第六章同步电机的稳态分析

第六章 同步电机6．1 同步电机和异步电机在结构上有哪些区别？同步电机：转子直流励磁，产生主磁场，包括隐极和凸极异步电机：转子隐极，是对称绕组，短路，绕组是闭合的，定子两者都一样。

6．2 什么叫同步电机？怎样由其极数决定它的转速？试问75r/min 、50Hz 的电机是几极的？同步电机：频率与电机转速之比为恒定的交流电机601f pn =，16060507540f n P ⨯===（极）6．3 为什么现代的大容量同步电机都做成旋转磁极式？∵励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较为方便，而电枢绕组电压高 ，电流大，放在转子上使结构复杂，引出不方便，故大容量电机将电枢绕组作为定子，磁极作为转子，称为旋转磁极式。

6．4汽轮发电机和水轮发电机的主要结构特点是什么？为什么有这样的特点？气轮发电机：转速高，一般为一对极，min 3000r n =，考虑到转子受离心力的作用，为很好的固定励磁绕组，转子作成细而长的圆柱形，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器与转轴做成一个整体，铁心上开槽，放同心式励磁绕组。

水轮发电机：n 低，2P 较多，直径大，扁平形，且为立式结构，为使转子结构和加工工艺简单，转子为凸极式，励磁绕组是集中绕组，套在磁极上，磁极的极靴行装有阻尼绕组。

6．6 为什么水轮发电机要用阻尼绕组，而汽轮发电机却可以不用？水轮发电机一般为凸极结构，为使转子产生异步转矩，即能异步起动，加阻尼绕组。

汽轮发电机一般为隐极结构，它起动时的原理与异步机相同，∴不必加起动绕组。

6．7 一台转枢式三相同步发电机，电枢以转速n 逆时针方向旋转，对称负载运行时，电枢反应磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的转速又是多少？对电枢的转速为n ，为定子的转速为0，方向为顺时针。

原因是：要想产生平均转矩，励磁磁势与电枢反应磁势必然相对静止，而现在励磁磁势不变。

∴电枢反应磁势对定子也是相对静止的，而转子逆时针转，∴它必须顺时针转，方能在空间静止。

第六章同步电机的基本结构和运⾏状态第六章同步电机的稳态分析6.1 同步电机的基本结构和运⾏状态⼀、同步电机的基本结构按照结构型式，同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。

旋转电枢式——电枢装设在转⼦上，主磁极装设在定⼦上。

这种结构在⼩容量同步电机中得到⼀定的应⽤。

旋转磁极式——主磁极装设在转⼦上，电枢装设在定⼦上。

对于⾼压、⼤容量的同步电机，通常采⽤旋转磁极式结构。

由于励磁部分的容量和电压常较电枢⼩得多，电刷和集电环的负载就⼤为减轻，⼯作条件得以改善。

⽬前，旋转磁极式结构已成为中、⼤型同步电机的基本结构型式。

在旋转磁极式电机中，按照主极的形状，⼜可分成隐极式和凸极式，如图6-l所⽰。

隐极式——转⼦做成圆柱形，⽓隙为均匀；凸极式——转⼦有明显凸出的磁极，⽓隙为不均匀。

对于⾼速的同步电机(3000r／min)，从转⼦机械强度和妥善地固定励磁绕组考虑，采⽤励磁绕组分布于转⼦表⾯槽内的隐极式结构较为可靠。

对于低速电机(1000r／min及以下)，转⼦的离⼼⼒较⼩，故采⽤制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构较为合理。

⼤型同步发电机通常采⽤汽轮机或⽔轮机作为原动机来拖动，前者称为汽轮发电机，后者称为⽔轮发电机。

由于汽轮机是⼀种⾼速原动机，所以汽轮发电机⼀般采⽤隐极式结构。

⽔轮机则是⼀种低速原动机，所以⽔轮发电机⼀般都是凸极式结构。

同步电动机、由内燃机拖动的同步发电机以及同步补偿机，⼤多做成凸极式，少数两极的⾼速同步电动机亦有做成隐极式的。

隐极同步电机以汽轮发电机为例来说明隐极同步电机的结构。

现代的汽轮发电机⼀般都是两极的，同步转速为3000r／min(对50Hz的电机)。

由于转速⾼，所以汽轮发电机的直径较⼩，长度较长。

汽轮发电机均为卧式结构，图6-2表⽰⼀台汽轮发电机的外形图。

汽轮发电机的定⼦由定⼦铁⼼、定⼦绕组、机座、端盖等部件组成。

定⼦铁⼼⼀般⽤厚0.5mm的DR360硅钢⽚叠成，每叠厚度为3-6cm，叠与叠之间留有宽0.8～lcm的通风槽，整个铁⼼⽤⾮磁性压板压紧，固定在机座上。

第一章磁路电机学1-1磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为，单位：1-2铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。

经验公式。

与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。

经验公式。

与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。

1-3图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为（铁心由的DR320硅钢片叠成），叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为，不计漏磁，试计算：(1) 中间心柱的磁通为Wb，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流；(2) 考虑铁心磁位降时，产生同样的磁通量时所需的励磁电流。

解：磁路左右对称可以从中间轴线分开，只考虑右半磁路的情况:铁心、气隙截面(考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度；气隙截面可以不乘系数)气隙长度铁心长度铁心、气隙中的磁感应强度(1)不计铁心中的磁位降：气隙磁场强度磁势电流(2)考虑铁心中的磁位降：铁心中查表可知：铁心磁位降1-4图示铁心线圈，线圈A为100匝，通入电流，线圈B为50匝，通入电流1A，铁心截面积均匀，求PQ两点间的磁位降。

解：由题意可知，材料的磁阻与长度成正比，设PQ段的磁阻为，则左边支路的磁阻为：1-5图示铸钢铁心，尺寸为左边线圈通入电流产生磁动势1500A。

试求下列三种情况下右边线圈应加的磁动势值：(1) 气隙磁通为Wb时；(2) 气隙磁通为零时；(3) 右边心柱中的磁通为零时。

解：(1)查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势左边磁路的磁势查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(2)查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(3) 由题意得由(1)、(2)可知取则查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势查磁化曲线得已知，假设合理右边线圈应加磁动势第二章变压器2-1 什么叫变压器的主磁通，什么叫漏磁通？空载和负载时，主磁通的大小取决于哪些因素？答：变压器工作过程中，与原、副边同时交链的磁通叫主磁通，只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。