每相感应电势的有效值为(15.2)◆ 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。
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：(15.3) ◆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。
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。
© 西安交通大学电机教研室 版权所有，侵权必究 2000.12®水轮发电机水轮发电机的特点是：极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。
大多数水轮发电机为立式。
水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。
为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。
转子磁极由厚度为1～2mm 的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。
有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用来拟制短路电流和减弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。
磁极与磁极轭部采用 T 形或鸽尾形连接，如图15.4所示。
隐极式转子隐极式转子上没有凸出的磁极，如图15.2b 所示。
沿着转子本体圆周表面上，开有许多槽，这些槽中嵌放着励磁绕组。
在转子表面约1/3部分没有开槽，构成所谓大齿，是磁极的中心区。
励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也会出现 N 极和 S 极。
在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高，最大可达170米/秒。
为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。
考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。
电机供给。
如图15.5所示。
建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。
副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。
(见图15.6）3 旋转整流器励磁 静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。
因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统，如图15.7所示。
主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。
交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供额定值同步电机的额定值有：☆额定容量(VA,kVA,MVA 等) 或额定功率PN (W,kW,MW 等) ：指电机输出功率的保证值。
发电机通过额定容量值可以确定电枢电流，通过额定功率可以确定配套原动机的容量。
电动机的额定容量一般用kW 数表示，补偿机则用kVAR表示。
☆额定电压(V,kV 等) ：指额定运行时定子输出端的线电压。
国产同步电机型号我国生产的汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，Q表示氢外冷，N表示氢内冷，S表示双水内冷。
我国生产的大型水轮发电机为TS系列，T表示同步，S表示水轮。
举例来说：QFS-300-2 表示容量为300MW双水内冷2极汽轮发电机。
TSS1264/160-48表示双水内冷水轮发电机，定子外径为1264厘米，铁心长为160厘米，极数为48。
此外同步电动机系列有TD、TDL等，TD表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途。
如TDG表示高速同步电动机；TDL表示立式同步电动机。
同步补偿机为TT系列。
☆额定电流(A) ：指额定运行时定子的线电流。
☆额定功率因数：额定运行时电机的功率因数。
☆额定频率：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频率规定为50Hz。
☆额定转速：额定运行时电机的转速，即同步转速。
除上述额定值外，同步电机名牌上还常列出一些其它的运行数据，例如额定负载时的温升、励磁容量和励磁电压等。
同步电机篇：第二章同步发电机对称运行分析空载气隙磁场◆对于凸极发电机来说，由于定转子间的气隙沿整个电枢圆周分布不均匀，极面下气隙较小，而极间气隙较大，极面下的磁阻较小，而极间磁阻很大，而且在同一个极面下，在一个极的范围内气隙径向磁通密度的分布近似于平顶的帽形。
极靴以外的气隙磁通密度减少很快，相邻两极中线上的磁通密度为零。
气隙磁密可以用付立叶谐波分析的方法分解出空间基波和一系列谐波。
图16.1a 中画出了基波波形 。
通常将极靴的极弧半径做成小于定子的内圆半径，而且两圆弧的圆心不重合(称为偏心气隙)，从而形成极弧中心处的气隙最小，沿极弧中心线两侧方向气隙逐渐增大，这样可以使得气隙磁通密度的分布较接近正弦波形。
◆隐极电机的励磁绕组嵌埋于转子槽内，沿转子圆周气隙可视为是均匀的。
励磁磁势在空间的分布为一个阶梯形，受齿槽的影响,气隙磁密呈现出波动变化。
用谐波分析法可求出其基波分量，如图16.1 (b)所示。
合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密的分布接近正弦波。
在本书以后的分析中，如无特殊说明，仅考虑磁通密度的基波分量。
◆感应电势的波形和大小与气隙磁密的分布形状及幅值大小紧密相关，在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以获得尽可能接近正弦分布的气隙磁密，从而得到品质较高的感应电势。
在本课程以后的分析中，我们仅考虑感应电势的基波分量。
空载特性◆当空载运行时,励磁电势随励磁电流变化的关系 称为同步发电机的空载特性。
励磁电势的大小 (有效值) 与转子每极磁通成正比，而励磁电流的大小又和作用于同步电机磁路上的励磁磁势 正比例变化，所以空载特性与电机磁路的磁化曲线具有类似的变化规律。
如图16.2 所示。
◆由图可见，当励磁电流较小时，由于磁通较小，电机磁路没有饱和，空载特性呈直线（将其延长后的射线称为气隙线）。
随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，磁化曲线开始进入饱和段。
为了合理地利用材料，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处，如图中的c 点。
◆空载特性可以通过计算或试验得到。
试验测定的方法与直流发电机类似。
同步电机的空载特性也常用标么值表示，空载电势以额定电压为基值，取 时的励磁电流 (称为额定励磁电流)为励磁电流的基值。
用标么值表示的空载特性具有典型性，不论电机容量的大小，电压的高低，其空载特性彼此非常接近。
◆空载特性在同步发电机理论中有着重要作用：① 将设计好的电机的空载特性与表16-1中的数据相比较，如果两者接近，说明电机设计合理，反之，则说明该电机的磁路过于饱和或者材料没有充分利用。
②空载特性结合短路特性(在后面介绍 )可以求取同步电机的参数。
③发电厂通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。
同步电机篇：第二章 同步发电机对称运行分析★空载时，同步电机中只有一个以同步转速旋转的励磁磁势★由此可见，负载以后同步电机内部将会产生又一个旋转磁势 --电枢旋转磁势。
因此，同步发电机接上三相对称负载以后，电机中除了随轴同转的转子磁势 (外，又多了一个电枢旋转磁势(态，可以用矢量加法将其合成为一个合成磁势气隙磁场可以看成是由合成磁势在电机的气隙中建电枢反应的情况决定于空间相量和之间的夹角，而这一夹角又和时间相量相绕组中感应电势相电流和同相位，则▲由异步电机篇的介绍可知，电枢磁势)的轴线在此瞬间将和一般情况下，电角度时，(空间相量)的轴线位置也滞后或超前于A 相电角度。
即和在时间上的相位差等于的以上结论虽然是在一个特殊的瞬间(磁极轴线和得出的，由于和同速同步旋转，故在负载一定的情况下，和的空间相位差等于▲为了分析方便，人们常将时间相量,,,U量,,线位置，称为交轴，用性质决定，和重合。
此时和此时与之间的夹角此时与之间的夹角为当三相对称电枢电流流过电枢绕组时，将产生旋转的电枢磁势，将在电机内部产生跨过气隙的电枢反应磁通和不通过气隙的漏磁通，和将分别在电和漏磁电势。
与电枢电流的大小成正比电势为：（电枢反应电抗的大小和电枢反应磁通所经过磁路的磁阻成反比，磁阻与电枢磁势轴线的位置有关。
对于凸极电机而言，当和重合时，经过直轴所示。
此时由于直轴磁路中的气隙较短，磁阻较小，所以电枢反应电抗就较大。
当和正交时，即和磁极的轴线垂直时，所示。
此时由于交轴磁路中的气隙较长，磁阻较大，所以电枢反应电抗就较小。
一般情况下，和之间的夹角由负载的，的流通路径介于直轴磁路和交轴磁路之间，电枢反应电由于和之间的夹角受制于内功率和交轴分量，产生直，与同相或反相，起增磁或者去磁作用；产生交轴电枢磁势，与正交，起，不同负载时，和之间的夹角不同，对应的也就不同，这给分析问题带来了诸多不便。
为了解决这一问题，人们采用了正交分解法和叠加原理，将看成是其直轴分量和交轴分量的叠加，并认为单独激励直轴电枢反应磁通轴电枢反应电抗 ,并在定子每相绕组中产生直轴电枢反应电势励交轴电枢反应磁通电枢反应电抗，并在电枢每相绕组中产生交轴电枢反应电势。
电枢绕组总的电枢反应电势可以写为(16-4)=-j(电枢电流引起的总的感应电势为(16-5)=+=Xaq+后，可以认为隐极电机直轴磁路和交轴磁路的磁阻相等，直轴和交轴电枢反应电抗相等，即== ，结合=+，并代入式(16-5)可得(16-6)机的端电压，用方程式表示为(16-8)◇对于隐极电机来说，+=-j，其方程式可表示为j(16-9)① 在水平方向作出相量角找出的方向并作出相量；③ 在的尾端，加上相量j，它超前于j。
◇对于凸极电机来说，需要首先将分解为和，然后才能根据方程式位，与正交，只要找出的方位，就可以方便地将分解为和。
◇方程式(16-8)两边同时加上-j(-)，即：上式左边的相量j可以很16.7b，凸极电机的相量图可按下述步骤作出。
① 在水平方位作出相量，错开角作出j，它超前于的方位即为d③ 将在正交分解为和；用。