同步电机的基本工作原理

（一）同步电机的分类

按运行方式和功率转换方向，同步电机分为发电机、电动机。发电机将机械能转换成电能，电动机将电能转换为机械能。

从结构特点来看，同步发电机分为旋转电枢式和旋转磁极式。

大中容量同步发电机，磁极旋转、电枢静止，称为旋转磁极式。

某些小容量同步发电机，电枢旋转、磁极静止，称为旋转电枢式。

因为电枢电势通过集电环和电刷引出，大电流时容易产生火花和磨损。从制造工艺、绝级性能和工作可靠性等方面比较，容量愈大旋转磁极式的优越性愈多。旋转磁极式同步电机按磁极形状又可分为隐极式和凸极式两种。

同步电机转子形式与转速有关。隐极式同步电机，制造工艺较复杂，但机械强度较高，宜用于高速。汽轮机是一种高速原动机，转速达3000r/min，汽轮发电机多为隐极式的。凸极式同步电机，结构较为简单，但机械强度较低，适用于低速。水轮机一般转速地1000r/min，因而水轮发电机皆为凸极式的。同步电动机和补偿机多为凸极式的。

（二）同步电机的基本结构

同步电机与异步电机一样，其结构基本由两部分构成，一是旋转部分为磁极称为转子，二是静止部分为电枢称为定子。

（1）定子

定子称为电枢，所谓电枢，就是电机中产生感应电动势部分。它主要由定子铁心、三相定子绕组和机座等组成。定子铁心由扇形硅钢片叠成，每隔4~5cm留有通风沟，铁心两端放置压板，然后用双头螺栓从背部夹紧而成为一体，整个铁心固定在机座内定位筋上，且在机座外壳与铁心外圆之间留有通风道。在铁心内圆的槽中安放定子绕组并用槽楔压紧。电枢绕组由绝缘的铜导体绕成，按照电机的不同额定电压，用云母带或棉纱带包扎。槽与绕组之间垫有绝缘。定子端盖上装有电刷架，由石墨制成的电刷装在刷架上的刷握内。电刷与轴上滑环滑动接触，直流电流经过电刷、滑环通入励磁绕组。

（2）转子

转子是由转轴、转子支架、轮环（即磁轭）、磁极和励磁绕组等组成。磁极由厚为1~5mm的钢板冲片叠成，在磁极两个端面上装有磁极压板，用铆钉铆装为一体。励磁绕组套装在磁极上，它多用扁铜线绕成，每匝绕组之间垫有石棉纸板绝缘。绕组经浸胶与热压处理，成为坚固整体。绕组与磁极之间绝缘。各励磁绕组串联后接到滑环上。环与环，环与轴之间，相互绝缘。

凸极式同步电机在磁极上还装有阻尼绕组，它同感应电动机的笼型结构相似，整个阻尼绕组由插入磁极阻尼槽中的裸铜条和端面的铜环焊接而成，如图4-52所示，阻尼绕组可改善同步发电机的运行性能，对同步电动机来说，它主要作起动绕组用。

磁极固定在轮环上，磁极下部做成T尾，以便与轮环的T尾槽装配。中小型电机也可用螺栓固定。大型电机轮环由厚2~2.5mm钢板冲成扇形片叠成，中小型电机磁轭常用整块钢板冲片叠成或用铸钢制成。转子由转子支架支撑，转子支架应有足够的强度。

（3）发电机的主要参数

发电机的铭牌上都给出了主要的额定值。为了保证发电机可靠运行，必须严格遵守这些参数。

额定功率PN——在额定运行（额定电压、电流、频率和功率因数）条件下，发电机能发出的功率。单位为KW，也有用视在功率表示的，此时以KVA为单位。

额定电压UN——在额定运行条件下，电机定子三相线电压值，单位为V或KV。

额定电流IN——额定运行时，流过定子绕组的线电流，单位为A或KA。在此值运行，线圈的温升不会超过允许范围。

功率因数——额定运行情况下，有功功率和视在功率的比值，即：一般电机的。

额定频率f——额定运行情况下输出交流电的频率。我国电网的频率为50Hz。

额定转速nN——额定运行时转子的转速，单位为r/min。

相数m——即发电机的相绕组数。常用的是三相交流同步发电机。

根据上面的定义，对三相交流同步发电机来说，额定电压、额电电流和额定功率之间有下面关系：

此外，铭牌上还有其他运行数据，例如额定负载时的温升（TN）、额定励磁电流（IfN）、额定励磁电压（UfN）等。

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