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第四篇 同步电机 第12章 同步电机的基本工作原理和主要结构 12.1 同步电机的基本工作原理: 我们有了前面对异步电动机的结构的认识，再这里我们就直接从同步电机的基本工作原理入手。 如图所示： 感应电势由电势的频率、电势的波形和电势的大小三个基本要素所决定。 12.2 同步电机的主要结构 与感应电机一样，同步电机也是由定子及转子两大部分所组成，定子上有三相交流绕组；转子上则有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。 12.2.1 定子： 同步电机的定子有时也称为电枢，由定子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成。 同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而成。当大型同步电机冲片外圆的直径大于1m时，由于材料标准尺寸的限制，必须做成 扇形冲片，然后按圆周拼合起来叠装而成。 如图所示： 12.2.2 转子： 同步电机的转子有两种结构型式，即凸极式和隐极式。这是根据定转子之间的气隙的分布情况来定义的。 见图： 1）凸极式：有上图可见，转子有明显的突出的磁极，气隙分布不均匀。 2）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。 区别：对于高速旋转 的同步电机，在转子结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。 大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动，故前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机。 汽轮发电机：转速高，采用隐极式。 水论发电机：转速低，采用凸极式。 12.2.3 冷却问题简述 ： 在中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。当电机的容量很大时，电机内部的损耗及发热量迅速增加，冷却问题显得格外重要，此时必须加强通风或采用其他的冷却方式。 1）在大型汽轮发电机中，为了提高其冷却效率，往往用氢气冷却，是氢气与空气混合后，有爆炸危险，必须有一套控制设备来保证外界空气不会渗入到电机内部。 目前在更大容量的发电机中，可以采用导线内部直接冷却。例如采用空心导体（如图），冷却介质直接在导体中流通而把热量带走，这样能更有效地降低电机的温升。所采用的冷却介质一般有氢气 及水等。 12.3 同步电机的额定值 同步电机的额定值有： 1）额定电压：是指在正常运行时，按照制造厂的规定，定子三相绕组上的线电压。电压的单位用V或kV表示。 2）额定电流：流过定子绕组的线电流 。 3）额定功率：是指在正常运行时，电机的输出功率 。 A：对于发电机而言：输出的是电功率。 B：对于电动机而言：输出的是机械功率。 单位是KW。 4. 相数m ：一般m=3。 5. 额定频率:我国额定工业频率规定 =50Hz. 6）额定转速：额定转速即为电机的同步速，在一定极数及频率时，它的转速是定值。 第13章 同步发电机的运行原理 13.1 电 枢 反 应 同步电机在空载时，气隙中仅存在着转子磁势。负载以后，除转子磁势外，定子三相电流也产生电枢磁势。电枢磁势的存在，将使气隙中磁场的大小及位置发生变化，这种现象称之为电枢反应。 电枢反应：电枢磁动势对主极磁场的影响。 电枢反应除使气隙磁场发生畸变，从而直接关联到机电能量转换外，还有去磁或增磁作用，对同步电机的运行性能产生重要的影响。 电枢反应的性质取决与电枢磁动势和主磁场在空间的相对位置。分析表明，这一相对位置与激磁电动势 根据不同的Ψ值，下面我们将分别进行分析。 13.1.1 和 同相位（ψ=0）时的电枢反应： 如图所示： 电枢磁动势 与转子磁势 相加后才是气隙中的合成磁动势。 在这里需要注意的是：我们习惯上称转子磁极轴线为直轴，用d来进行表示，而N，S极之间的中线为交轴，用q来进行表示。所以，由于交轴磁势的存在，使合成磁势的轴线的位置产生一定的位移，幅值发生一定的变化。 13.1.2 滞后 90电角度（ψ=90?°）时的电枢反应 ： 见相量图： 显然，此时的电枢磁势和气隙磁势方向相反，电枢反应是去磁效果。 13.1.3 超前 90电角度（ψ=-90?°）时的电枢反应： 显然，此时的电枢反应是增磁的，所以电枢磁势称之为直轴增磁电枢磁势。 13.1.4 一般情况下（ψ=任意角度时）的电枢反应 ： 在这里要注意是电流滞后电动势还是超前电动势。 1）电流滞后电动势 ：90°＞ψ＞0 此时，可以利用迭加原理，将 分解成两个分量，即 与 同相分量；滞后于 90电角度分量 （图13-4），它们有如下关系： 产生直轴电枢磁势，对主磁极起去磁作用。 与 同相位，起交磁作用。也可以理解为电枢磁势