同步电机的基本工作原理和结构
摘要：针对现有同步电机存在的问题，提出一种新型同步电机。该电机省去了滑环和电刷，通过调节励磁电流的大小和方向使发电机的输出电压可调。描述了电机的结构及原理，计算了发电机的空载特性。
关键词：电励磁 无刷 同步电机 空载特性
中图分类号：tm 文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2013）05-0257-01
1同步电机的种类
同步电机是交流电机的一种，主要用作发电机，世界上的电力几乎都由同步发电机发出按照转子励磁调节方式不同，主要有5种类型。
1.1由直流励磁机供电的同步电机。调节励磁机励磁电阻可改变直流励磁机的端电压，进而改变同步发电机的励磁电压和励磁电流。
1.2由静止半导体提供励磁的同步电机。目前100mw以上的汽轮发电机普遍使用交流励磁机配合半导体整流装置获得直流电流，以供给同步发电机作励磁电流。交流主励磁机是普通的三相同步发电机，常用的交流主 励磁机 的频率 为100hz，目的是使整流后的励磁电流的纹波尽量小些。交流副励磁机是一种特殊结构的永磁发电机，其频率为400hz或500hz，输出的三相交流电经可控半导体整流装置供给交流主励磁机励磁电
流，以改变同步发电机的励磁电压和励磁电流。
静止半导体励磁的同步发电机输出的达几千安的励磁电流，通过电刷滑环才输入到同步电机的励磁绕组。大的电流通过电刷滑环必然会引起严重的发热现象或高温对零件结构造成不可逆转的损坏；因此，当电机长时间运行时，积累的热量可能会烧毁电机内部零件。
1.3由旋转半导体提供励磁的同步电机。旋转半导体励磁的同步电机虽然取消了电刷和滑环，但它仍需要交流主、副励磁机提供励磁电流。交流主励磁机、交流副励磁机以及三相同步电机各为一级，即整体有三级。这样一个”三级”模式结构比较复杂，且励磁机本身需要励磁，当主电机运行于电动状态时，励磁机由主电机驱动；励磁机产生的是阻力矩，故能量转换环节多，效率低；此外，励磁调节速度慢、灭磁也慢，对迅速消除主电机内部故障不利，并且有剩磁。
第1页 共4页 电机与拖动 同步电机的基本结构和额定值、三相同步电机的工作原理
主 题：同步电机的辅导文章——同步电机的基本结构和额定值、三相同步电机的工作原理
学习时间：2016年11月21日--11月27日
内 容：
我们这周主要学习课件第5章同步电机的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对同步电机相关知识的理解。
一、同步电机的基本结构和额定值（重点了解）
1.同步电机是由定子和转子组成的。其中定子又由定子铁心、定子绕组、机座、端盖等部件组成，转子由转子铁心、励磁绕组、阻尼绕组和转轴等组成。
图1
同步电机的定子称为电枢（而直流电机的转子称为电枢），定子铁心和定子绕组称为电枢铁心和电枢绕组。同步电机一般采用旋转磁极式结构。按转子主磁极形状的不同，同步电机又分为隐极式和凸极式两种基本形式，同步电机的转子绕组为励磁绕组，工作时需要励磁系统为其励磁，以产生同步电机的主极磁场。
同步电机的几种主要励磁方式：直流励磁机励磁、静止整流器励磁、旋转整流器励磁。
2.同步电机的额定值
1）额定容量或额定功率：均是指同步电机额定运行时的输出功率。
对于同步发电机，额定容量是指额定运行时电枢输出的额定视在功率，额定功率是指同步发电机额定运行时电枢输出的额定有功功率。对于同步电动机，额定功率是指额定运行时轴上输出的额定机械功率，补偿机则用无功功率表示。
2）额定电压：是指同步电机在额定状态下运行时电枢的线电压。
3）额定电流：是指同步电机在额定状态下运行时电枢的线电流。
4）额定功率因数：是指同步电机在额定状态下运行的电机的功率因数。
5）额定频率：是指同步电机在额定状态下运行时电枢的频率。我国同步电 第2页 共4页 机的额定频率规定为50Hz。
6）额定转速：是指同步电机在额定状态下运行时电机的转速，额定转速即为同步转速。
二、三相同步电机的工作原理（重点了解）
三相同步电机为双边励磁电机，工作时，一方面，转子励磁电流产生励磁磁动势0F,形成同步电机的主极磁场；另一方面，电枢（定子）三相绕组上的对称三相电流产生同步转速为1n的旋转磁动势aF而形成电枢旋转磁场；转子主极磁场与电枢旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，转子以同步转速1n恒速旋转，从而实现机电能量的转换。
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学习好帮手 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。 1
三相异步电动机结构详细图解
图1封闭式三相异步电动机的结构
1-端盖2—轴承3—机座4—定子绕组5—转子
6—轴承7—端盖8—风扇9—风罩10—接线盒
异步电动机的结构也可分为定子。转子两大部分。定子就是电机中固定不动的部分，转子是电机的旋转部分。由于异步电动机的定子产生励磁旋转磁场，同时从电源吸收电能，并产生且通过旋转磁场把电能转换成转子上的机械能，所以与直流电机不同,交流电机定子是电枢.另外，定。转子之间还必须有一定间隙（称为空气隙)，以保证转子的自由转动。异步电动机的空气隙较其他类型的电动机气隙要小,一般为0。2mm～2mm。
三相异步电动机外形有开启式。防护式。封闭式等多种形式，以适应不同的工作需要.在某些特殊场合，还有特殊的外形防护型式，如防爆式.潜水泵式等。不管外形如何电动机结构
基本上是相同的。现以封闭式电动机为例介绍三相异步电动机的结构。如图1所示是一台封闭式三相异步电动机解体后的零部件图。
1.定子部分
定子部分由机座.定子铁心。定子绕组及端盖.轴承等部件组成。
（1）机座。机座用来支承定子铁心和固定端盖。中。小型电动机机座一般用铸铁浇成,大型电动机多采用钢板焊接而成。
(2)定子铁心。定子铁心是电动机磁路的一部分。为了减小涡流和磁滞损耗，通常用0。5mm厚的硅钢片叠压成圆筒,硅钢片表面的氧化层（大型电动机要求涂绝缘漆）作为片间绝缘，在铁心的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组。
（a)直条形式(b)斜条形式
图2 笼型异步电动机的转子绕组形式
(3）定子绕组。定子绕组是电动机的电路部分，也是最重要的部分,一般是由绝缘铜（或铝)导线绕制的绕组联接而成。它的作用就是利用通入的三相交流电产生旋转磁场。通常,绕组是用高强度绝缘漆包线绕制成各种型式的绕组，按一定的排列方式嵌入定子槽内。槽口用槽楔(一般为竹制）塞紧。槽内绕组匝间.绕组与铁心之间都要有良好的绝缘。如果是双层绕组（就是一个槽内分上下两层嵌放两条绕组边)，还要加放层间绝缘。
