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第六章 同步电机 显然，转子的转速与气隙磁场的旋转速度相等，所以称之为同步电机。 用途：主要作为发电机；作为电动机一般用在恒速的低速大功率机械中；亦可作同步补偿机，专门用来吸收和输送无功功率。 6.1 概述 一. 基本结构 按旋转方式分：旋转电枢式（很少且用在小容量中）；另一种为旋转磁极式，此种广泛应用，因为励磁部分的容量和电压较电枢要小得多，把主磁极装设在转子上，电刷和集电环的负载大为减轻，工作条件得以改善。在此结构中按磁极外形又可分为隐极式和凸极式。其示意图见书中图示。 1. 隐极同步电机 仍由定、转子两部分构成，用于汽轮发电机，转速高。 定子：由铁心、绕组、机座、端盖等部件组成，如书中图示。 转子：由铁心、励磁绕组、护环、中心环和滑环等，如书中图示。 外形细长，均为卧式结构，这是因为单机容量愈大经济性能愈好，所以要加大长度以获得较大的电动势，这样就还需要有良好的通风和冷却系统。 2. 凸极同步电机 分卧式和立式两类。低速、大型水轮发电机采用立式，其余采用卧式。如书中图示。 二. 励磁方式 同步电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电流，建立励磁磁场。将供给励磁电流的整个装置称为励磁系统。 励磁系统分为两大类：一类是采用直流发电机供给励磁电流；另一类则通过整流装置将交流电变为直流电流，此种交流整流励磁系统又分静止式和旋转式。 三. 冷却方式 随着单机容量的不断提高，大型同步电机的发热非常严重，冷却尤显重要，冷却方式主要有如下几种。 1. 空气冷却 适用于容量为50MW以下的汽轮发电机，为确保运行安全，要求整个空气系统是封闭的。 2. 氢气冷却 一般作成内冷式，效果明显优于空气冷却，应注意防漏、防爆。 3. 水冷却 效果又优于氢气，以定子绕组内冷为多，但有泄漏和积垢的问题。 “水氢氢”的混合冷却方式更为经济，应用也较多。 4. 超导发电机 四. 额定值 UN IN COSφN ηN SN=1.732UNIN PN 发电机为额定输出有功电功率 PN= SNCOSφN 电动机为轴上输出的额定机械功率 PN= SNCOSφNηN fN ; nN ; IfN ; UfN 6.2 同步电机的运行原理 一. 同步发电机的空载运行 空载： I=0 ，If≠0 , n=nN 1、电磁关系 If Ff=NfIf Bf Φf Φ0 E0 Φfσ 二. 同步电机的电枢反应 负载运行时，电枢绕组中有电流流过，便会产生电枢基波旋转磁势，其转速应与转子转速恒相等，此磁势对主极基波磁势的影响称为电枢反应。若用 Fa 表示则气隙合成磁势为： F δ =Ff1+Fa B δ Eδ 电枢反应的概念 励磁磁势和电枢磁势的区别 准备工作 当ψ角为不同值的电枢反应 当忽略电机本身参数, ψ≈φ=00, ,有功电流产生电磁力, 并形成电磁转矩Tem 当忽略电机本身参数, ψ≈φ=900, ,无功电流产生电磁力, 不形成电磁转矩 1. I与E0同相时ψ=0 图见295面图（a),可见电枢磁动势只有交轴分量，且合成磁势大于励磁磁势（或主极磁势），表明交轴分量起交磁和助磁作用。 2. I与E0不同相时 见294面图（b) ψ=00：纯交磁； ψ=900：直轴去磁； ψ=00~900：直轴去磁兼交磁； ψ00：直轴增磁兼交磁。 3. 隐极同步电机的电枢反应特点 其结构特点是气隙均匀，故同一电枢磁势作用在圆周气隙上的任何位置所产生的气隙磁场和每极磁通量都是相同的，没必要象凸极转子一样分解成交、直两个分量，可以整体考虑电枢反应的影响，具体过程如下： 当磁路不饱和时，采用叠加原理求解，即： Φδ= Φ0+ Φa ; E δ=E0+Ea 磁路饱和时，磁场不再满足线性叠加条件，但由安培环路定律可知磁势是可以叠加的，所以要先求合成气隙磁势F δ=Ff1+Fa ,再由F δ求出Φ