第6章：三相同步电动机

同步电机知识点（整理：王子铟、包振）1.同步电机概述：主要用于发电机，也可用于电动机，其定子结构与异步电机相同，区别主要在转子侧。

同步电机的转子装有磁极，通入直流电流励磁，具有确定的极性。

“同步”的体现：转子旋转的速度必须严格和定子磁场同步。

2.同步电机的转速与负载的大小无关，计算公式为pfn 60=，当同步电机并入无穷大电网时，其转速固定，无法通过各类调节来改变。

3.同步电机的结构和分类：同步电机有旋转电枢式（磁极装在定子上，用于小容量同步电机中）和旋转磁极式（磁极装在转子上，为大中型同步电机的基本形式）两种，主要以旋转磁极式为主。

旋转磁极式同步电机又分为隐极式和凸极式两种隐极式电机的代表：汽轮发电机；凸极式代表：水轮发电机。

4.同步发电机的额定值①额定电压UN （V 、kV ）：额定运行时定子三相绕组上的线电压。

②额定电流IN （A 、kA ）：额定运行时流过定子绕组的线电流。

③额定功率因数cos φN:额定运行时输出有功功率和视在功率比值。

④额定效率ηN ：额定运行时的效率⑤额定容量S N =NN I U 3对发电机是出线端额定视在功率，单位为VA ，kVA 或MVA 对调相机是出线端额定无功功率，单位为var ，kvar 或Mvar ⑥额定功率P N对发电机是额定输出有功电功率P N =S N cos ϕN =N N I U 3cos ϕN对电动机是轴上输出额定机械功率P N =S N cos ϕN ηN =N N I U 3cos ϕN ηN5.同步发电机的空载运行（1）过程建立：转子励磁绕组通以直流励磁电流→形成静止磁场→转子由原动机拖动以同步转速旋转→静止磁场跟随转子一起转动，形成运动的磁场→交变的磁场在定子的三相对称绕组中感应出电动势。

因为定子电枢绕组开路，电枢电流为零，磁场全部由转子电流建立，因此漏磁通仅与转子励磁绕组交链。

感应电动势的计算：若主磁场B0在气隙中正弦分布，且以同步速n1旋转，则在定子绕组中产生对称三相电动势：︒∙︒∙︒∙∠=∠=∠=240,120,0000000E E E E E E C B A 有效值：0111044.4φN k N f E =(601pn f =)隐极机的励磁磁动势是矩形波，凸极机的励磁磁动势是阶梯波。

三相同步电动机原理
一、旋转磁场的产生
二、转子磁场的同步
三相同步电机的转子是由永磁体或电磁绕组组成的。

当转子在三相旋转磁场的作用下转动时，转子磁场会受到旋转磁场的作用而同步运动，形成转子磁场与旋转磁场之间的相对运动。

这种相对运动使得转子受到一个大小和方向与旋转磁场相对应的力矩作用，从而实现了同步转动。

三、同步转动的稳定
为了使三相同步电机能够稳定地同步转动，必须满足电动机的电磁回路和机械特性之间的匹配条件。

其中包括电磁回路的阻抗与电源电压的匹配、电磁回路的漏电感与电源频率的匹配、转子磁场的强度与旋转磁场的强度的匹配等。

只有满足这些匹配条件，电机才能实现稳定的同步转动。

四、调速控制
五、应用领域
总结起来，三相同步电机通过旋转磁场与转子磁场之间的相对运动实现同步转动。

它具有转速稳定、运行平稳和可靠性高的特点，广泛应用于工业自动化系统中。

掌握三相同步电机的原理对于了解和应用这种电机具有重要意义。

三相同步发电机工作原理
三相同步发电机是一种将机械能转化为电能的设备。

它基本上由转子和定子两部分组成。

转子是旋转部分，通常由强磁性材料制成，如永磁体或电磁体。

转子上的磁极与定子上的磁极相匹配，以产生磁场。

定子是静止部分，通常由绕组和磁极组成。

绕组通常是由绝缘电线绕成的线圈，每个线圈代表一个相位。

在三相同步发电机中，一共有三个线圈，分别对应三个相位。

工作原理如下：
1. 初始状态下，转子上的磁极和定子上的磁极相互吸引，使得转子开始旋转。

2. 当转子旋转时，转子上的磁极经过定子绕组时，会在绕组中产生电流。

3. 根据法拉第电磁感应定律，当电流通过定子绕组时，会产生一个磁场，该磁场与转子上的磁场相互作用，产生一个力矩，将转子继续推动。

4. 因为绕组被划分为三个相位，所以当转子旋转时，三个相位的绕组会分别产生电流。

这三个相位的电流之间存在120度的相位差，这使得输出的电流是三相交流电。

5. 通过适当的连接方式，可以将输出的三相交流电进行整流和变压处理，以满足各种应用的电能需求。

总体而言，三相同步发电机的工作原理是利用磁场相互作用和电磁感应的原理，将机械能转化为电能输出。

三相同步电动机工作原理
三相同步电动机是电动机的一种，具有结构简单、运转稳定等优点，
广泛应用于各种工业生产中。

三相同步电动机的工作原理是怎样的呢？下面我们来一一讲解。

第一部分：电机结构
三相同步电动机由定子、转子和开关器件组成。

定子上绕有三个相间120 度的交流电绕组，称为 A、B、C 相绕组。

转子上有凸极，凸极数
目等于定子相数，且与定子相间距离相等。

开关器件是为了控制转子磁极与定子磁场相位同步，使电机正常运转。

当定子绕组通电时，形成旋转磁场，因转子凸极数目与定子相数相等，所以转子凸极必定被旋转磁场捕捉，形成同步转速的转子转矩。

第二部分：工作原理
三相同步电动机工作原理是基于电磁感应定理，通过定子的三绕组中
流过三相电流，会形成旋转磁场，旋转磁场与转子中的凸极作用，产
生匹配的电磁力使得电机正常运转。

通过这样的工作原理，电机产生的转矩可以通过调整定子中的电流大
小和相位，以及改变转子中凸极磁场分布来调整。

当所输入的电流频
率与电机自身同步电动机频率相等时，电机会保持同步，稳定地运行。

第三部分：适用范围
三相同步电动机适用于各种场合，特别是适用于高功率电机和需要精
确控制设备的应用。

例如矿山、造纸、钢铁等工业生产领域。

另外，三相同步电动机还常常用于水泵载荷、压缩机负载和静止负载
等轴加载有严格的要求的应用。

总结
以上就是三相同步电动机的工作原理。

通过定子的电流产生旋转磁场，通过转子的凸极产生匹配的磁场，从而使得电机持续转动。

我们可以
根据需要调整电流和相位，使电机保持正常的旋转速度。

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。

三相同步发电机的组成及工作原理三相同步发电机是一种将机械能转换为电能的装置，它由主枢绕组、励磁绕组和磁电枢构成。

在三相同步发电机中，主枢绕组和励磁绕组是通过旋转的转子以同步速度与电网同步运行的，利用电网的磁场感应产生电势，从而发电。

主枢绕组是发电机的发电部分，它由若干个线圈组成，线圈的数量根据具体的设计要求和功率大小而定。

这些线圈分布在整个转子上，通过转子的旋转与磁电枢的磁场相互作用，产生感应电动势。

每个线圈都与电网的一个相位相连，通过线圈的电流形成旋转的磁场，从而与电网同步运行。

励磁绕组是发电机的励磁部分，它用于产生磁场，以驱动主枢绕组产生电压。

励磁绕组一般由直流电源供电，电源通过励磁线圈产生磁场，使得转子产生感应电势。

励磁绕组的电流大小和方向决定了转子的磁场强度和极性，进而决定了发电机的输出电压。

磁电枢是发电机的静止部分，它由一组磁钢片组成，磁钢片之间通过绝缘材料隔开。

磁电枢的作用是固定主枢绕组，使其能够旋转。

磁电枢的磁场与主枢绕组的磁场相互作用，产生感应电势。

磁电枢由于静止不动，所以也被称为静磁枢。

1.励磁绕组通电：通电后，励磁绕组产生磁场，使得转子的磁电枢也产生磁场。

2.转子旋转：由于机械的旋转驱动，转子开始旋转。

3.主枢绕组感应：转子的磁场与主枢绕组的磁场相互作用，产生感应电势。

这种感应电势是由转子的旋转和励磁绕组的磁场共同决定的。

4.输出三相交流电：主枢绕组的每个线圈与电网的一个相位相连，通过线圈中的电流形成的旋转磁场产生三相交流电。

5.与电网同步运行：主枢绕组产生的交流电与电网的频率和相位一致，使发电机与电网同步运行。

通过上述步骤，三相同步发电机能够将机械能转化为电能，将电能输出到电网中供应给用户使用。

三相同步发电机具有体积小、效率高、功率稳定等优点，在电力系统中起着重要的作用。

简述三相同步电动机的工作原理一、前言三相同步电动机是一种广泛应用于工业生产中的电动机，其具有结构简单、运行可靠、效率高等优点。

本文将对三相同步电动机的工作原理进行详细介绍，包括其基本构造、磁场转速和运行特性等方面。

二、基本构造三相同步电动机的基本构造包括定子和转子两部分。

其中定子由三个互相120度的定子绕组组成，每个定子绕组上都有一个交流电源接入。

转子则由永磁体或电枢组成，其轴线与定子轴线重合。

三、磁场转速当三个交流电源接通后，会在每个定子绕组内产生一个旋转磁场。

这些旋转磁场之间存在一定的差异，导致在转子内也会产生旋转磁场。

当这个旋转磁场与永磁体或电枢内部的磁场达到同步时，就会出现稳态运行状态。

此时，由于旋转磁场的速度与定子绕组内交流电源频率相关，因此称为“同步速度”。

而永磁体或电枢内部的旋转速度也随之同步，称为“磁场转速”。

三、运行特性三相同步电动机的运行特性主要包括启动、稳态和失速三个阶段。

1. 启动阶段在启动阶段，由于转子内部的磁场速度低于同步速度，因此会出现滑差。

此时，电机无法实现同步运转，需要通过外界力矩作用使其加速到同步速度。

2. 稳态阶段当电机达到同步速度后，就会进入稳态运行阶段。

此时，电机的输出功率与输入功率相等，且转矩恒定。

由于其结构简单、效率高等优点，在工业生产中得到广泛应用。

3. 失速阶段在失速阶段，由于外界因素的影响或负载变化等原因导致转子内部的磁场无法与旋转磁场达到同步状态。

此时电机无法继续正常运行，并出现振荡或停止等现象。

四、总结三相同步电动机是一种广泛应用于工业生产中的电动机。

其基本构造包括定子和转子两部分，当交流电源接通后会在定子绕组内产生旋转磁场，从而驱动转子旋转。

在运行过程中，电机会出现启动、稳态和失速三个阶段。

由于其结构简单、效率高等优点，三相同步电动机在工业生产中得到广泛应用。

三相永磁同步电机原理一、引言三相永磁同步电机（PMSM）是一种高效、环保的电机，广泛应用于工业自动化、新能源汽车、风力发电等领域。

其具有高转矩密度、高效率、高可靠性等优点，是现代电机控制技术的重要发展方向之一。

本文将对三相永磁同步电机的原理、结构、数学模型、控制策略等方面进行详细介绍。

二、三相永磁同步电机结构和工作原理三相永磁同步电机主要由定子和转子两部分组成。

定子部分包括三相绕组、铁芯等，转子部分则由永磁体构成。

其工作原理基于磁阻最小原理，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合。

当电机运行时，转子永磁体产生的磁场与定子绕组产生相互作用，从而使电机旋转。

三相永磁同步电机的旋转速度与电源频率成正比，其转矩与电流和磁通之间的相位差成正比。

通过控制定子电流的相位和幅值，可以实现对电机的速度和转矩的精确控制。

三、数学模型与动态分析为了更好地分析和控制三相永磁同步电机，需要建立其数学模型。

其数学模型主要包括电压方程、电流方程、磁链方程等。

通过这些方程，可以描述电机的动态行为，为进一步的控制策略提供基础。

四、控制策略与调速系统控制策略是三相永磁同步电机的重要组成部分，直接影响其性能和运行稳定性。

目前常用的控制策略包括矢量控制、直接转矩控制等。

这些控制策略可以根据电机的运行状态和需求，对电机的输入电压、电流等进行调节，从而实现高精度的速度和转矩控制。

调速系统是实现电机速度调节的关键部分，其主要作用是根据控制策略对电机的输入电压、电流等进行调节，以达到所需的转速和转矩。

调速系统的性能直接影响到电机的性能和运行稳定性。

目前常用的调速系统包括电压调节器、电流调节器等。

这些调节器可以根据控制策略的要求，对电机的输入电压、电流等进行调节，从而实现对电机的速度和转矩的精确控制。

五、技术挑战与发展趋势尽管三相永磁同步电机具有许多优点，但在实际应用中也面临着一些技术挑战，例如温度对电机性能的影响、电机弱磁扩速等问题。

为了克服这些挑战，需要进一步研究和改进电机的设计、制造和控制技术。

第六章学习指南熊永前一、内容及要求同步电机的结构型式，励磁方式，冷却方式、额定值。

同步电机的运行原理。

同步电机的电枢反应，隐极同步发电机的负载运行。

凸极同步电机的负载运行。

同步发电机的空载特性，零功率因数负载特性，短路比，外特性。

稳态参数的测定。

投入并联运行的条件和方法。

同步发电机的功率和转矩平衡方程式。

同步发电机的功角特性。

同步发电机与大电网并联运行时有功功率的调节和静态稳定。

无功功率的调节和V形曲线。

同步电动机的基本方程式矢量图和功角特性，无功功率的调节，同步电动机起动方法，同步调相机。

同步发电机不对称运行时的各相序阻抗和等效电路，三相同步发电机的不对称稳定短路。

不对称运行对电机的影响。

1.了解同步电机的主要结构型式及其应用特点、励磁方式和冷却方式；掌握同步电机的额定值。

2.了解同步发电机空载运行的原理，掌握空载运行时的时空矢量图。

掌握同步电机电枢反应的特点。

了解双反应理论。

3.掌握隐极和凸极同步发电机负载运行时的方程式和相量图以及同步电抗等参数。

掌握不饱和时同步发电机的计算。

4.掌握同步发电机各特性的原理和方法。

掌握利用各特性测量有关参数的方法。

掌握低转差法测量同步电抗的原理和方法。

5.掌握并联运行的条件，并网的方法。

掌握同步发电机的功率平衡和转矩平衡，功角特性。

掌握静态稳定，有功调节和无功调节的方法。

6.了解同步电动机的基本电磁关系。

了解同步电动机的起动和调速方法。

掌握同步调相机的原理和特点。

7.掌握各相序阻抗的物理概念极其大小关系，了解不对称稳定短路的分析方法，掌握稳定短路电流大小，了解负序和零序参数的测量方法，了解不对称运行的影响。

二、学习指导同步电机的一个基本特点是电枢电流的频率与转速之间的严格关系。

汽轮发电机由于转速高和容量大等特点必须采用隐极结构且转子直径不能太大，各零部件机械强度要求高。

水轮发电机则由于水轮机多为立式低转速，因此一般采用凸极结构，且极数很多，直径较大。

在分析同步电机内部的物理情况时，电枢反应占有重要地位。