电励磁同步电机的结构及特点

同步电机有多种结构型式，它们的运行原理基本相同，最常用的型式是在定子上放置电枢绕组，在转子上安装磁极，磁极上套有励磁绕组。定子部分一般由定子铁芯和电枢绕组等组成，转子部分一般由转子铁芯、励磁绕组、集电环和转轴等组成，有时在转子上还有阻尼绕组。

同步发电机通常按转子结构分为隐极式和凸极式两大类，图8-12是隐极式与凸极式同步电机示意图。

另外，电力系统一般为三相系统，所以直接接入电网的同步电机的电枢绕组都是三相绕组。后面分析时不作特别说明都是指三相电枢绕组。

8.2.1.1　隐极同步发电机

隐极同步发电机的最主要特点是转子没有明显突出的磁极，适用于高速旋转场合。

1.转子

从外形来看，隐极式转子没有明显凸出的磁极。但是在励磁绕组中通入直流电流，转子的周围也会出现类似于永磁体N极和S极的磁场。

根据电机设计的原理，旋转电机的容量大约与转子直径的平方和电机的轴向长度的乘积成正比。由于电机转速较高，转子直径增大到一定程度后产生的巨大离心力会造成机械上的破坏等，所以其直径的增大存在一定的限制，一般容量增大到一定程度后，转子的直径就不再增加。若要容量继续增大，只能增加转子的长度。因此，大容量的隐极同步发电机的转子为一个细长的圆柱体。

图8-12　同步电机结构示意图

转子铁芯除了要固定励磁绕组外，还要求导磁性能好，因此一般由高机械强度和导磁性较好的合金钢锻造而成，并且和转轴做成一个整体。(www.xing528.com)

转子铁芯上开槽，在槽内放置励磁绕组。沿着转子外圆，有一部分表面上开的槽较多，那里的齿较窄，叫小齿。在另外的一部分没有开槽，形成了大齿。大齿的中心线实际上就是磁极的中心。

励磁绕组获得励磁电流的方式称为励磁方式。目前采用的励磁方式有直流励磁机励磁、静止整流器励磁和旋转整流器励磁等。前两种方式励磁绕组必须通过装在转子上的集电环与定子上的电刷装置才能和外面直流电源构成回路。

2.定子

定子由导磁的铁芯和导电的绕组以及固定铁芯和绕组的一些部件组成，这些部件有机座、铁芯压板和绕组支架等。

为了减少定子铁芯里的铁耗，定子铁芯由薄的硅钢片叠装而成。当定子铁芯外径大于1m时，用扇形的硅钢片拼成一个整圆。在叠装时，把每层的接缝错开，以减少铁芯的涡流损耗。

定子铁芯内圆开有槽，槽内放置定子绕组。定子槽形一般都做成开口槽，便于嵌线。放在定子槽里的导体是靠槽楔来压紧固定，其端部用支架固定。

机座的作用是固定定子铁芯，因此，要求它应有足够的机械强度和刚度，以承受加工、运输以及运行过程中的各种作用力。汽轮发电机的机座一般是由钢板拼焊而成。

8.2.1.2　凸极同步发电机

凸极同步电机最明显的特征是转子有明显的磁极，极数一般较多，直径大，适用于转速较低的场合。凸极同步电机通常分为卧式（横式）和立式两种结构。风力发电机中的同步发电机通常采用卧式（横式）结构。

卧式同步电机的定子结构与感应电机基本相同，定子也由机座、铁芯和定子绕组等部件组成；转子则由主磁极、磁轭、励磁绕组、集电环和转轴等部件组成。

除励磁绕组外，同步电机的转子上还常装有阻尼绕组。阻尼绕组与笼型感应电机转子的笼型绕组结构相似，它由插入主极极靴槽中的铜条和两端的端环焊成一个闭合绕组。在同步发电机中，阻尼绕组起抑制转子转速振荡的作用；在同步电动机和补偿机中，主要作为启动绕组用。