同步电动机

同步电动机的起动方法设计

摘要：虽然同步电机大部分情况用作发电机。但是在工业生产中有一些大功率的空气压缩机、大型鼓风机、电动发电机组等，这些生产机械本身也没有调节速度的要求。如果用同步电动机去拖动可能更合适。这是因为同步电动机与同容量的异步电动机相比，同步电动机的功率因数髙，还可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数，因而在不需要调速的低速大功率机械中得到较广泛的应用。随着变频技术的不断发展，同步电动机的起动和调速问题都得到了解决，从而进一步扩大了其应用范围。本文先介绍了同步电机及同步电动机的工作原理，而后分析了调节同步电动机的励磁电流以提高电网功率因数以及异步起动和变频起动。

关键字：同步电机，同步电动机，电网功率因数，励磁电流，异步起动，变频起动

1 同步电机的基本原理

同步电机和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=n s=60f/p，n s称为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流电机以同步电机为主。

1.1工作原理

主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。

切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。

交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。

交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

图1 同步电机的三种运行状态

a)发电机b)补偿机c)电动机

1.2运行方式

同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。分析表明，同步电机运行于哪一种状态，主要取决于定子合成磁场与转子主极磁场之间的夹角δ，δ称为功率角。

若转子主磁场趋超前于定子合成磁场，δ＞0，此时转子上将受到一个与其旋转方向相反的制动性质的电磁转矩，如图1a)所示。为使转子能以同步转速持续旋转，转子必须从原动机输人驱动转矩。此时转子输入机械功率，定子绕组向电网或负载输出电功率，电机作发电机运行。

若转子主极磁场与定子合成磁场的轴线重合，即δ＝0，则电磁转矩为零，如图1b)所示。此时电机内没有有功功率的转换，电机处于补偿机状态或空载状态。

若转子主极磁场滞后于定子合成磁场，即δ＜0，则转子上将受到一个与其转向相同的驱动性质的电磁转矩，如图1c)所示。此时定子从电网吸收电功率，转子可拖动负载而输出机械功率．电机作为电动机运行。

1.3基本结构

同步电机按其结构型式可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。在实际应用中，需要通过滑环将电功率自转子部分导入或者引出。由于同步电机的电枢功率极大，电压较高，因而不容易由滑环导入或引出。由于励磁绕组的功率与电枢的功率相比，所占比例较小，励磁电压通常又较低，因此使磁极旋转，通过滑环为励磁绕组供电容易实现。因此旋转电枢式只适用

于小容量同步电机，同步电机的基本结构形式是旋转磁极式。同步电机的基本结构与直流电机和异步电机相同，都是由定子与转子两大部分组成。

图2旋转电枢式同步电机图3旋转磁极式同步电机

a)隐极式b)凸极式

1.3.1定子

由铁心、电枢绕组、机座以及端盖等结构件组成。

定子铁心是构成磁路的部件，一般采用硅钢片叠装而成，以减少磁滞和涡流损耗。定子冲片分段叠装，每段之间有通风槽片，以构成径向通风。大型同步电机由于尺寸太大，硅钢片常为扇形冲片，然后组装成圆形。

电枢绕组为三相对称交流绕组，多为双层绕组，嵌装在定子槽内。

定子机座是支承部件，用于安放定子铁心和电枢绕组，并构成所需的通风路径，因此要求它有足够的刚度和强度。大型同步电机的机座都采用钢板焊接结构。

端盖的作用与异步电机相同，将电机本体的两端封盖起来，并与机座、定子铁心和转子一起构成电机内部完整的通风系统。

1.3.2转子

与异步电机转子结构不同，通常由转子铁心、转轴、阻尼绕组、励磁绕组和滑环等组成。同步电机的转子结构有两种类型，可分为隐极式和凸极式两种。

隐极式转子如图3a)所示，转子呈圆柱形，无明显的磁极。隐极式转子的圆周上开槽，槽中嵌放分布式直流励磁绕组。隐极式转子的机械强度高，故多用于高速同步电机，例如汽轮发电机。在同步电机运行过程中，转子由于高速旋转而承受很大的机械应力，所以隐极式转子大多由整块强度高和导磁性能好的铸钢或锻钢加工而成。隐极电机的气隙是均匀的，圆周上各处的磁阻相同。

凸极式转子如图3b)所示，结构比较简单，磁极形状与直流机相似，磁极上装有集中式直流励磁绕阻。凸极式转子制造方便，容易制成多极，但是机械强度低，多用于中速或低速的场合，例如水轮发电机或者柴油发电机。凸极电机的气隙是不均匀的，圆周上各处的磁阻各不相同，在转子磁极的几何中线处气隙最大，磁阻也大。

此外，同步电机转子磁极表面都装有类似笼型异步电机转子的短路绕组，由嵌入磁极表面的若干铜条组成，这些铜条的两端用短路环联结起来。此绕组在同步发电机中起到了抑制转子机械振荡的作用，称为阻尼绕组；在同步电动机中主要作起动绕组使用，同步运行时也

起稳定作用。

滑环装在转子轴上，经引线接至励磁绕组，并借电刷接到励磁装置。

2 同步电动机

转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机。其转子转速n与磁极对数p、电源频率f之间满足n=f/p。转速n决定于电源频率f，故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。具有运行稳定性高和过载能力大等特点。常用于多机同步传动系统、精密调速稳速系统和大型设备(如轧钢机)等。属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因数的。

同步电动机在结构上大致有两种：

1、转子用直流电进行励磁。它的转子做成凸极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励，在大多数同步电动机中，直流发电机是装在电动机轴上的，用以供应转子磁极线圈的励磁电流。

由于这种同步电动机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。鼠笼绕组放在转子的周围，结构与异步电动机相似。

当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生了一个旋转磁场，鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流，从而使电动机旋转起来。电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。

2、转子不需要励磁的同步电机

转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上，也能运用于多相电源上。这种电动机中，有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似，同时有一个鼠笼转子，而转子的表面切成平面。所以是属于凸极转子，转子磁极是由一种磁化钢做成的，而且能够经常保持磁性。鼠笼绕组是用来产生启动转矩的，而当电动机旋转到一定的转速时，转子凸极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。凸极的极性是由定子感应出来的，因此它的数目应和定子上极数相等，当电动机转到它应有的速度时，鼠笼绕组就失去了作用，维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极，使之同步。

3 同步电动机励磁电流调节与电网功率因数提高

3.1 电网功率因数提高的原因

在电力系统的运行中，功率因数是一项重要的指标。功率因数的提高，意味着无功

负荷的减少，电能得到充分利用，也意味着线路压降，线路电流，线路损耗的减小，从而延长线路及设备的寿命。

在工业生产中广泛使用的变压器、异步电动机等都属于感性负载，都需要从电网中吸收滞后的无功负荷，降低了电网的功率因数，使发电机和供电设备不能充分利用。因此，在有同步电动机运行的场合，可通过调节同步电动机励磁装置励磁电流，使同步电动机处于过励状态，从电网中吸取容性无功电流，从而改善电网的功率因数。

3.2 原理

4 同步电动机的起动

4.1同步电动机为什么不能直接起动？

同步电机仅在同步转速时才能产生恒定的同步电磁转矩。起动时若把定子直接投入电网，转子加上直流励磁，则定子旋转磁场以同步转速旋转，而转子磁场静止不动。定、转子磁场之间具有相对运动，所以作用在转子上的电磁转矩快速地正、负交变，平均转矩为零，电机不能自行起动。因此，要把同步电动机起动起来，必须借助于其它方法。

4.2同步电动机的异步起动

多数同步电动机都用异步起动法来起动。为此，在电动机的主极极靴上装设起动绕组（相当于感应电动机转子上的笼型绕组）。

同步电动机异步起动时的线路如图4所示。起动时，先把励磁绕组接到限流电阻，然后接到三相交流电网。这洋，依靠定子旋转磁场和转子起动绕组中感应电流所产生的异步电磁转矩，电机便能起动起来。待转速上升到接进于同步转速时，再将励磁电流接入励磁绕组，使转子建立主磁场；此时依靠定、转子磁场相互作用所产生的同步电磁转矩，再加上凸极效应所引起的磁阻转矩，通常便可将转子牵人同步。一般来讲，负载越轻，加人直流励磁时电动机的转差率越小，就越易进入同步。

图4 同步电动机异步起动时的线路图图5同步电动机异步起动时的转矩曲线

起动绕组所产生的转矩T e(起动)类似于感应电动机的异步电磁转矩，如图5所示。当转速达到0.95n s（即转差率＝0.05）时，起动绕组所产生的异步转矩值称为牵人转矩。起动时，要求起动转矩T st大，牵入转矩T pi也要大。

异步起动时，励磁绕组不能开路，否则定子旋转磁场会在匝数较多的励磁绕组中感应出高电压，易使励磁绕组击穿或引起人身事故。但也不能直接短路，否则励磁绕组（相当于一

，使合成电个单相绕组）中的感应电流与气隙磁场相作用，会产生显著的“单轴转矩”T e(

单轴)

磁转矩T e在0.5n s附近产生明显的下凹（见图5），使重载起动时电动机的转速停滞在0.5n s

附近而不能继续上升。为减小单轴转矩，可在励磁绕组内接人一个限流电阻，其阻值约为励磁绕组本身电阻的5～10倍。

4.3同步电动机的变频起动

同步电动机变频启动控制系统是大型同步电动机的理想启动设备，具有起动平稳，不存在失步问题，对电网也完全没有冲击，可靠性高，具有较好的应用前景和较高的研究价值。这种方法通过改变定子旋转磁场转速，利用同步转矩来起动。在开始起动时，转子通入直流，然后使变频电源的频率从零缓慢上升，逐步增加到额定频率，使转子的转速随着定子旋转磁场的转速而同步上升，直到额定转速。

5 结论

同步电动机以其可调的功率因数和输出转矩对电网电压波动不敏感等良好的运行性能,在大功率电气传动领域独占鳌头,是驱动大型风机、水泵、压缩机、高炉鼓风机、短路实验机组的优选机型,更是抽水蓄能电站必不可少的关键设备。

由于同步电动机存在起动困难的缺点,使它的应用在很大程度上受到了限制。通常采用的异步起动方法,依靠阻尼绕组进行起动,对电力系统的扰动将十分严重,一般是不允许的。但是随着电力电子技术和计算机技术的发展,变频装置作为同步电动机的软起动设备解决了同步电动机起动困难的问题,从根本上改变了同步电动机在调速领域的应用。

参考文献：[1]电机学.李发海. 朱东起. 科学出版社.

[2]电力拖动与控制.张爱玲.李岚.梅丽凤.机械工业出版社.

[3]电机与拖动基础.李发海.王岩.清华大学出版社.

同步电机练习题及标准答案

第六章 同步电机 一、填空 1. ★在同步电机中，只有存在 电枢反应才能实现机电能量转换。 答 交轴 2. 同步发电机并网的条件是：（1） ；（2） ；（3）。 答 发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致 3. ★同步发电机在过励时从电网吸收 ，产生 电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出，产生 电枢反应。 答 超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴增磁 4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是和之间的夹角；二是 和 空间夹角。 答 主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压 5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使q X 和d X 将 。 答 增加 6. 凸极同步电机气隙增加使q X 和d X 将 。 答 减小 7. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为 。 答 δs i n 2)X 1 X 1( mU d q 2 - 二、选择 1. 同步发电机的额定功率指（ ）。 A 转轴上输入的机械功率； B 转轴上输出的机械功率； C 电枢端口输入的电功率； D 电枢端口输出的电功率。 答 D 2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =?，则其电枢反应的性质为（ ）。 A 交轴电枢反应； B 直轴去磁电枢反应； C 直轴去磁与交轴电枢反应； D 直轴增磁与交轴电枢反应。 答 C 3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（ ）。 A 漏阻抗较大； B 短路电流产生去磁作用较强； C 电枢反应产生增磁作用； D 同步电抗较大。 答 B 4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（ ）。 A q aq d ad X X X X X >>>>σ； B σX X X X X q aq d ad >>>>；

交流永磁同步电机结构与工作原理

交流永磁同步电机结构与工作原理 2。1。1交流永磁同步电机得结构 永磁同步电机得种类繁多,按照定子绕组感应电动势得波形得不同,可以分为正 弦波永磁同步电机（PMSM）与梯形波永磁同步电机（BＬＤC）【261.正弦波永磁同步电机 定子由三相绕组以及铁芯构成，电枢绕组常以Y型连接，采用短距分布绕组;气隙场 设计为正弦波，以产生正弦波反电动势；转子采用永磁体代替电励磁,根据永磁体在 转子上得安装位置不同，正弦波永磁同步电机又分为三类:凸装式、嵌入式与内埋式。 本文中采用得电机为凸装式正弦波永磁同步电机,结构如图2一l所示，定子绕组一 般制成多相,转子由永久磁钢按一定对数组成，本系统得电机转子磁极对数为两对, 则电机转速为n=60ｆ/p，f为电流频率,Ｐ为极对数。

图2一l凸装式正弦波永磁同步电机结构图 目前,三相同步电机现在主要有两种控制方式,一种就是她控式（又称为频率开环 控制)；另一种就是自控式(又称为频率闭环控制）[27】。她控式方式主要就是通过独立控 N＃l－部电源频率得方式来调节转子得转速不需要知道转子得位置信息,经常采用恒压 频比得开环控制方案。自控式永磁同步电机也就是通过改变外部电源得频率来调节转子 得转速，与她控式不同，外部电源频率得改变就是与转子得位置信息就是有关联得，转子

转速越高，定子通电频率就越高，转子得转速就是通过改变定子绕组外加电压(或电流） 频率得大小来调节得。由于自控式同步电机不存在她控式同步电机得失步与振荡问 题,并且永磁同步电机永磁体做转子也不存在电刷与换向器,降低了转子得体积与质 量，提高了系统得响应速度与调速范围，且具有直流电动机得性能，所以本文采用了 自控式交流永磁同步电机.当把三相对称电源加到三相对称绕组上后,自然会产生同 步速得旋转得定子磁场，同步电机转子得转速就是与外部电源频率保持严格得同步,且 与负载大小没关系. 2。1.２交流永磁同步电机得工作原理 本系统采用得就是自控式交直交电压型电机控制方式，由整流桥、三相逆变电路、 控制电路、三相交流永磁电机与位置传感器构成，其结构原理图如图2-2所示.在 图2-2中，50HZ得市电经整流后,由三相逆变器给电机得三相绕组供电，三相对称 电流合成得旋转磁场与转子永久磁钢所产生得磁场相互作用产生转矩，拖动转子同步

同步电动机的起动分析

同步电动机的起动 1.同步电机的基本原理 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。 图1.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场) 气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。图中用AX、BY、CZ三个在空间错开120 分布的线圈代表三相对称交流绕组。 图1.1同步电机结构模型 1.1工作原理 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主

磁场。 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 感应电势有效值：每相感应电势的有效值为E0 =4.44fNψ Φ 感应电势频率:感应电势的频率决定于同步电机的转速n和极对数p ，即 f=pn/60 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 1.2同步转速 同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： n=60f/p=3000/p 要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。 1.3运行方式 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 分析表明，同步电机运行于哪一种状态，主要取决于定子合成磁场与转子主极磁场之间的夹角δ，δ称为功率角。

同步电动机原理

同步电动机的原理 同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因素的。 同步电动机在结构上大致有两种： 1、转子用直流电进行励磁。这种电动机的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励，在大多数同步电动机中，直流发电机是装在电动机轴上的，用以供应转子磁极线圈的励磁电流。 由于这种同步电动机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。鼠笼绕组放在转子的周围，结构与异步电动机相似。 当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生了一个旋转磁场，鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流，从而使电动机旋转起来。电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。 2、转子不需要励磁的同步电机 转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上，也能运用于多相电源上。这种电动机中，有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似，同时有一个鼠笼转子，而转子的表面切成平面。所以是属于显极转子，转子磁极是由一种磁化钢做成的，而且能够经常保持磁性。鼠笼绕组是用来产生启动转矩的，而当电动机旋转到一定的转速时，转子显极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。显极的极性是由定子感应出来的，因此它的数目应和定子上极数相等，当电动机转到它应有的速度时，鼠笼绕组就失去了作用，维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极，使之同步。

(整理)永磁同步电动机的应用.

一、 概述 众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、动态特性好等特点。优良的控制特性使直流电动机在70年代前的很长时间里，在有调速、控制要求的场合，几乎成了唯一的选择。但是，直流电动机的结构复杂，其定子上有激磁绕组产生主磁场，对功率较大的直流电动机常常还装有换向极，以改善电机的换向性能。直流电机的转子上安放电枢绕组和换向器，直流电源通过电刷和换向器将直流电送入电枢绕组并转换成电枢绕组中的交变电流，即进行机械式电流换向。复杂的结构限制了直流电动机体积和重量的进一步减小，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使直流电动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。换向火花既造成了换向器的电腐蚀，还是一个无线电干扰源，会对周围的电器设备带来有害的影响。电机的容量越大、转速越高，问题就越严重。所以，普通直流电动机的电刷和换向器限制了直流电动机向高速度、大容量的发展。 在交流电网上，人们还广泛使用着交流异步电动机来拖动工作机械。交流异步电动机具有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简便。但是，与直流电动机相比，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低。其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因素低，轻载时尤甚，这大增加了线路和电网的损耗。长期以来，在不要求调速的场合，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，异步电动机占有主导地位，当然这类拖动中，无形中损失了大量电能。 过去的电力拖动中，很少彩同步电动机，其主要原因是同步电动机不能在电网电压下自行起动，静止的转子磁极在旋转磁场的作用下，平均转矩为零。人们亦知道变频电源可解决同步电动机的起动和调速问题，但在70年代以前，变频电源是可想而不可得的设备。所以，过去的电力拖动中，很少看到用同步电动机作原动机。在大功率范围内，偶尔也有同步电动机运行的例子，但它往往是用来改善大企业的电网功率因数。 自70年代以来，科学技术的发展极大地推动了同步电动机的发展和应用，主要的原因有： 1、高性能永磁材料的发展 永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴1：5，第二代钐钴2：17和第三钕铁硼。铝镍钴是本世纪三十年代研制成功的永磁材料，虽其具有剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但它矫顽力低，抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，这些不足大大限制了它在电机中的应用。铁氧体磁体是本世纪五十年代初开发的永磁材料，其最大的特点是价格低廉，有较高的矫顽力，其不足是剩磁感应强度和磁能积都较低。钐钴稀土永磁材料在六十年代中期问世，它具有铝镍钴一样高的剩磁感应强度，矫顽力比铁氧体高，但钐稀土材料价格较高。80年代初钕铁硼稀土永磁材料的出现，它具有高的剩磁感应强度，高的矫顽力，高的磁能积，这些特点特别适合在电机中使用。它们不足是温度系数大，居里点低，容易氧化生锈而需涂复处理。经过这几年的不断改进提高，这些缺点大多已经克服，现钕铁硼永磁材料最高的工作温度已可达180℃，一般也可达150℃，已足以满足绝大多数电机的使用要求。表1是各种永磁材料性能比较。 表1各种永磁材料的性能比较 永磁材料剩磁（T）Br(T) 矫顽力HcB(KA/m) 内禀矫顽力Hcj(KA/m) 最大磁能积(BH)m（KJ/m3）剩磁可逆温度系数αB(%C) 居里温度Tc8(C) 中等水平钕铁硼`` 1.26 967 955 310 -0.12 350 较高水平的钐钴1.00 746 766 210 -0.03 850

无刷交流同步发电机原理与构造

无刷交流同步发电机原理与构造 国民经济建设和人民生活时刻离不开电能，同步发电机由原动机驱动而旋转，把机械能转换成电能，向用电设备提供交流电源。 无刷同步发电机由于其无线电干扰小，无电刷，维护工作量少，运行可靠，性能优越，又便于实现无人值守，当今国内外己普遍推广应用。 第一节无刷同步发电机工作原理 一、电与磁的关系 （一）通电导体周围有磁场 在导体中通入电流之后，导体周围便产生磁场，而且沿导体全部长度上都存在着，该磁场的强弱决定于电流的大小，电流越大，磁场强度越强，磁场的方向按右手定则决定，如图8-1所示，将右手姆指伸直表示电流方向，将其余四指卷曲，这时四指所指的方向，就是磁场方向。 通电线圈 或螺线管周围 也产生磁场。 磁场的强度与

线圈匝数及电流大小成正比 , 磁场方向也以右手定则决定 , 如 图 8一2 所示 , 伸出右手姆指，其余四指卷曲，使四指的方向符 合线圈中电流方向 , 那么伸直的姆指所指的方向就是磁场方向。 发电机的磁场就是在磁极铁心外套上线图通以直流电而形成南、北磁极。当线圈断电后，磁极铁心仍有一定的磁性，俗 称“剩磁”，这是发电机自建电压的必不可少的条件。 （二）电磁感应 当导体(线)在磁场中运动或磁场在导体周围运动，两者互相切割时，在导体(线)中便感应电动势，这种现象称为电磁感 应。 感应电动势的方向与导体运动方向和磁场方向有关，可用“右手定则”来判定。伸右手于磁场内，手心对着N极,四指与 大姆指互相垂直，让大姆指指向导体运动方向，那么四指所指 方向就是感应电动势方向。发电机就是根据这个原理工作的。 如图8－3所示。 感应电动势的大小e与磁 感应强度B,导体切割磁力线的速度 v和导体长度l成正比。 e=B1v 要增大感应电动势，可采用下列办法： 1、增加被切割的磁力线数目，即增强磁场强度，磁场越强，感应电动势越大。

永磁同步电动机矢量控制(结构及方法)

第2章永磁同步电机结构及控制方法 2.1 永磁同步电机概述 永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。因而它是近年来研究得较多并在各个领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。 永磁同步电动机分类方法比较多：按工作主磁场方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式；按电枢绕组位置的不同，可分为内转子式(常规式)和外转子式；按转子上有无起绕组，可分为无起动绕组的电动机(用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升高而起动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(既可用于调速运行又可在某以频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电动机)；按供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。异步起动永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时，形成一台具有阻尼(起动)绕组的调速永磁同步电动机。 永磁同步伺服电动机的定子与绕组式同步电动机的定子基本相同。但根据转子结构可分为凸极式和嵌入式两类。凸极式转子是将永磁铁安装在转子轴的表面，如图 2-1(a)。因为永磁材料的磁导率十分接近空气的磁导率，所以在交轴(q 轴)、直轴(d 轴)上的电感基本相同。嵌入式转子则是将永磁铁安装在转子轴的内部，如图 2-1(b)，因此交轴的电感大于直轴的电感。并且，除了电磁转矩外，还有磁阻转矩存在。 为了使永磁同步伺服电动机具有正弦波感应电动势波形，其转子磁钢形状呈抛物线状，其气隙中产生的磁通密度尽量呈正弦分布；定子电枢绕组采用短距分布式绕组，能最大限度地消除谐波磁动势。永磁体转子产生恒定的电磁场。当定子通以三相对称的正弦波交流电时，则产生旋转的磁场。两种磁场相互作用产生电磁力，推动转子旋转。如果能改变定子三相电源的频率和相位，就可以改变转子的转速和位置。

大型高压同步电动机

大型高压同步电动机，由于其具有一系列优点，特别是能向电网发送无功功率，改善电网质量，在各行各业得到广泛应用。我公司球磨机用同步电动机曾在一段时期内频繁损坏，直接影响到我公司的生产和设备的安全运行。因此正确分析判断同步电机的故障原因，并提出相应对策，就成了我们的当务之急。 一、事故征象 我公司现有16台1300KW/6KV同步电动机。在2000年以前平均每年要出现2～3次电机烧损的事故。其事故主要征象为：定子绕组端部绑线崩断，电机定子绕组过热，起动绕组笼条开焊、断裂，电机起动及运行中出现异常声响，经常启动失败等现象。 尤其是在1999年1月12日我公司7#同步电动机运行过程中突然放炮，造成7#同步电动机定子线圈局部严重烧坏，高压电缆接头烧损，电流互感器崩坏，由于7#同步机脱扣装置拒动，保护不能正常动作，持续大电流引起密地变电所密27选Ⅱ线保护动作跳闸，影响到选Ⅱ所带其它用电设备停机。 二、事故原因的基本判断分析 1、电机质量分析： 电机的正常使用寿命一般应在20年左右。统计我公司所损坏的同步电动机，运行寿命大多在10年以下，尤其是这台7#同步电动机大修后，投运仅4个月便出现了这次放炮烧损事故。 在事故分析中，部分电气技术人员将事故的主要原因归结到电机的大修上。这种大面积的电机损害事故，将事故原因归结到电机质量上，我对此提出异议。建议将视线转移到对励磁系统的分析上；事实证明，电机修理厂在电机返修中对其重点部位进行了种种加强措施，甚至于提高了绝缘等级，但效果并不显著。损坏事故仍不断出现。 2、励磁系统原因分析： 针对同步电动机起动运行过程中发生异常声响、电机定子绕组过热、起动绕组笼条开焊、断裂等诸多现象，在排除电机质量原因引起事故的条件下，有必要对现行的励磁系统进行合理的分析，从而找出电机频繁损坏的真正原因：励磁系统设计不合理。 三、励磁系统存在的主要问题与电机故障原因的内在联系 1、励磁装置起动回路设计不合理，使同步电机经常处在脉振情形下起动。 原主电路为桥式半控励磁装置，其原理图如图1所示。 电机在起动过程中，在转子线圈内将感应一交变电势，其正半波通过ZQ形成回路，产生+if；而其负半波则通过KQ及RF形成回路，产生-if。由于负载电路不对称，形成+if与-if 电流不对称，if曲线如图2所示。电机定子电流因此也产生强烈脉振，其曲线如图3。电机因而遭受到脉振转矩的强烈振动。造成整个厂房大厅内都可以听到电机起动过程发出的强烈振动声。这种声音一直持续到电机起动结束才消失。

交流电动机的工作原理

交流电动机的工作原理 目前较常用的交流电动机有两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。 一、三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。 观察图1还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将B相电流通入C 相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为：C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。??? 定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机。 二、单相交流电动机的旋转原理 单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。 三.同步电动机的原理 同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因素的。 同步电动机在结构上大致有两种： 1、转子用直流电进行励磁。这种电动机的转子如图1所示，从图中可看出来，它的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并

同步电机课后习题参考答案

14- 1 水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同，各有什么特点？ 14- 2 为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些？ 14-3 同步电机和异步电机在结构上有哪些异同之处？ 14-4 同步发电机的转速为什么必须是常数？接在频率是50Hz 电网上，转速为150r/min 的水轮发电机的极数为多少？ 14-5 一台三相同步发电机S N=10kVA，cosφN=0.8（滞后），U N=400V，试求其额定电流I N 和额定运行时的发出的有功功率P N 和无功功率Q N。 14-6 同步电机在对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链？它会在励磁绕组中感应电势吗？ 14-7 同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的，在负载状态是如何激励的？ 14-8 隐极同步电机的电枢反应电抗与与异步电机的什么电抗具有相同的物理意义？ 14-9 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？ 答案： 14-3 2p=40 14-4 I N =14.43A ，P N =8kW ，Q N=6 kvar 1 / 9

2 / 9 15- 1 同步电抗的物理意义是什么？为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的值又是每 相 的值？ 15- 2 分析下面几种情况对同步电抗有何影响： （1）铁心饱和程度增加； （2）气隙增大； （3） 电枢绕组匝数增加； （ 4）励磁绕组匝数增加。 15-9 (1) E 0 =2.236 ， (2) I =0.78 ( 补充条件： Ｘ*S 非=1.8） 15-10 (1) E 0 =1.771, E 0 =10.74kV ， 18.4 15-11 E 0 2.2846 , E 0 13.85kv ， 32.63 15-12 E 0 12534.88v ， 57.42 ， I d 387.61A ， I q 247.7A 16- 1 为什么同步发电机的稳态短路电流不大，短路特性为何是一直线？如果将电机的转速降 到 0.5n 1 则短路特性，测量结果有何变化？ 16- 2 什么叫短路比，它与什么因素有关？ 16- 3 已知同步发电机的空载和短路特性，试画图说明求取Ｘ d 非 和 Kc 的方法。 16-4 有一台两极三相汽轮同步发电机，电枢绕组 Y 接法，额定容量 S N =7500kV A ，额定 电压 U N N 短路实验测得 k N 时， fk ，零功率因数实验 I=I N ，U=U N 时测得 fN0 试求：（1）通过空载特性和短路特性求出 X d 非和短路比；（2）通过空载特性和零功率因数特性 求出 X σ和 I fa ；（3）额定运行情况下的 I fN 和 u 。 16-5 一台 15000kVA 的 2 极三相 Y 联接汽轮发电机， U N 10.5kV ，cos N 0.8（滞 * *d p a 1（2）额定负载时的励磁电流标么值。

交流永磁同步电动机伺服系统

交流永磁同步电动机伺服系统 1 伺服系统的基本概念 1.1 名词 “伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动;讯号来到之后，转子立即转动;当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名—伺服系统。 1.2 定义 伺服系统—是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值(或给定值)的任意变化的自动控制系统。 伺服的主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力距、速度和位置控制得非常灵活方便。 1.3 伺服系统的组成 伺服系统如图1所示，是具有反馈的闭环自动控制系统。它由位置检测部分、误差放大部分、执行部分及被控对象组成。 1.4 伺服系统的性能要求 伺服系统必须具备可控性好，稳定性高和速应性强等基本性能。说明一下，可控性好是指讯号消失以后，能立即自行停转;稳定性高是指转速随转距的增加而均匀下降;速应性强是指反应快、灵敏、响态品质好。 1.5 伺服系统的种类 通常根据伺服驱动机的种类来分类，有电气式、油压式或电气—油压式三种。 伺服系统若按功能来分，则有计量伺服和功率伺服系统;模拟伺服和功率伺服系统;位置伺服和加速度伺服系统等。 电气式伺服系统根据电气信号可分为dc直流伺服系统和ac交流伺服系统二大类。ac交流伺服系统又有异步电机伺服系统和同步电机伺服系统两种。 这里只讨论电气式伺服系统中的一种—交流永磁同步电机伺服系统。 2 交流永磁同步电机伺服系统 伺服驱动系统能够忠实地跟随控制命令而动作，例如数控机床和工业机人，伺服驱动技术对产品的性能有重要影响，甚至起关键作用。故需进一步认识伺服驱动系统在其中的地位和作用。 2.1 ac伺服系统 电气伺服技术应用最广，主要原因是控制方便，灵活，容易获得驱动能源，没有公害污染，维护也比较容易。特别是随着电子技术和计算机软件技术的发展，它为电气伺服技术的发展提供了广阔的前景。 早在70年代，小惯量的伺服直流电动机已经实用化了。到了70年代末期交流伺服系统开始发展，逐步实用化，ac伺服电动机的应用越来越广,并且还有取代dc伺服系统的趋势成为电气伺服系统的主流。 在ac伺服系统中，可分为同步和异步型ac伺服系统两种。 ac伺服系统—→异步型—-→两相异步机; →三相异步机(力距电机)。 →同步型→磁阻式(开关式); →磁滞式(反应式); →永磁式。 永磁转子的同步伺服电动机由于永磁材料不断提高，价格不断下降，控制又比异步电机

(完整)同步电动机

(完整)同步电动机 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)同步电动机）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)同步电动机的全部内容。

同步电动机的起动方法设计 摘要：虽然同步电机大部分情况用作发电机。但是在工业生产中有一些大功率的空气压缩机、大型鼓风机、电动发电机组等，这些生产机械本身也没有调节速度的要求。如果用同步电动机去拖动可能更合适。这是因为同步电动机与同容量的异步电动机相比,同步电动机的功率因数髙，还可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数，因而在不需要调速的低速大功率机械中得到较广泛的应用。随着变频技术的不断发展，同步电动机的起动和调速问题都得到了解决，从而进一步扩大了其应用范围。本文先介绍了同步电机及同步电动机的工作原理,而后分析了调节同步电动机的励磁电流以提高电网功率因数以及异步起动和变频起动. 关键字：同步电机，同步电动机,电网功率因数，励磁电流，异步起动，变频起 动 1 同步电机的基本原理 同步电机和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是稳态运行时，转子的 转速和电网频率之间有不变的关系n=n s=60f/p，n s称为同步转速.若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关. 同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流电机以同步电机 为主。 1.1工作原理 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流,建立极性相间的励磁磁场，即建立 起主磁场. 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的 载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场 随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）. 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将 会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势.通过引出线，即可提供交流 电源。 交变性与对称性:由于旋转磁场极性相间,使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

(完整版)同步电动机励磁柜原理

励磁柜 介绍一些同步电动机励磁柜的基本知识，希望大家能了解并多交流一下同步电动机励磁柜的基本知识。 一.KJLF11 具有以下特点： 1.转子励磁采用三相全控整流固接励磁线路； 2.与同步电动机定子回路没有直接的电气联系；3.实现了按同步电动机转子滑差，顺极性自动投励。按到达亚同步转速（95%）时投入励磁，使同步电动机拖入同步运行； 4.具有电压负反馈自动保持恒定励磁； 5.起动与停车时自动灭磁，并在同步电动机异步运行时具有灭磁保护； 6.可以手动调节励磁电流，电压进行功率因数调整，整流电压可以从额定值的10%至125%连续调节；7.交流输入电源与同步电动机定子回路来自同一段母线；8.同步电动机正常停车5 秒钟之内，本设备整流电路和触发电路的同步电源不容许断电；9.灭磁电阻RFD1 和RFD2 的阻值为所配的转子励磁绕组直流电阻的 5 倍，其长期容许电流为同步电动机额定励磁电流的15%；10.当同步机矢步运行时，可以发出矢步信号，用于报警或跳闸；11.输入电源为380V. 二.保护电路：（1）.过压保护：1.同步电动机异步运行时，转子感应过电压由灭磁环节将放电电阻RFD1-2 接入，消除开路过电压。 2.主电路可控硅元件的换向过电压由并接于元件两端的阻容电路吸收。（RC4-9) 3.整流变压器一次侧分，合闸引起的操作过电压由RC1-3 组成的阻容吸收装置来抑制。4.为使同相两桥臂上可控硅元件合理的分担自直流侧的过电压，设置了R10-15 均压电阻来保护。（2）过电流保护： 1.与可控硅串联的快速熔断器是作为直流侧短路保护用，快熔熔断时，保护环节可发出声响报警信号，跳开同步电动机定子侧电源开关，切断励磁。 2.短路电流发生在整流变压器二次侧时，其一次侧空气开关脱扣器顺动，切断电源。 3.直流侧过负荷时，空气开关脱扣器或热继电器动作。但整定值应保证强励磁30 秒内不动作。 三. 励磁线路各环节的工作电压均由同步电源变压器供给，其工作原理如下：同步电动机起动过程中，灭磁环节工作，使转子感应交变电流两半波都通过放电电阻，保证电机的正常起动。起动过程中，整流电路可控硅处于阻断状态，当电

交流异步电动机和永磁同步电动机的优缺点比较

交流异步电动机和永磁同步电动机的优缺点比较 1.效率 永磁同步电动机的效率略高一些。但6kw的4极交流异步电机效率也能达到90%以上，与永磁同步电机差别并不大。 2.对控制精度的影响。 交流异步电动机和永磁同步电动机都被广泛应用于伺服系统中。在好的电机控制算法控制下，交流异步伺服系统和永磁同步伺服系统在控制精度上基本没有什么差别。特别是对于变桨系统来说，交流异步电动机的控制精度能达到±0.1度，已经足够了。 3.可靠性 变桨系统的可靠性至关重要。交流异步电动机可靠性远远高于永磁同步电动机，特别是在变桨系统应用中。永磁同步电动机有两大可靠性隐患： 1）永磁材料在绕组大电流情况下会永久性失磁或磁性能下降。通常情况下这一点可以通过电机驱动器的过流保护来避免大电流。但是变桨系统的应用恰恰要求有短时间 大电流的能力。特别是在顺桨时，我们为了保证风机的绝对安全，甚至要冒着牺牲 变桨电机和电机驱动器的危险，长时间维持大电流。对于交流电机来说，只要不造 成绕组烧毁，都可以继续使用。而一旦永磁同步电机的永磁材料磁性能下降，就无 法输出足够的力矩，影响风机安全。 2）转子磁钢钕铁硼磁钢的制造工艺复杂，防腐处理不好会造成锈蚀。钕铁硼磁粉很容易锈蚀，需要有很好的处理，包括电镀工艺来达到防腐蚀。如果处理不好，时间久 了可能会出现内部腐蚀。虽然现在磁钢的生产技术水平都提高了，但这一点始终是 个可靠性隐患。 4．成本 永磁同步电机的成本要高于交流异步电机。永磁同步电机的转子磁钢为钕铁硼。钕要从稀土中提取。中国是稀土第一蕴藏大国，也是第一出口大国。由于近几年中国把稀土列为战略物资，限制出口，造成稀土价格翻了几倍。而且以后稀土价格会越来越高，会直接对永磁同步电机成本造成很大影响。 综上所述，交流异步电动机的可靠性更高，成本更低，工艺简单成熟，更适合变桨系统应用。

大型同步电动机安装使用维护说明书

TK系列大型同步电动机 安装使用维护说明书 0JS.461.387 编制： 审核： 批准： 山东济南发电设备厂

编 号 0JS.461.387 山 东 济 南 发 电 设 备 厂 TK 系列同步电动机 安装使用维护说明书 共 26 页 第 1 页 目 录 1． 电机的安装说明 (1) 2． 电机的拆装说明 (2) 3． 电机的干燥 (3) 4． 电机运转前的准备工作 (7) 5． 同步电动机的起动与停机 (9) 6． 电机的维护和检修 (10) 7． 电机存放时的保养 (15) 8． 运转中故障分析 (15) 9． 同步电动机接线图 (17)

1.电机的安装说明 1.1安装环境及件 电机应安装在干燥的地方，且不受灰尘、污垢和有腐蚀性气体及昆虫或爬虫的侵害，并不得在阳光直接照射下使用。 在考虑防潮和防尘的同时，应顾及电机的通风问题，保证电机有足够的风量，进风的温度不低于0℃，不高于40℃，电机使用的地点海拔不得超过1000m，周围环境的相对湿度，一般电机不能大于75%，湿热带型电机不能大于95%。 此外应考虑到电机的位置与四周设备的位置相适应，保证修理和检查的方便。 1.2基础的铺设 基础的设计由用户根据具体的条件和电机外形图的要求进行设计，设计时应遵循以下几个原则。 1.2.1基础应铺在坚固的土壤上（由混凝土或钢筋混凝土筑成），有足够的承重能力，以便能承受静的和动的负载，也就是说基础能尽量防止下沉、移动和振动，保持不变的位置。 1.2.2电机的基础应与和它连接的机器的基础做成整体，以免分开时各自基础的不均匀下沉、骨架变形等引起机组中心线改变而使电机受到损坏。 1.2.3基础浇好后应先加重物进行预压。 1.2.4放底脚螺栓孔的位置，必须准确按图样开好，孔的大小应比螺栓大5～7cm，以便安装时校正，校正后在螺栓四周的空隙内填以混凝土。 1.2.5从混凝土收缩终了时起，到电机安装的日期，一般不得少于2～3个星期。 1.2.6管道通风或半管道通风的电机，若安装地点的地下水位很高，进风管道不能放在地平面下面，最好采用双层建筑基础。 1.3电机的安装程序 1.3.1进行基础的检查：外部观察时，须没有裂纹、气泡、外露钢骨以及其他外

同步电动机的工作原理

同步电动机的工作原理 同步电动机 转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机。其转子转速n 与磁极对数p、电源频率f之间满足n=f/p。转速n决定于电源频率f，故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。具有运行稳定性高和过载能力大等特点。常用于多机同步传动系统、精密调速稳速系统和大型设备(如轧钢机)等。 同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因数的。 同步电动机在结构上大致有两种： 1、转子用直流电进行励磁。它的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励，在大多数同步电动机中，直流发电机是装在电动机轴上的，用以供应转子磁极线圈的励磁电流。 由于这种同步电动机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。鼠笼绕组放在转子的周围，结构与异步电动机相似。 当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生了一个旋转磁

场，鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流，从而使电动机旋转起来。电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。 2、转子不需要励磁的同步电机 转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上，也能运用于多相电源上。这种电动机中，有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似，同时有一个鼠笼转子，而转子的表面切成平面。所以是属于显极转子，转子磁极是由一种磁化钢做成的，而且能够经常保持磁性。鼠笼绕组是用来产生启动转矩的，而当电动机旋转到一定的转速时，转子显极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。显极的极性是由定子感应出来的，因此它的数目应和定子上极数相等，当电动机转到它应有的速度时，鼠笼绕组就失去了作用，维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极，使之同步 同步电动机的起动方法： 同步电动机只有在定子旋转磁场与转子励磁磁场相对静止时，才能得到平均电磁转矩。如将静止的同步电动机励磁后直接投入电网，这时定子旋转磁场与转子磁场间以同步转速n1作相对运动，转子受到交变的脉动转矩，其平均值为零，电机不能起动。所以必须借助其他方式来起动。

同步电动机原理

同步电动机原理 Synchronous Motor Principle 三相交流电动机是用三相交流电产生的旋转磁场来带动电机转子旋 转的，有关旋转磁场的产生原理在前面已作介绍，在这里只介绍电机转 子是如何在旋转磁场的作用下旋转的。 永磁交流同步电动机 最简单的方法是在产生旋转磁场的空间放一永久磁铁，该磁铁就会 跟着磁场旋转了。下图就是这样一个永久磁铁转子。 永久磁铁转子 把永久磁铁转子放在能产生旋转磁场的定子铁芯中，它将会跟随旋 转磁场同步旋转，其转速与旋转磁场一致，故称之为同步电动机，下图 便是一个永磁同步电动机模型的示意图。

永磁同步电动机模型 下面是该三相交流同步电动机模型的动画截图，为看清线圈与磁力线，定子与转子用半透明显示。动画中有输入三相电流的变化波形，有旋转磁场与跟着旋转的永磁转子。

永磁同步电动机动画截图 请观看永磁转子同步电动机原理模型3D动画 这个三相交流同步电动机的旋转磁场只有一对磁极，永磁转子也是一对磁极，转速与交流电源相同，用50周的交流电供电时转子转速是每秒50转。

电励磁交流同步电动机 实际上的三相交流同步电动机转子多数是电励磁的，转子上有励磁绕组，用直流励磁电源产生固定磁场，下图是一个电励磁三相交流同步电动机原理模型旋转动画的截图。 电励磁三相交流同步电动机模型 请观看三相交流同步电动机原理3D动画 该三相交流同步电动机的旋转磁场只有一对磁极，电励磁转子也是一对磁极，用50周的交流电供电时转子转速是每秒50转，也即每分钟3000转。两极同步电动机的转子一般采用隐极式转子。

多极交流同步电动机 许多场合需用低转速，大力矩输出的交流同步电动机，此时的电机多做成大直径的多极电机形式，定子绕组产生多对磁极旋转磁场，转子采用多对凸极结构。下图是一个3对磁极同步电动机模型示意图，定子有3个3相绕组，转子有3对（6个）凸极，转速为每分钟1000转。 多极三相交流同步电动机模型

实验三三相同步电动机

实验报告 实验名称：三相同步电动机 小组成员：许世飞许晨光杨鹏飞王凯征 一．实验目的 1．掌握三相同步电动机的异步起动方法。 2．测取三相同步电动机的V形曲线。 3．测取三相同步电动机的工作特性。 二．预习要点 1．三相同步电动机异步起动的原理及操作步骤。 2．三相同步电动机的V形曲线是怎样的？怎样作为无功发电机（调相机）？3．三相同步电动机的工作特性怎样？怎样测取？ 三．实验项目 1．三相同步电动机的异步起动。 ≈0时的V形曲线。 2．测取三相同步电动机输出功率P 2 3．测取三相同步电动机输出功率P =0.5倍额定功率时的V 形曲线。 2 4．测取三相同步电动机的工作特性。 四．实验设备及仪器 1．实验台主控制屏； 2．电机导轨及转速测量； 3．功率、功率因数表（NMCL-001）； 4．同步电机励磁电源（含在主控制屏左下方，NMEL-19）； 5．直流电机仪表、电源（含在主控制屏左下方，NMEL-18）； 6．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）； 7．三相可调电阻器90Ω（NMEL-04）； 8．旋转指示灯及开关板（NMEL-05A）；

9．三相同步电机M08； 10．直流并励电动机M03。 五．实验方法 被试电机为凸极式三相同步电动机M08。 1．三相同步电动机的异步起动 实验线路图如图3-1。 实验开始前，MEL-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”旋钮逆时针到底。 R 的阻值选择为同步发电机励磁绕组电阻的10倍（约90欧姆），选用NMEL-04中的90Ω电阻。 开关S 选用NMEL-05。 同步电机励磁电源（NMEL-19）固定在控制屏的右下部。 a ．把功率表电流线圈短接，把交流电流表短接，先将开关S 闭合于励磁电流源端，启动励磁电流源，调节励磁电流源输出大约0.7A 左右，然后将开关S 闭合于可变电阻器R （图示左端）。 b ．把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器使升压至同步电动机额定电压220伏，观察电机旋转方向，若不符合则应调整相序使电机旋转方向符合要求。 c ．当转速接近同步转速时，把开关S 迅速从左端切换闭合到右端，让同步电动机励磁绕组加直流励磁而强制拉入同步运行，异步起动同步电动机整个起动过程 图4-5 三相同步电动机接线图（MCL-II、MEL-IIB）图3-1 三相同步电动机接线图（MCL-11、MEL-11B ）