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同步電機 二甲31楊智鈞 指導老師：成志樵老師 - Coggle Diagram
同步電機
二甲31楊智鈞
指導老師：成志樵老師
同步發電機之分類與構造
分類
依據發電機型態
單相發電機
小容量機種
三相發電機
互隔120度電機角
基本構造
旋轉電樞式
運用於低壓小容量的小型機種
旋轉磁場式
:star:適用於高壓大容量的機種
無刷式同步發電機
常用於大樓或學校的緊急發電機
依據外力來源
水輪式發電機
佔地比較小，可利用落差減少淹水、受潮的機會
汽輪式發電機
適用於火力與核能發電廠
引擎式發電機
操作簡單、起動快速
風力發電機
也稱「無人電廠」
構造
原動機
提供的機械能越大，則發電機供電容量越大
激磁機
小型直流發電機或小型交流發電機整流後而成
同步發電機
定子部分
轉子
滑環及電刷
阻尼繞組
散熱裝置
同步發電機之特性
電樞反應
1.純
電阻
性負載(cosθ = 1)
2.純
電感
性負載(cosθ = 0 落後)
5.
電容
性負載(cosθ < 1 超前)
3.純
電容
性負載(cosθ = 0 超前)
4.
電感
性負載(cosθ < 1 落後)
同步電抗
電樞反應電抗
電樞漏磁電抗
同步電抗
同步阻抗
同步阻抗 = √（電樞繞組電阻^2+同步電抗^2）
電樞繞組電阻
遠遠小於
同步電抗
電壓調整率（電壓變動率「V.R.%」）
V.R.% = （無載相電壓 — 滿載相電壓）/滿載相電壓 X 100%
特性曲線
開路（無載）特性曲線
短路特性曲線
外部特性曲線
無載
滿載
激磁特性曲線
同步組抗的量測、短路比
量測
激磁電流不變下
同步阻抗 = 開路時相電壓/短路時相電流
百分比
百分比同步阻抗 = （額定電流 X 同步阻抗）/額定電壓 X 100%
短路比
:star:短路比與百分比同步阻抗，
互為倒數
自激磁
沒有外加激磁電流，端電壓卻自行昇高的現象
會造成端電壓高於額定電壓，危害線路安全、絕緣
短路電流
輸出端被短路，時間久後
同步電抗
遠大於
電樞電阻
1.可在中性線與大地間串接電抗
2.使用電抗器抵銷靜電容量
效率、耗損、額定輸出
效率
效率 = 輸出功率 /（輸入功率 + 耗損功率）
耗損
銅損
鐵損
機械損失
雜散損失
額定輸出
輸出功率 = 相數 X (相電壓 X 應電勢) / 同步電抗 X sin(負載角)
同步發電機之原理
頻率、極數及轉速關係
我國電力系統採用60Hz
公式
頻率=（磁極數X每分鐘轉速）/120
同步轉速=（120X頻率）/磁級數
同步發電機
的同步轉速是由
原動機等外力
提供
感應電動機
是由
電樞繞組外加三相電源
後所產生
感應電勢及同步轉速
公式
感應電勢=4.44X頻率X線圈匝數X磁同量
（頻率=（磁極數X每分鐘轉速）/120）
頻率、極數
決定了
同步轉速
，此轉速運轉過程中必須不變
感應電勢的高低，透過磁通量來做調整
電樞、電樞繞組
電樞
旋轉磁場式
旋轉磁場式
電樞繞組安裝於定子
磁場繞組安裝於轉子
旋轉磁場式同步發電機的定子構造，與三相感應電動機的定子構造非常相似
電樞繞組
大多採用雙層繞、短節距、分佈繞組
公式
節距因素=sinX（線圈節距與極數比值/線圈節距之電機角度）
槽距=（P極X180°）/S槽
每相每極線圈數=S槽/（q槽XP槽）
繞組因素=節距因素X分佈因素
磁極、磁場繞組
磁極
凸極式轉子
直徑
大
、轉軸
短
、風阻
大
、磁級數
較多
圓極式轉子
直徑
小
、轉軸
長
、風阻
小
、磁級數
較少
磁場繞組
追逐現象：負載突然變動，因轉子 慣性作用，會有一段忽快忽慢的狀況
阻尼繞組：磁極表面上放置銅棒，兩端由短路環短路
同步發電機之並聯運用
目的與條件
目的
增加功電容量
提高運轉效率
提高功電可靠率
降低備用容量
延長壽命
條件
電壓大小相同
相序相同
頻率相同
相位相同
波形相同
原動機角度必須穩定
適當的速度
方法
相序(順序)判斷
可使用
相序計
直接判斷
頻率與電壓判斷
並聯前
頻率(+-1%)
電壓(+5%)
相位(角度)判斷
同步檢定器(同步儀)
同步燈檢驗法
常用是「
二明一滅法
」
操作步驟
1.起動二號發電機，以額定轉速運轉
2.磁場繞組逐漸降低，直到應電勢略高於系統電壓
3.依據同步燈，進行整步工作
4.兩機同步時，即可進行電源輸送，與之並聯
追逐現象
追逐現象的抑制
使
同步電機
在
轉子磁極面
上裝
阻尼繞組
特性
1.轉子同步運轉時，阻尼繞組、電樞磁場沒有相對運動
2.負載
增加
瞬間，轉子轉速瞬間
下降
3.負載
減少
瞬間，轉子轉速瞬間
上升
負載分配
有效功率分配
增加一部發電機的
輸入功率
，必須減少另一部發電機的
輸入功率
:star:達到
頻率
不變
無效功率分配
增加一部發電機的
激磁電流
，必須減少另一部發電機的
激磁電流
:star:達到
電壓
不變
同步電動機
原理及構造
原理
外側磁鐵開始旋轉後，作為轉子的中央磁鐵受到吸引也會朝著相同方向旋轉
同步電動機無法自行起動，需要外力或其他幫助
構造
與同步發電機構造完全相同
基本架構
定子
轉子
滑環、電刷
特性及等效電路
電路、相量圖
等效電路
相量圖
電樞反應
激磁電流
於
正常激磁時
橫軸反應或交磁作用
激磁電流
低於
正常激磁時
交磁、助磁現象
激磁電流
高於
正常激磁時
交磁、去磁現象
激磁特性
曲線圖
功率、轉矩
輸入功率
輸入功率 = √3 X 線電壓 X 線電流 X cosθ
內生機械功率
內生機械功率 = 反電勢 X 電樞電流 X cos內相角
輸出功率、轉矩
脫調
機械負載超過電動機的最大轉矩時，轉矩反而減少，電動機停下
輸出轉矩 = （60 X 內生機械功率）/ 2π X 同步轉速
追逐現象
改變機械負載、電源電壓、頻率時，
以新的轉矩角為中心，往復振動的現象
起動法
阻尼繞組起動
藉由感應電動機之原理，使轉子自行起動
降低電源頻率起動法
透過變頻器將電源頻率調低，
使定子產生低速的旋轉磁場
以他機帶動起動法
使用感應電動機時，極數要比同步電動機
少2極
運用
運用場所
1.帶動定速的機械負載
2.提高線路功率因數
3.調整線路電壓
4.計時器、唱盤、磁帶驅動器
(1)磁阻式轉子
(2)雙金屬轉子
控制
透過變頻器改變電源頻率，就可控制旋轉速度
