第六章 同步电机第一节 三相同步电动机一,三相异步电动机同步运行和同步电动机的工作原理异步电动机同步运行时转子绕组的接线图
2
转子绕组作“两并一串”联接，
并且通入直流后所建立的磁动势和磁场的基波分布图
ax miI?
by
1
2 miI
cz
1
2 miI
3凸极式 隐极式绕线转子异步电动机的转子绕组通入直流电流后，就成为一个电磁铁。
不论旋转磁极与电磁铁在起始时的相对位置如何，结果总是旋转磁极的 N极和 S极分别与电磁铁的 S极和 N极相吸。旋转磁极以同步转速旋转，
则必然拉着电磁铁也以同步转速旋转。这时异步电动机就作同步运行。
二、同步电动机的基本结构
1、定子与异步电机定子无太大区别。
2、转子
4
不计凸极效应时同步电动机矢量图三、电动势平衡方程式及相量图
0
0 jj
aa
aa
U E E E I R
E I X I X I R
电枢反应电抗 xa 与漏抗 xσ合并用同步电抗 xt 表示。
凸极式同步电动机的矢量图
5
考虑到凸极效应，为了便于分析，采用所谓双反应理论，即把电枢磁动势矢量 Fa 分解成直轴分量和交轴分量 。
凸极式同步电动机的电枢磁动势分布波及其磁密分布波
ja d d a dE I X
aqada FFF qd III
ja q q a qE I X
6
考虑凸极效应的同步电动机电动势平衡方程式
0 jjd d q q aU E I X I X I R
交 轴同步电抗
q a qX X X
直轴同步电抗
d a dX X X
四、运行特性
（一）功角特性和 V 形曲线
1、功角特性同步电动机的功率平衡关系
1 e C u aP P p e 2 F e m e c h Δ 20()P P p p p P p
Cuap
为定子铜耗
7
同步电动机的转矩平衡关系
02em TTT
s in
c o s0
UxI
UExI
qq
dd
为功率角?
为内功率因数角?
为功率因数角?
考虑凸极效应，不计定子电阻的同步电动机电动势相量图
8
2
0
e
11sin sin 2
2d q d
UE UP m m
X X X
2
0
e
11sin sin 2
2d s s q d
UE UT m m
X X X
式中,m—— 相数上式表明，当电源电压 U=UN,励磁电流不变时，同步电动机的电磁功率（或电磁转矩）与功率角的关系如右图所示。这种关系称为同步电动机的功角特性（或矩角特性）。
eP? （或 ）称为基本分量；eT?
eP （或 ）称为附加分量；eT
9
理想空载 电动机运行空载运行时：
0 s in 0
e
ts
UETm
X
0sin 0
0
eM
ts
UETm
X
电磁转矩最大值
10
恒功率、变励磁、不计凸极效应时同步电动机的电动势相量图
2,V形曲线同步电动机的 V形曲线是指当电源电压与频率均为额定值时，在输出功率不变的条件下，调节励磁电流 If，定子电流 I 会相应地变化,I=f(If)曲线，形状像英文字母 V，称为 V形曲线。
11
（二）转速特性及起动步骤
0()s t
0
0
2
0
( ) sin
11
sin 2
2
es
ds
s
s q d
UE
T t m t
X
U
mt
XX
平均电磁转矩
0 ( )d 0
T
e a v eT T t t
无平均电磁转矩的情况
12
第二节 无换向器电动机 —— 自控式同步电动机一、分类
1、直流无换向器电动机
2、交流无换向器电动机
13
二、工作原理无换向器电动机原本是一台同步电动机，
其轴上装有位置传感器，以测定定子和转子磁场和位置，以控制电力电子开关元件的通断。
以保证定子脉冲步进磁动势（即电枢磁动势）
与转子磁动势（即励磁磁动势）同步转动。
实际上，它变成了一台定、转子位置互换的直流电动机直流电动机工作原理示意图有最大电磁转矩 无电磁转矩 有最大电磁转矩
14
15
16
三、特点
1、维护简便
2、调速范围宽
3、控制方便
4、电动机能够使用于条件较恶劣的场合
5、快速性好
17
第三节 其他同步电动机一、磁阻同步电动机磁阻同步电动机的电动势相量图同步电动机的会出现磁阻转矩 。
dqXX?
2 11
sin 2
2e s q d
UTm
XX
钢片非磁材料磁阻同步电动机转子图
a)二极式 b)四极式
18
二、永磁同步电动机
1、转子结构问题永磁同步电动机的转子结构图涡轮式串并联式纵向式 横向式
19
2、磁路与参数问题永磁体为横向结构的永磁同步电动机磁路示意图
20
3、起动问题 永磁同步电动机起动特性
1—— 异步转矩
2—— 发电机制动转矩
3—— 磁阻转矩
4—— 合成转矩
21
三、步进电动机三相反应式步进电动机示意图位置一 位置二 位置三
22
第六章 结 束三相反应式步进电动机的典型结构示意图
2
转子绕组作“两并一串”联接，
并且通入直流后所建立的磁动势和磁场的基波分布图
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3凸极式 隐极式绕线转子异步电动机的转子绕组通入直流电流后，就成为一个电磁铁。
不论旋转磁极与电磁铁在起始时的相对位置如何，结果总是旋转磁极的 N极和 S极分别与电磁铁的 S极和 N极相吸。旋转磁极以同步转速旋转，
则必然拉着电磁铁也以同步转速旋转。这时异步电动机就作同步运行。
二、同步电动机的基本结构
1、定子与异步电机定子无太大区别。
2、转子
4
不计凸极效应时同步电动机矢量图三、电动势平衡方程式及相量图
0
0 jj
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U E E E I R
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电枢反应电抗 xa 与漏抗 xσ合并用同步电抗 xt 表示。
凸极式同步电动机的矢量图
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考虑到凸极效应，为了便于分析，采用所谓双反应理论，即把电枢磁动势矢量 Fa 分解成直轴分量和交轴分量 。
凸极式同步电动机的电枢磁动势分布波及其磁密分布波
ja d d a dE I X
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考虑凸极效应的同步电动机电动势平衡方程式
0 jjd d q q aU E I X I X I R
交 轴同步电抗
q a qX X X
直轴同步电抗
d a dX X X
四、运行特性
（一）功角特性和 V 形曲线
1、功角特性同步电动机的功率平衡关系
1 e C u aP P p e 2 F e m e c h Δ 20()P P p p p P p
Cuap
为定子铜耗
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同步电动机的转矩平衡关系
02em TTT
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为功率角?
为内功率因数角?
为功率因数角?
考虑凸极效应，不计定子电阻的同步电动机电动势相量图
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式中,m—— 相数上式表明，当电源电压 U=UN,励磁电流不变时，同步电动机的电磁功率（或电磁转矩）与功率角的关系如右图所示。这种关系称为同步电动机的功角特性（或矩角特性）。
eP? （或 ）称为基本分量；eT?
eP （或 ）称为附加分量；eT
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理想空载 电动机运行空载运行时：
0 s in 0
e
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X
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X
电磁转矩最大值
10
恒功率、变励磁、不计凸极效应时同步电动机的电动势相量图
2,V形曲线同步电动机的 V形曲线是指当电源电压与频率均为额定值时，在输出功率不变的条件下，调节励磁电流 If，定子电流 I 会相应地变化,I=f(If)曲线，形状像英文字母 V，称为 V形曲线。
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（二）转速特性及起动步骤
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平均电磁转矩
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无平均电磁转矩的情况
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第二节 无换向器电动机 —— 自控式同步电动机一、分类
1、直流无换向器电动机
2、交流无换向器电动机
13
二、工作原理无换向器电动机原本是一台同步电动机，
其轴上装有位置传感器，以测定定子和转子磁场和位置，以控制电力电子开关元件的通断。
以保证定子脉冲步进磁动势（即电枢磁动势）
与转子磁动势（即励磁磁动势）同步转动。
实际上，它变成了一台定、转子位置互换的直流电动机直流电动机工作原理示意图有最大电磁转矩 无电磁转矩 有最大电磁转矩
14
15
16
三、特点
1、维护简便
2、调速范围宽
3、控制方便
4、电动机能够使用于条件较恶劣的场合
5、快速性好
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第三节 其他同步电动机一、磁阻同步电动机磁阻同步电动机的电动势相量图同步电动机的会出现磁阻转矩 。
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2 11
sin 2
2e s q d
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XX
钢片非磁材料磁阻同步电动机转子图
a)二极式 b)四极式
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二、永磁同步电动机
1、转子结构问题永磁同步电动机的转子结构图涡轮式串并联式纵向式 横向式
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2、磁路与参数问题永磁体为横向结构的永磁同步电动机磁路示意图
20
3、起动问题 永磁同步电动机起动特性
1—— 异步转矩
2—— 发电机制动转矩
3—— 磁阻转矩
4—— 合成转矩
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三、步进电动机三相反应式步进电动机示意图位置一 位置二 位置三
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第六章 结 束三相反应式步进电动机的典型结构示意图
