

当电机通电时，定子绕组产生的磁场会诱导转子内部产生磁场，使得转子与定子的磁场相互作用。

由于转子与定子磁场的相互作用，使得转子受到一定的作用力，从而开始旋转。

当转子和定子的磁场达到同步状态时，转子就能够稳定地与电磁场同步转动。

同步电机的转速取决于电源的频率，通常以每分钟转数（rpm）表示。

当电源的频率增加时，转子的速度也会相应增加；反之，当电源频率减小时，转子的速度也会减小。

这种关系是由电磁感应定律决定的，即电源频率的改变会影响磁场的变化速度，从而影响到转子的旋转速度。

同步电机具有稳定的转速和较高的效率，常用于要求稳定转速的应用，如时钟、计时器等。

此外，同步电机还广泛应用于工业生产中的压缩机、风机、泵等设备，以及轨道交通系统中的列车牵引、供电等方面。

电励磁同步电机原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：电励磁同步电机是一种具有高效率和稳定性能的电动机。

在现代工业应用中，它被广泛应用于空调压缩机、泵站以及一些需要稳定转速的精密机械设备中。

其原理基于同步电机和励磁电机的结合，通过外部直流电源提供励磁电流，产生磁场，从而激励同步电机转动。

电励磁同步电机的原理主要包括三个基本部分：同步电机部分、励磁电机部分和控制系统部分。

同步电机部分是通过三相交流电源提供电力，产生旋转磁场，从而带动转子旋转。

这种旋转磁场的速度与电源频率成正比，因此同步电机的转速是固定的，称为同步速度。

同步电机在启动时由于需要对转子进行励磁，因此需要外部励磁电流来提供额外的磁场，以便启动电机。

接下来，励磁电机部分是通过外部直流电源提供直流励磁电流，产生额外的磁场，从而增加了转子的磁场强度。

这个磁场的频率是固定的，称为励磁频率。

励磁电流的大小和方向可以通过控制系统来调节，从而改变磁场的强度和方向，影响同步电机的转速和运行性能。

控制系统部分是通过传感器监测同步电机的速度和位置，通过反馈控制算法来调节励磁电流，保持同步电机的稳定运行。

控制系统可以根据实际需要来调节电机的转速和负载能力，从而实现高效率和稳定性能。

电励磁同步电机是一种先进的电动机技术，具有高效率、稳定性和可靠性等优点。

它在现代工业应用中发挥着重要作用，为生产制造和能源领域提供了可靠的动力源。

随着技术的不断发展和完善，电励磁同步电机将在未来得到广泛应用，为工业生产和社会发展做出更大的贡献。

第二篇示例：电励磁同步电机是一种应用广泛的三相异步电动机，它是通过利用直流电势来励磁，使得磁场保持在恒定状态下，从而使得定子和转子之间形成同步运行的电机。

电励磁同步电机因其性能稳定、效率高、响应速度快等优点，在工业控制领域得到广泛应用。

下面我们将详细介绍电励磁同步电机的原理和工作特点。

让我们来了解电励磁同步电机的基本结构。

电励磁同步电机由定子和转子两部分组成。

电机学第四篇同步电机第四章同步电机一、填空1. ★在同步电机中，只有存在电枢反应才能实现机电能量转换。

答交轴2. 同步发电机并网的条件是：（1；（2；（3）。

答发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致3. ★同步发电机在过励时从电网吸收，产生电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出，产生电枢反应。

答超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴增磁4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是和之间的夹角；二是和空间夹角。

答主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使Xq和Xd将。

答增加6. 凸极同步电机气隙增加使Xq和Xd将。

7. 答减小8. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为。

答mU(211?)sin?2 XqXd二、选择1. 同步发电机的额定功率指（）。

A 转轴上输入的机械功率；B 转轴上输出的机械功率；C 电枢端口输入的电功率；D 电枢端口输出的电功率。

答 D2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性cos??0.8，则其电枢反应的性质为（）。

A 交轴电枢反应；B 直轴去磁电枢反应；C 直轴去磁与交轴电枢反应；D 直轴增磁与交轴电枢反应。

答 C3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（）。

A 漏阻抗较大；B 短路电流产生去磁作用较强；C 电枢反应产生增磁作用；D 同步电抗较大。

答 B4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（）。

A X??Xad?Xd?Xaq?Xq；B Xad?Xd?Xaq?Xq?X?；C Xq?Xaq?Xd?Xad?X?；D Xd?Xad?Xq?Xaq?X?。

答 D5. 同步补偿机的作用是（）。

A 补偿电网电力不足；B 改善电网功率因数；C 作为用户的备用电源；D 作为同步发电机的励磁电源。

答 B三、判断1. ★负载运行的凸极同步发电机，励磁绕组突然断线，则电磁功率为零。

同步电机的工作原理及应用1. 同步电机的概述同步电机是一种将旋转磁场与电动机的转子转速同步的电动机。

它通过控制电源的频率和相位来实现稳定的工作,适用于多种应用领域。

2. 同步电机的工作原理同步电机采用磁通相互作用原理实现旋转。

当电流通过定子绕组时，会在定子上产生旋转磁场，而转子上的永磁体或电磁体则会受到这个旋转磁场的作用而旋转。

3. 同步电机的分类同步电机可以分为永磁同步电机和感应同步电机两种类型。

3.1 永磁同步电机永磁同步电机是指转子上带有永磁体的同步电机。

其转子磁场与定子磁场同步，通过调整电源频率和相位，可以实现对电机的转速控制。

3.2 感应同步电机感应同步电机是指转子上没有永磁体，而是通过感应磁场的方式来实现同步。

感应同步电机需要外加磁场激励，通常通过外部提供的励磁电流来实现转子的同步旋转。

4. 同步电机的应用同步电机由于其高效率、高功率因数和良好的控制性能，在工业领域有着广泛的应用。

4.1 工业驱动同步电机常用于工业驱动系统，包括压缩机、泵、风机、机床等。

其稳定的转速和精确的控制能力使其特别适合需要稳定输出转矩和精确控制转速的应用。

4.2 交通运输同步电机广泛应用于轨道交通系统，包括电动列车、城市轨道交通等。

同步电机在交通运输中具有高效率和快速响应的特点，能够提供稳定而可靠的动力。

4.3 可再生能源同步电机在可再生能源领域也有重要的应用，如风力发电机和水力发电机。

同步电机能够通过控制转子转速来匹配风力或水力资源的变化，从而提高能源的利用效率。

5. 同步电机的优势和局限性同步电机具有以下优势： - 高效率：同步电机由于无刷子结构和磁体转子的设计，具有较高的效率。

- 高功率因数：同步电机具有较高的功率因数，使得电源能够更有效地提供电能。

- 精确控制：同步电机的控制性能较好，可以实现精确的转速和转矩控制。

然而，同步电机也有一些局限性：- 同步电机较复杂：同步电机的结构较复杂，需要较高的工程设计和制造成本。

Word -可编辑 （5）功率调节。

1）有功功率调节。

改变原动机供养发电机的输入功率，改变功角的大小，可以调节有功功率的输出，当功角δ=90°时，有最大功率输出（隐极机）。

凸极机在δ略小于90°时有最大功率输出。

2）无功功率调节。

①隐极式同步发电机的无功功率：20cos s smE U mU Q x x δ=- ②凸极式同步发电机的无功功率：2201111cos cos 222d q d q d mE U mU mU Q x x x x x δδ⎛⎫⎛⎫=-++- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭③无功功率调节。

原动机不变，调节同步发电机的励磁电流可以调节无功功率的输出。

正常励磁时发电机无功功率为零；过励磁时发电机输出感性无功功率，即发出滞后的无功功率；欠励磁时发电机输出容性无功功率，即发出超前的无功功率。

保持有功功率不变，定子电流与励磁电流I f 成V 形曲线。

每条V 形曲线有一个最低点，对应于cos =1（正常励磁）。

cos =1左边，对应于欠励磁，超前功率因数区；cos =1右边，对应于过励磁，滞后功率因数区。

cos =1线是一条轻微向右倾斜的曲线，当增强输出的有功功率时，功角δ增强，cos δ减小，使输出的无功功率减小。

增强输出有功功率的同时保持无功功率不变，必须随功角δ的增强而增强励磁以提高空载电动势E 0的数值。

电枢电流随励磁电流变化的关系为一个V 形曲线，如图4.8.2所示。

千里之行，始于足下 图4.8-2V 形特性曲线（6）功角δ决定同步电机的运行状态。

①δ>0时，为发电机运行，输出有功功率。

②δ<0时，为电动机运行，输入有功功率。

当增强输出的有功功率时，功角δ增强，cos δ减小，使输出的无功功率减小。

增强输出有功功率的同时保持无功功率不变，必须随功角δ的增强而增强励磁以提高空载电动势E 0的数值。

4.8.3.同步发电机（1）电动势方程式。

1）隐极机：0s a U E jIx Ir =-++。

第四 同步电机同步电机是将机械能与交流电能相互转换成的设备，可用作发电机或电动机。

由于其中涉及机械能，它的结构上需要运动部件，所以同步电机通常是一种旋转电机，本书介绍磁极旋转旋转的同步电机。

下面通过习题解答来讲授本部分内容。

本篇习题主要围绕同步电机的工作原理、结构、稳态运行过程分析、参数与性能的计算、并联运行、不对称运行、突然短路等内容。

第10章习题解答（Page 201~202）本章内容包括同步电机的工作原理、分类、主要结构部件、额定值、电枢反应、电压方程与相量图等。

10-1 试比较隐极式和凸极式同步电机转子构造上各有什么特点？据此特点，在应用场合上有何区别？在性能和分析方法上又有何不同？【解】两者共同之处都是通过在励磁绕组中通入直流来建立主磁场；通入直流的方法也相同，即通过电刷与集电环（俗称滑环），此即有刷励磁，或者直流电源与转子一道旋转，此即无刷励磁。

区别是：隐极式同步电机的转子铁心是整体锻压件，兼备导磁和承载功能，铁心的外表对称的铣有槽，其中留出两个大齿各约占六分之一圆周，大齿中心连线就是磁极轴线（称为直轴或纵轴），可见隐极机一般都做成2极机；励磁绕组是分布绕组，它分布在铁心槽中。

凸极式同步电机的转子由磁轭和磁极两部分构成，其中，磁轭是合金钢整体锻压件，兼备导磁和承载功能；主磁极铁心由1~3mm 的厚钢板冲片叠压而成，励磁绕组是集中绕组，它套在磁极铁心柱上，二者共同构成主磁极，主磁极对称地固定在磁轭上。

由于隐极机的原动机汽轮机是一种高速原动机，故其转子直径相对较小；凸极机的原动机水轮机是一种低速原动机，需要做成多个磁极才能满足频率要求，故其直径相对较大。

10-2 已制成的同步发电机转速为何要求是其原动机转速？如果原动机转速改变，该发电机能否运行？若原动机转向改变，会有什么影响？【解】同步发电机用来把机械能转换成交流电能，需要原动机拖动以输入机械能，所以原动机的转速就是其转速。

原动机转速改变时，同步发电机照常工作，但是频率将发生变化。