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扬州大学能动学院 葛强　 第 四篇 同步电机 第十二章 同步电机的基本理论和运行特性 第十三章 同步发电机在大电网上运行 第十四章 同步电动机的不对称运行 第十五章 同步电机的突然短路与振荡 第十二章 同步电机的基本理论和运行特性 本章主要讨论同步电机的工作原理，运行特性。 1同步电机基本结构 2同步电机的励磁系统 3同步电机的空载运行 4对称负载时的电枢反应 5隐极同步发电机的分析方法 6凸极同步发电机的分析方法 7电枢绕组的漏抗 8同步发电机的空载、短路和负载运行 9同步发电机的参数测定 10同步发电机的稳定运行特殊 第一节 同步电机的结构 一、三相异步电动机同步运行 第一节 同步电机的结构 异步电机的同步化 将三相异步电动机转子绕组供电方式加以改变， 直接由直流电源供电，使其由原先流过低频交流电流改变为直流电流， 所形成的磁通势及其磁场的极对数与定子旋转磁场的极对数一致， 三相异步电动机就可变成三相同步电动机而稳定运行（见图11） 第一节 同步电机的结构 图6-1 异步电动机同步运行的接线图 第一节 同步电机的结构 二.同步电机的基本结构 1.定子 与异步电机定子没什么区别 2.转子 凸极式（见图1），可用于同步电动机，也可用于同步发电机 隐极式（见图2），既可用于同步电动机， 也可用于同步发电机 第一节 同步电机的结构 图1 凸极式 图2 隐极式 旋转磁极式同步电机结构示意图 第二节 同步电机的励磁系统及工作原理 一.直流励磁机励磁系统 二.交流励磁机整流励磁系统 第二节同步电机的励磁系统及工作原理 三. 同步电机的工作原理 1.同步发电机的工作原理 转子转速上升至n0--电枢绕组和转子有相对运动--建立磁 场--产生感应电动势E0(励磁电动势），此时发电机处于空 载状态。当定子绕组接上负载，则发电机处于负载状态， 此时进行机电能量的转换 物理模型（见图4） 概念：空载特性 同步发电机的空载特性 在同步转速下，励磁电动势 E0 和励磁电流 If 的关系（用曲线 E0＝f(If)表示），称为同步发电机的空载特性（见图3）。 图3 同步电机的空载特性 第二节同步电机的励磁系统及工作原理 第二节同步电机的励磁系统及工作原理 2.同步电动机的工作原理 同步电机和其他类型的电机一样，也遵循可逆原理，可按发电机方式运行，也可按电动机方式运行 电机的可逆原理 当原动机拖动同步电机并励磁，电机从原动机输入机械功率，向电网输出电功率，为发电机运行方式； 当同步电机接于电网并励磁，拖动机械负载时，从电网输入电功率，在轴上输出机械功率，为电动机运行方式。　 图5.a为发电机运行 图5.b为理想空载运行 图5.c为电动机运行 这是三种电机运行方式的物理模型 电机的可逆原理 图5 同步电机的物理模型 a 发电机运行??????? b 理想空载??????? c 电动机运行 一.隐极式同步电机的空载磁动势 二.凸极式同步电机的空载磁动势 三.时间相量与空间相量 四.空载电动势相量 五.电压波形正弦畸变率 一、空载运行时的主磁通 空载运行：同步发电机被原动机带动到同步转速，转子励磁绕组加励磁电流，定子绕组开路（定子绕组电流为零）时的运行情况。 一、空载运行时的主磁通 空载时发电机内部电磁关系 ——带对称负载时的主磁通 （1）ψ =0°时的电枢反应 （2）ψ =90°时的电枢反应 （3）ψ =-90°时的电枢反应 （4）一般情况下(0°＜ψ ＜90°时) 第五节 同步发电机的分析方法 1.同步电抗 概念：同步电抗 隐极机中 同步电抗 Xt = Xa + Xo (式4） 凸极机中 直轴同步电抗 Xd = Xad + Xo (式5） 交轴同步电抗 Xq = Xaq + Xo (式6） 第一节 同步电机 同步电抗 在隐极机中 Ea = -jIXa (式1） 在凸极机中 Ead = -jIdXad ，Eaq = -jIqXaq (式2） Xa为电枢反应电抗，Xad为直轴电枢反应电抗，Xaq为交轴电枢反应电抗 又 Eo = -jIXo (式3） Xo为定子绕组漏抗 将电枢反应电抗和漏抗合并，称之为同步电抗 第一节 同步电机 2.同步电机的电势平衡方程式 隐式机中 -E0 - Ea - Eo = U - Ira （式7） 将式1和式3代入式7可得 -E0 = U - Ira - jI