一、同步电机分类：
旋转电枢式：电枢旋转，主极固定，因电枢 功率不易由滑动部分送出，只适于较小容量 发电机，实用少。
同步电机
旋转磁极式：磁极旋转，电枢固定，电枢 功率由静止部分送出，可传送较大功率， 实用广，是同步发电机的基本结构型式。
《电机学》 第六章 同步电机
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旋转磁极式
隐极式转子：不计齿槽时气隙均匀；机械强度 高，适用于高转速；一般用于汽轮发电机；外 形细长。
扇形冲片
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(2)转子
采用隐极式转子，外形常做成一个细长的圆柱体。 •转子铁心：铬镍钼合金钢锻制而成，与转轴锻为一个整体。 •励磁绕组：励磁绕组为同心式绕组，以特制扁铜线绕制，并 用不导磁的槽楔将绕组紧固在槽内。 •护环、中心环和滑环：护环为一金属圆筒，共两只，用于保 护励磁绕组的两个端部，采用高强度非导磁合金钢制成。中 心环用于支撑护环，阻止励磁绕组的轴向移动。滑环实现励 磁绕组与励磁电源的连接，一方经引线接励磁绕组，另一方 经电刷接励磁电源。
n 60 f p
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f与n之间这种固定关系，是同步电机的一个特征。 若定子三相电枢绕组与三相负载相连，则三相定子绕
组中流通三相电流，产生三相合成旋转电枢磁势，基 波转速n1
60 f n1 p n
即，电枢磁势与转子同转速、同转向——同步。 即，电枢磁势与转子磁势二者同步、相对静止。
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6.1.3 同步电机的冷却方式
大容量的电机发热问题严重，为了使温升不超过允许限 度，就要采用有效的冷却方法。对冷却方法的要求是能 够输送足够的冷却介质到各个发热的部位去，使电机各 部分温度比较均匀，而且不超过允许温升，同时所用的 冷却系统应尽可能结构简单，并且耗能小。
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同步发电机的工作原理：
同步电机的构造图，在定子铁芯上开槽槽内放置导线， 转子上装有磁极及励磁绕组。当励磁绕组通以直流电 流时，电机内就会产生磁场，如果转动转子使磁场与 定子导线之间有相对运动，就会在定子导线中感应出 交流电势。加把这些导线按一定规律联成三相的电枢 绕组，即可以从该绕组中引出三相交流电势。
~
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这个交流电势的频率f决定于电机的极对数p和转子每 分钟的转数n(r/min)。由于每一转对应p对磁极，转 子每秒钟转数为n／60，因此每秒钟有pn/60个对磁极 切割定子导线，使它的感应电势交变pn/60个周期， 换句话说，该电势的频率为： f pn 60
当电机的极对数和转速一定时、它发出交流电势的频 率也是一定的。 我国电力系统规定，交流电的频率为50Hz，例：电机 为一对极，它的转速必定是3000r/min。
6.1 同步电机的基本结构和运行状态 6.2 空载和负载时同步发电机的磁场 6.3 隐极同步发电机的电压方程、相量图和等效电路 6.4 凸极同步发电机的电压方程和相量图 6.5 同步发电机的功率方程和转矩方程 6.6 同步电抗的测定 6.7 定子漏抗和电枢等效磁动势的测定 6.8 同步发电机的运行特性 6.9 同步发电机与电网的并联运行
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同步电机的额定值
额定功率因数 cos N 是指同步电机在额定运行时的功率 因数。
额定效率 N 是指额定运行时的效率。
发电机 PN SN cosN 3UN IN cosN
电动机 PN P1NN 3UN IN cosNN
(P1N --额定输入功率）
额定转速 nN 和额定频率 f N 是指同步电机运行时的转速
磁系统。
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二、 直流励磁机励磁
直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励、他励 或永磁励磁方式。采用他励接法时，励磁机的励磁电 流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。
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三、 静止整流器励磁： 同一轴上有三台交流发电机，即主发 电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开 始时由外部直流电源提供，待电压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。
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3、汽轮发电机
主要结构部件有：定子、转子、端盖和轴承。 (1)定子
定子大体上与异步电机相同，定子铁心由0.35mm,0.5mm 或其它厚度的硅钢片叠成。
定子外径较小时，采用圆形冲片，当定子外径大于1m 时，采用扇形冲片。定子铁心固定在机座上，机座常由 钢板焊接而成，它必须有足够的强度和刚度，同时还必 须满足通风和散热的需要。汽轮发电机的电压较高，要 求定子绕组有足够的绝缘强度，一般采用 B 级或 F 级绝 缘。
2、水轮发电机的特点：极数多，直径大，轴向长度短。
立式
卧式
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灯泡贯流式水轮机是贯流式水轮机的主要类型之一。1919年初，美
国工程师哈尔扎(Harza)首先提出其设计理念。经过瑞士爱舍维斯公 司(Escher Wyss)公司近20年的研究，于1936年研制成功，并开始生
➢ 同步电机的特点与用途 ➢ 同步电机的结构形式 ➢ 同步电机的励磁方式 ➢ 同步电机的冷却方式 ➢ 同步电机的额定值
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同步电机也是一种常用的交流电机。 与感应电机相比较，特点是，稳态运行时，转子的转
速n与极对数p和频率f之间具有固定不变的关系：
n 60 f p
同步转速 从原理上看，同步电机既可用作为发电机，也可用作
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同步电机做电动机：
三相定子绕组与电源接通，产生三相合成基波磁势，
转速为同步速：
n1
60 f p
同时转子直流励磁产生恒定主极磁场；
两个磁场间有相互电磁力作用，使得电枢磁场拖着主 极磁场同步转动，转子转速n=n1。
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§6.1 概述 6.1.1 同步电机的结构型式
同步发电机
同步电动机
同步调相机
额定 容量
额定 功率
发电机出线端的额 定视在功率（VA）
发电机输出的额定 转轴上输出的有 发电机出线端输出 有功功率（电功率） 效机械功率（W） 的无功功率（Var） （W）
额定电压UN 是指同步电机在额定运行时其定子三相的 线电压
额定电流 I N 是指同步电机在额定运行时流过其定子绕 组的线电流
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2.同步电机的运行状态
同步电机的三种运行状态 a)发电机(δ>0)b)补偿机(δ=0)c)电动机(δ<0)
6.1.2 同步电机的励磁方式
一、励磁方式分类
获得励磁电流的方法称为励磁方式。
目前采用的励磁方式分为两大类：
1.用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统； 2.用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励
（r/min）和定子绕组中电流与电压的工作频率（Hz）。
额定励磁电压 U fN 和额定励磁电流 I fN 是指同步电机额
定运行时加到励磁绕组上的直流电压和电流。
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同步电机的额定值
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同步电机的额定值
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小结
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小结
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(3)端盖和轴承
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图6-3典型汽轮发电机转子结构散件示意图
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定子
汽轮发电机组
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三、凸极同步电机
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1、支撑：卧式、立式支撑。大多数同步电动机、调相机 和内燃机或冲击式水轮机拖动的发电机采用卧式结构。低 速、大型水轮发电机采用立式结构。
1
电能输出
超热高压蒸汽
3 000 r/min
燃
升压变
烧
压器
室
发电机
汽轮机
燃 料
锅炉的 炉膛
循环水
电能的产生
热电厂
1 煤传送带 2 加煤机 3 粉碎机 4 锅炉 5 煤渣 6 空气预热器 7 静电除尘 8 烟囱 9 汽轮机 10 冷凝器 11变压器 12 冷却塔 13 发电机 14 输电线
6.1 同步电机的工作原理及结构特点
凸极式转子：气隙不均匀，极弧下较小，极间 较大；机械强度比隐极机低，适用于低转速； 一般用于水轮发电机，外形扁盘形。
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二、隐极同步电机 （只有卧式支撑）
1、隐极式转子结构： 隐极式转子上没有凸出的磁极。沿着转 子本体圆周表面上，开有许多槽，槽中嵌放励磁绕组。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。
转子铁心：由厚度为1～3mm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，其作用是用来抑制短路电流和减 弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。
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10000kw水轮机转子
与传统直流系统的区别：变直流励磁机为交流主磁机，解决了 换向器火花问题。
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四、 旋转整流器励磁： 静止整流器的直流输出必须经电刷和 集电环输送到旋转的励磁绕组，对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。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给。由于这种励磁系统 取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。