电机学5.2-同步电机的运行原理

定子 转子 滑环
8/16/2015
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同步发电机的主要构成部件包括两大部分：定子 （工作时不运动部分）和转子（工作时转动部分）。 定子部分主要有：定子铁心（硅钢片叠成），其 内表面开槽用于嵌放定子绕组；定子三相对称绕组， 用于切割磁场感应电动势，将动能转换成电能。
转子部分主要有：转子铁心及磁极；转子绕组（ 也称为励磁绕组），用于通过直流电流（励磁电流） 形成恒定磁场。 对照原理结构图，说明同步发电机的工作过程： 电生磁：转子绕组通直流电流后产生恒定磁场。 磁生电：该恒定磁场在原动机带动下旋转，切割 定子上的三相对称绕组，在定子绕组上产生感应电动 势，在其引出端就有了三相对称交流电压输出。
相关部件的散热（冷却）方式：通过空气、水、 氢气等冷却介质进行冷却。
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第二节 同步发电机的基本结构 目前电力系统中的发电机主要有两大类：汽轮发 电机和水轮发电机，这两类发电机的工作原理是一样 的，不同的是在工作过程中一类是高转速发电机，一 类是低转速发电机，这使其结构有一点不同。 一、汽轮发电机的基本结构 汽轮发电机是在高转速下工作，定子结构与水轮 发电机是一样的，其转子采用隐极式结构，直径小、 轴向尺寸长，全为卧式布置，理由——
推力轴 承 上机 架 转子
转子
下机架
8/1Байду номын сангаас/2015
推力轴承
悬式
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伞式
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水轮发电机组也有采用卧式机组形式的，主要用 于高水头、小流量的小型机组，这样可降低整个厂房 的修建高度，从而降低修建成本。如青城电站——
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第三节 三相同步发电机的励磁方式 从原理分析已知，同步发电机运行时必须在转子 绕组中通入直流电流建立磁场，这个电流就叫励磁电 流。我们把供给励磁电流的电源及其附属设备（励磁 调节器、灭磁装置）统称为励磁系统。 获取励磁电流的方式有多种，在实际应用中常用 的有以下几种： 一、直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统的构成见下图示：

交流副励磁机（中频）
交流主励磁机（100Hz）
～
自励 恒压器
可控 整流器
～
不可控 整流器
主发电机 ～
电流互感器
电压互感器
静止整流器励磁
电压 调整器
优点：运行、维护方便，没有直流励磁机，使励磁容量得以提高，因而在大 容量汽轮发电机 中得到了广泛的应用。
缺点：存在电刷、集电环的滑动接触（薄弱环节）。
• 自励式 主发电机发出的功率经静止整流器整流为直流，然后通过电刷和集电环通入到主发电机的励磁 绕组中。
当ψ角为不同值的电枢反应
Ψ=00 Ψ=900 Ψ=-900 00<Ψ<900 -900<Ψ<00
位置 q轴 d轴 d轴 d、q轴 d、q轴
电枢反应性质 交轴
直、去 直、增 交、直去 交、直增
负载性质 R L C
R、L R、C
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波波形
幅值大小
位置
转速
励磁 磁动势
正弦波
恒定，由励磁电流决 由转子位置决定 由原动机的转速
Z
N
ns S
B
X
Fa
Y n s A相轴线 C Faq
电流超前电动势的向量图
FaqFacoψs 交磁
Fad Fa sin ψ 与Ff同 向，对 d轴磁场有加 强作用称之为助磁。
直轴电枢反应的影响 • 电机单机运行时，直轴电枢反应将直接影响端电压的大小。去磁时，端电压降低；助磁时 端电压升高。
• 并网运行时，直轴电枢反应影响电机输出的无功功率。
D2 5 ~ 7 L2
• 励磁绕组为集中绕组
• 立式结构
• 阻尼绕组
水轮发电机的转子结构

阻尼绕组对突然短路电流和励磁电流的影响：
转子装上阻尼绕组后，A相电流的表达式为：
iA
1 2E0[ X d
( 1 Xd
1 Xd
t
)e Td
( 1 X d
1 Xd
t
)e Td ]cos(t
0 )
2E0 X d
t
cos0e Ta
由于阻尼绕组的“屏蔽作用”，励磁绕组中直流感应电流的 初始幅值和峰值，将比无阻尼绕组时稍小。
5.同步补偿机
同步补偿机: 实质是一台不带任何机械负载 、专门用以改 善功率因数的同步电动机。
工作原理(按电动机惯例叙述) 正常励磁时，电枢电流很小，接近0 过励磁时，电流超前电压，即补偿机从电网 吸收超前的无功 欠励磁时，电流滞后电压，即补偿机从电网 吸收滞后的无功
过励补偿的工作原理
电力系统中大部分复杂为感性的，从电网吸收 一定的滞后无功，使电网功率因数很低。传输 一定功率时，电流偏大，线路损耗增加。
2E0
sin
t
e Ta
Xd
2. 无阻尼绕组时突然短路电流的表达式
突然短路时，电枢的短路电流中有交流分量和直流分量两部 分，即：
i i i

2E0[
1 Xd
( 1 Xd
1 Xd
t
)e Td ]sin(t )
2E0
sin
t
e Ta
Xd
突然短路时，定、转子电流的对应关系：
➢ 励磁电流的稳态分量If0将产生稳态短路电流；励磁电流的直 流瞬态分量△if=，与定子的瞬态交流分量相对应，两者均以 瞬态时间常数Td＇衰减；励磁电流中的交流分量，则与定子 电流中的直流自由分量相对应，两者均以电枢时间常数Ta衰 减。

直流电机控制精度高，响应速度快，适用于需要精确控制速度的场合。
直流电机控制精度高，响应速度快，因此适用于需要精确控制速度的场合，如数控机床、机器人等。同时，直流电机也具有较好的过载能力和启动性能。
总结词
通过改变交流电机的输入电源频率、电压或相位，实现对交流电机启动、制动、调速的目的。
总结词
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，适用于大规模生产和应用。
交流电机是指输入交流电能，输出机械能的电机。
根据工作原理的不同，交流电机可以分为异步电机和同步电机两大类。
交流电机具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，因此在电力、冶金、化工等领域得到广泛应用。
电机的运行原理
直流电机的基本结构
01
直流电机由定子和转子组成，定子包括主磁极和励磁绕组，转子包括电枢绕组和换向器。
专业保养
可能是电源问题、电机内部故障或负载过大。需要检查电源、电机和负载情况，找出具体原因并解决。
启动困难
可能是电机过载、通风不良或润滑不足。需要检查电机的运行状态、通风情况以及润滑情况，找出具体原因并解决。
过热
可能是电机内部有故障、轴承损坏或机械不平衡作原理
02
当直流电流通过励磁绕组时，主磁极产生磁场；当电枢绕组中有电流通过时，受到磁场的作用而产生电磁转矩，从而使转子转动。
直流电机的调速与控制
03
通过改变输入到电枢绕组的电流大小或方向，可以调节直流电机的转速或转向。
交流电机分为异步电机和同步电机，异步电机主要由定子和转子组成，同步电机还包括励磁绕组和集电环。
详细描述
交流电机结构简单、价格便宜、维护方便，因此在大规模生产和应用中得到广泛应用。同时，交流电机也具有较高的效率和可靠性。