電機學-同步電機的基本知識和結構第1頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-1概述什么是同步電機同步電機：是一種旋轉的交流電機，它的轉子轉速n與電動勢頻率f之間保持嚴格不變的關系。對同步發電機，發出的電動勢頻率f滿足對同步電動機，轉子轉速滿足

第2頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-1概述同步電機的運行方式第3頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-2同步電機的基本工作原理同步發電機基本構成：定子、轉子、氣隙、勵磁繞組、電樞繞組。橫截面圖凸極式隱極式第4頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-2同步電機的基本工作原理同步發電機作為發電機運行時，用一原動機拖動轉子旋轉，轉子勵磁繞組中通入直流電，從而在氣隙中產生一旋轉的磁場，該磁場切割定子上的電樞導體，電樞繞組便感應出交流電動勢。設氣隙磁密按正弦分布，則在定子三相繞組里感應出正弦變化的三相電動勢，交流電動勢的頻率取決于電機的極對數p和轉子轉速n，若電機為一對極，當轉子旋轉一周時，導體中感應電動勢變化一個周波。第5頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-2同步電機的基本工作原理同步發電機考察電樞導體A的感應電動勢。e=Blv，右手定則。導體相對于磁場的運動方向。e=Emax電樞導體A處徑向磁密等于0e=0第6頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-2同步電機的基本工作原理同步發電機e=－Emax電樞導體A處徑向磁密等于0e=0第7頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-2同步電機的基本工作原理同步發電機若為p對極，當轉子旋轉一周時，導體感應電動勢變化p個周波。設轉子每分鐘旋轉n轉，則對p對極電機，導體感應電動勢每分鐘變化pn個周波，每秒鐘變化pn/60個周波，這就是電動勢的頻率。

注：我國電力系統，規定交流電的頻率為50Hz，因此極對數和轉速有如下固定關系第8頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-2同步電機的基本工作原理同步電動機如果同步電機作為電動機運行，則必須在定子三相繞組上加上三相交流電壓，三相交流電流流過定子繞組，會在電機里產生旋轉磁場，當勵磁繞組加上直流勵磁電流時，轉子好象是一個磁鐵，于是旋轉磁場帶動這個磁鐵，按旋轉磁場的轉向和轉速旋轉，從而實現把電能轉換成機械能的目的。這時轉子的轉速n為“同步”的概念同步電機無論作為發電機還是電動機運行，當極數一定時，它的轉速n和頻率f之間保持嚴格不變的關系，用電機專業術語說，叫做“同步”，所以這種電機叫同步電機。第9頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-3同步電機的基本結構汽輪發電機轉子特點：轉速高，轉軸細長，由高機械強度和導磁性能較好的合金鋼鍛成，并且和轉軸作成一個整體，為隱極式轉子。作用：固定勵磁繞組，產生勵磁磁場。定子特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。作用：感應電勢，通過電流，實現機電能量轉換。機座固定定子鐵心。水輪發電機轉子特點：轉速低，轉軸短粗，為凸極式轉子。作用：固定勵磁繞組，產生勵磁磁場。定子特點：固定定子繞組，由硅鋼片疊成。作用：感應電勢，通過電流，實現機電能量轉換。第10頁，課件共26頁，創作于2023年2月第11頁，課件共26頁，創作于2023年2月第12頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-4同步電機的勵磁方式

同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。提供直流的電源及附屬設備統稱為勵磁系統。獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。

勵磁系統的形式很多，按照勵磁系統和發電機的關系，可分為他勵式(separatelyexcited)和自勵式(self-excited)兩類。

第13頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-4同步電機的勵磁方式

同步電機工作時必須供給勵磁繞組直流電流，以便建立勵磁磁場。提供直流的電源及附屬設備統稱為勵磁系統。獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。

勵磁系統的形式很多，按照勵磁系統和發電機的關系，可分為他勵式(separatelyexcited)和自勵式(self-excited)兩類。

第14頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-4同步電機的勵磁方式

一、他勵式勵磁系統他勵式勵磁系統主要有下列幾種。1．直流勵磁機勵磁系統

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2．他勵式靜止半導體勵磁系統第16頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-4同步電機的勵磁方式

3．旋轉半導體勵磁系統第17頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統1．自并勵半導體勵磁系統第18頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統1．自并勵半導體勵磁系統第19頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統2．自復勵半導體勵磁系統第20頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統3．相復勵勵磁系統

相復勵勵磁系統的全稱是相位補償復勵式勵磁系統，它具有自勵恒壓特性。所謂恒壓特性，就是這種勵磁系統能自動調節發電機的勵磁，使得在任何負載下端電壓都能穩定在一定范圍內1－發電機2－線性電抗器3－電流互感器4－橋式整流器5－整定電阻6－起勵裝置第21頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統4．三次諧波勵磁系統在電機定子上加裝一套獨立的三次諧波繞組，其線圈節距把該繞組感應產生的三次諧波電動勢引出，經整流后供給電機勵磁繞組，這種方式稱為三次諧波勵磁方式。

第22頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-4同步電機的勵磁方式

二、自勵式勵磁系統4．三次諧波勵磁系統1－發電機2－勵磁繞組3－諧波繞組4－整流器5－調節電阻6－集電環第23頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-5同步電機的額定值額定容量SN或額定功率PN同步發電機：額定容量SN是指出線端的額定視在功率，一般以干伏安(kVA)或兆伏安(MVA即百萬伏安)為單位；而額定功率PN是指發電機輸出的額定有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW，即百萬瓦)為單位。

同步電動機：PN是指軸上輸出的有效機械功率，也用千瓦(kW)或兆瓦(MW)來表示。對于同步調相機，則用線端的額定無功功率來表示其容量。以千乏(kVAR)或兆乏(MVAR)為單位。

第24頁，課件共26頁，創作于2023年2月同步電機的基本知識和結構§7-5同步電機的額定值額定電壓UN

指在額定運行時電機定子三相線電壓，單位為伏(V)或千伏(kV)。額定電流IN

指電機