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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a F 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。
同步电机的工作原理一、概述同步电机是一种重要的电动机类型，广泛应用于各种工业领域。
它的工作原理是基于电磁感应和电磁力的作用，通过外加电源的驱动，使得电机的转子与磁场同步运动。
本文将详细介绍同步电机的工作原理。
二、同步电机的构造同步电机由定子和转子两部分组成。
定子是由若干个绕组和磁极组成，绕组连接在电源上，形成磁场。
转子是由磁性材料制成，通常为永磁体或者由直流电源供电的电磁体。
定子和转子之间的磁场相互作用，使得电机运转。
三、同步电机的工作原理1. 磁场产生同步电机的定子绕组通电后，产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场的频率由电源的频率决定，通常为50Hz或60Hz。
磁场的极性随着时间的推移而改变，形成一个旋转的磁场。
2. 转子运动同步电机的转子受到定子磁场的作用，被迫与定子磁场同步旋转。
当转子与定子磁场同步旋转时，电机处于同步状态。
3. 同步速度同步电机的旋转速度与旋转磁场的频率有关，通常表示为n_s。
同步速度可以通过下式计算得到：n_s = 120f/p其中，n_s为同步速度，f为电源频率，p为极对数。
4. 工作原理解释当同步电机的转子速度与同步速度相等时，电机处于同步状态，电机转子不会滑动。
但是在实际应用中，转子速度往往与同步速度有微小的差异，这个差异称为滑差。
滑差的存在会导致电机产生转矩，从而驱动负载运动。
5. 同步电机的特点同步电机具有以下特点：- 转速稳定：同步电机的转速与电源频率成正比，因此转速非常稳定。
- 功率因数高：同步电机的功率因数通常接近1，可以提高电网的功率因数。
- 高效率：同步电机的效率较高，适用于长时间运行的工业应用。
- 高起动转矩：同步电机的起动转矩较大，适用于需要大起动转矩的应用。
四、应用领域同步电机广泛应用于以下领域：1. 发电机组：同步电机常用于发电机组中，将机械能转化为电能。
2. 工业驱动：同步电机适用于各种工业驱动，如风机、泵和压缩机等。
3. 交通运输：同步电机常用于电动汽车和高速列车等交通工具中。
同步电机的工作原理一、引言同步电机是一种常见的电动机类型，它具有高效率、高功率因数、稳定转速等优点，在工业生产中得到广泛应用。
本文将详细介绍同步电机的工作原理。
二、同步电机的基本结构同步电机由定子和转子组成。
定子是由三相绕组构成的，绕组中通有交流电，产生旋转磁场。
转子由永磁体或电磁体构成，与定子的磁场同步旋转。
三、同步电机的工作原理1. 旋转磁场产生同步电机的定子绕组通电后，产生一个旋转磁场。
这是因为定子绕组接通的是三相交流电，三相电流的相位差使得定子绕组中的磁场随时间旋转。
2. 磁场与转子的作用转子中的永磁体或电磁体受到定子磁场的作用，力使得转子与定子的磁场同步旋转。
由于同步转子的磁场与定子的磁场同步，因此称之为同步电机。
3. 同步电机的转速同步电机的转速由电源的频率和定子绕组的极对数决定。
转速与电源频率成正比，与极对数成反比。
例如，电源频率为50Hz，极对数为4，那么同步电机的转速为1500转/分钟。
4. 励磁方式同步电机的励磁方式有直流励磁和交流励磁两种。
直流励磁是通过外部直流电源提供励磁电流，交流励磁是通过定子绕组自身的交流电流产生励磁磁场。
5. 同步电机的运行状态同步电机的运行状态可以分为同步运行和失同步运行两种。
同步运行是指转子与定子的磁场同步旋转，转速稳定。
失同步运行是指转子与定子的磁场不同步旋转，转速不稳定。
6. 同步电机的应用领域同步电机广泛应用于工业生产中，如电力系统中的发电机、压缩机、泵站等。
另外，同步电机还被用于电动汽车、风力发电等领域。
四、同步电机的优点和缺点1. 优点（1）高效率：同步电机的效率较高，能够提高能源利用率。
（2）高功率因数：同步电机具有较高的功率因数，可以减少无功功率的损耗。
（3）稳定转速：同步电机的转速稳定，适用于对转速要求较高的场合。
2. 缺点（1）启动困难：同步电机启动时需要外部辅助设备，如起动电动机或变频器。
（2）负载变化响应较差：同步电机在负载变化较大的情况下，转速容易波动。
同步电机的工作原理一、引言同步电机是一种常见的电动机类型，其工作原理是基于电磁感应和磁场互作的原理。
本文将详细介绍同步电机的工作原理，包括结构、工作方式和工作原理的基本原理。
二、同步电机的结构同步电机由定子和转子组成。
定子是由若干个绕组组成的电磁线圈，绕组中通有交流电源。
转子是由永磁体或电磁线圈组成的，通过电磁感应与定子的磁场相互作用，产生转矩，从而驱动转子旋转。
三、同步电机的工作方式同步电机有两种工作方式：同步工作和异步工作。
1. 同步工作同步电机在同步工作方式下，转子的转速与定子的旋转磁场的频率完全相同，因此称为同步电机。
在同步工作方式下，同步电机的转子始终与定子的磁场保持同步，转矩稳定，转速恒定。
同步电机常用于需要精确控制转速的应用，如电力系统中的发电机、电动机等。
2. 异步工作同步电机在异步工作方式下，转子的转速与定子的旋转磁场的频率不同，因此称为异步电机。
在异步工作方式下，同步电机的转子与定子的磁场之间存在滑差，转矩不稳定，转速不恒定。
异步电机常用于需要启动转矩较大的应用，如电动机、压缩机等。
四、同步电机的工作原理同步电机的工作原理基于电磁感应和磁场互作的原理。
下面将详细介绍同步电机的工作原理。
1. 电磁感应原理当定子绕组通电时，会产生一个旋转的磁场。
根据电磁感应定律，转子中的导体将受到电磁力的作用，导致转子开始旋转。
这个旋转的运动将持续下去，直到转子的转速与定子的旋转磁场的频率达到同步。
2. 磁场互作原理同步电机的转子上通常设置有永磁体或电磁线圈。
当定子的旋转磁场与转子上的永磁体或电磁线圈的磁场相互作用时，会产生转矩，从而驱动转子旋转。
这种转矩的大小与定子和转子之间的磁场强度、磁场分布等因素有关。
3. 同步工作原理在同步工作方式下，同步电机的转子始终与定子的磁场保持同步。
定子的旋转磁场通过定子绕组产生，绕组中通有交流电源。
定子绕组通电后，产生的旋转磁场将与转子上的永磁体或电磁线圈的磁场相互作用，产生转矩，驱动转子旋转。
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。
第五篇 同步电机5．1 同步电机和异步电机在结构上有哪些区别？5．2 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？5．3 为什么现代的大容量同步电机都做成旋转磁极式？5．4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？ 5．5 伞式和悬式水轮发电机的特点和优缺点如何？试比较之。
5．6 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？5．7 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？ 5．8 试分析在下列情况下电枢反应的性质。
（1）三相对称电阻负载；（2）纯电容性负载8.0=*C X ，发电机同步电抗0.1=*t X ；（3）纯电感性负载7.0=*L X ；（4）纯电容性负载2.1=*C X ，同步电抗0.1=*t X 。
5．9 三相同步发电机对称稳定运行时，在电枢电流滞后和超前于励磁电动势0E 的相位差大于︒90的两种情况下（即︒<<︒18090ψ和︒->>︒-18090ψ）， 电枢磁动势两个分量ad F 和aq F 各起什么作用？5．10 在凸极同步电机中，如果ψ为一任意锐角，用双反应理论分析电枢反应磁通a Φ 和电枢反应磁动势a F 两个矢量是否还同相？a Φ 与它所感应的电动势aE 是否还差︒90？ 5．11 试述交轴和直轴同步电抗的意义。
为什么同步电抗的数值一般较大，不可能做得很小？请分析下面几种情况对同步电抗有何影响？ （1）电枢绕组匝数增加； （2）铁心饱和程度提高； （3）气隙加大； （4）励磁绕组匝数增加。
5．12 试根据不饱和时的电动势相量图证明下列关系式。
（1）隐极同步发电机 ϕϕψcos sin tan U IR U IX a t ++=ψψθsin cos cos 0t a IX IR U E ++= （2）凸极同步发电机ϕϕψcos sin tan U IR U IX a q ++=ψψθsin cos cos 0d a IX IR U E ++=其中，ϕ为I 滞后于U 的夹角，即功率因数角；ψ为I 滞后于0E 的夹角；θ为U 滞后于0E 的夹角，且有ϕψθ-=。
5．13 试证明不考虑饱和时ad X 和aq X 的公式为 d N adk p k N k l mf X 21204δπτμδ=q N aqk pk N k l mf X 21204δπτμδ=5．15 为什么d X 在正常运行时应采用饱和值，而在短路时却采用不饱和值？为什么q X 一般总只采用不饱和值？5．16 测定同步发电机空载特性和短路特性时，如果转速降为N n 95.0，对实验结果将有什么影响？如果转速降为N n 5.0，则实验结果又将如何？ 5．17 为什么同步发电机三相对称稳态短路特性为一条直线？5．18 什么叫短路比？它的大小与电机性能及成本的关系怎样？为什么允许汽轮发电机的短路比比水轮发电机的小一些？5．19 一台同步发电机的气隙比正常气隙的长度偏大，d X 和U ∆将如何变化？ 5．20 同步发电机发生三相稳态短路时，它的短路电流为何不大？5．21 同步发电机供给一对称电阻负载，当负载电流上升时，怎样才能保持端电压不变？5．22 为什么从开路特性和短路特性不能测定交轴同步电抗？5．23 低转差法测量d X 和q X 的原理是什么？如果在实验时转差太大，对测量结果会造成什么影响？5．24 三相同步发电机投入并联运行的条件是什么？如果不满足条件会产生什么后果？5．27 并联于无穷大电网的隐极同步发电机，当调节有功功率输出时欲保持无功功率输出不变，问此时θ角及励磁电流f I 是否改变，此时I 和0E 各按什么轨迹变化？5．28 一台同步发电机单独供给一个对称负载（R 及L 一定）且转速保持不变时，定子电流的功率因数ϕcos 由什么决定？当此发电机并联于无穷大电网时，定子电流的ϕcos 又由什么决定？还与负载性质有关吗？为什么？此时电网对发电机而言相当于怎样性质的电源？5．29 画出凸极同步发电机失去励磁（00=E ）时的电动势相量图，并推导其功角特性，此时θ角代表什么意义？5．30 为何在隐极电机中定子电流和定子磁场不能相互作用产生转矩，但是在凸极电机中却可以产生？5．33 试证明在计及定子电阻时，隐极发电机的输出功率2P 、电磁功率em P 和功率角θ的关系式各为()ρρθsin sin 202tt Z U m Z U mE P -+=()ρρθsin sin 200tt em Z E m Z U mE P +-=式中，ta X R arctan=ρ；t Z 为同步阻抗的模，即22t a t X R Z +=。
6，37 同步电动机带额定负载时，如1cos =ϕ，若在此励磁电流下空载运行，ϕcos 如何变？5．38 从同步发电机过渡到电动机时，功率角θ、电流I 、电磁转矩em T 的大小和方向有何变化？5．39 为什么当ϕcos 滞后时电枢反应在发电机的运行里为去磁作用而在电动机中却为助磁作用？5．40 一水电厂供应一远距离用户，为改善功率因数添置一台调相机，此机应装在水电厂内还是在用户附近？为什么？5．41 有一台同步电动机在额定状态下运行时，功率角θ为︒30。
设在励磁保持不变的情况下，运行情况发生了下述变化，问功率角有何变化（定子电阻和凸极效应忽略不计）： （1）电网频率下降5%，负载转矩不变； （2）电网频率下降5%，负载功率不变； （3）电网电压和频率各下降5%，负载转矩不变。
5．42 同步电动机为什么没有起动转矩？其起动方法有哪些？5．43 为什么变压器的正、负序阻抗相同而同步电机的却不同？同步电机的负序阻抗与感应电机相比有何特点？5．44 负序电抗-X 的物理意义如何？它和装与不装阻尼绕组有何关系？5．45 有两台同步发电机，定子完全一样，但一个转子的磁极用钢板叠成，另一个为实心磁极（整块锻钢），问哪台电机的负序阻抗要小些？5．46 为何单相同步发电机通常都在转子上装阻尼作用较强的阻尼绕组？ 5．55 步进电动机的原理是怎样的？步进电动机的相数与极数有何联系？5．56 有一kW P N 25000=、kV U N 5.10=、Y 联接、8.0cos =N ϕ（滞后）的汽轮发电机，13.2=*t X ，电枢电阻略去不计，试求额定负载下发电机的励磁电动势0E 及0E 与I的夹角ψ。
5．57 有一kW P N 72500=、kV U N 5.10=，Y 联接、8.0cos =N ϕ（滞后）的水轮发电机，0≈*a R ，1=*d X ，554.0=*q X ，试求额定负载下发电机的励磁电动势0E 及0E 与U的夹角。
5．58 有一台三相1500kW 水轮发电机，额定电压为6300V ，Y 联接，额定功率因数8.0cos =N ϕ（滞后），已知它的参数Ω=2.21d X ，Ω=7.13q X ，电枢电阻可略去不计，试绘相量图并计算发电机在额定运行状态时的励磁电动势0E 。
5．60 某三相72500kW 水轮发电机，kV U N 5.10=，Y 联接，8.0cos =N ϕ（滞后），554.0=*q X 。
电机的空载、短路和零功率因数特性如下：空载特性短路特性零功率因数特性（N I I =时）设p X X 9.0=σ，试求：（1）*d X （不饱和值），*d X （饱和值），*aq X 和短路比；（2）*fN I 和U ∆。
5．61 一台12000kW 的2极汽轮发电机，V U N 6300=，Y 联接，8.0cos =N ϕ（滞后）。
已知定子有48槽，每槽两个导体，绕组节距201=y 槽，一条并联支路，转子励磁绕组每极240匝。
a R 略去不计，0.1=f k ，空载特性如下：短路特性为一过原点的直线。
在N k I I =时，A I f 127=,试求： （1）同步电抗t X （不饱和值）；（2）额定负载运行时的励磁电流fN I 及电压调整率U ∆。
5．64 一台汽轮发电机，8.0cos =ϕ（滞后），0.1=*t X ，电枢电阻可以忽略不计。
该发电机并联在额定电压的无穷大电网上。
不考虑磁路饱和程度的影响，试求：（1）保持额定运行时的励磁电流不变，当输出有功功率减半时，定子电流标幺值*I 和功率因数ϕcos 各等于多少？（2）若输出有功功率仍为额定功率的一半，逐渐减小励磁到额定励磁电流的一半，问发电机能否静态稳定运行？为什么？此时*I 和ϕcos 又各为多少？5．65 一台汽轮发电机并联于无穷大电网，额定负载时功率角︒=20θ，现因外线发生故障，电网电压降为N U %60，问：为使θ角保持在︒25，应加大励磁使0E 上升为原来的多少倍？5．67 一台50000kW 、13800V （Y 联接）、8.0cos =N ϕ（滞后）的水轮发电机并联于一无穷大电网上，其参数为0≈a R ，15.1=*d X ，7.0=*q X ，并假定其空载特性为一直线，试求：（1）当输出功率为10000kW 、0.1cos =ϕ时发电机的励磁电流*f I 及功率角θ； （2）若保持此输入有功功率不变，当发电机失去励磁时θ等于多少？发电机还能稳定运行吗？此时定子电流I 、ϕcos 各为多少？5．69 三相隐极式同步发电机额定容量kVA S N 60=，Y 联接，V U N 380=，Ω=55.1t X ，0≈a R 。
当电机过励，8.0cos =ϕ（滞后），kVA S 5.37=时，（1）作相量图，求0E ，θ；（2）移去愿动机，不计损耗，作相量图，求I ；（3）改作同步电动机运行，em P 和f I 同第（1）项，作相量图；（4）机械负载不变，em P 同第（1）项，使1cos =ϕ，作相量图，求此时的0E 。
5．70 某工厂变电所变压器的容量为2000kVA ，该厂电力设备总功率为1200kW ，65.0cos =ϕ（滞后），今欲新添一台500kW 、8.0cos =ϕ（超前）、%95=η的同步电动机，问当此电动机满载时全厂的功率因数是多少？变压器过载否？。
