同步电机：工作原理和分类

1.同步电机的工作原理

同步电机的定子又称为电枢，一般和异步电机的定子相同，即在定子铁芯内圆均匀分布的槽内嵌放三相对称绕组，如图4-1所示的同步电机构造原理图中只画一相绕组。同步电机的转子绕组主要由磁极铁芯与励磁绕组组成。当励磁绕组通以直流电流后，转子即建立恒定磁场。

图4-1　同步电机的构造原理图

如果同步电机作为发电机运行，当原动机拖动转子旋转时，其磁场切割定子绕组产生交流电动势，该电动势的频率为

式中　p——电机的极对数；

n——转子转速。

如果同步发电机接上负载，将有三相电流流过。这说明同步发电机把机械能转换成了电能。

如果同步电机作为电动机运行，当在定子绕组上施以三相交流电压时，电机内部产生一个定子旋转磁场，其旋转速度为同步转速n1。转子将在定子旋转磁场的带动下，带动负载沿定子磁场的方向以相同的转速旋转，转子的转速为

此时，同步电动机将电能转换为机械能。(www.xing528.com)

综上所述，同步电机无论作为发电机还是作为电动机运行，其转速与频率之间都将保持严格不变的关系。电网频率一定时，电机转速为恒定值，这是同步电机和异步电机的基本差别之一。

我国电力系统规定，交流电的频率为50Hz，如电机为一对极，则它的转速必定是3000r/min。

2.同步电机的分类

同步电机可以按运行方式、结构形式和原动机的类别进行分类。

按运行方式的不同，同步电机分为发电机、电动机和调相机。发电机把机械能转换为电能；电动机把电能转换为机械能；调相机专门用来调节电网的无功功率以改善电网的功率。

按结构形式为，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。前者在某些小容量同步电动机中得到应用，后者应用比较广泛，并成为同步电机的基本结构形式。旋转磁极式同步电机按磁极形状不同，又分凸极式和隐极式两种，如图4-2所示。凸极式气隙不均匀，极弧底下气隙较小，极间部分气隙较大。隐极式气隙是均匀的，转子做成圆柱形。

图4-2　旋转磁极式同步电机

按原动机类别的不同，同步电机可分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。汽轮发电机由于转速很高，转子各部分受到离心力很大，机械强度要求高，故一般采用隐极式；水轮发电机转速低、极数多，故都采用结构和制造上比较简单的凸极式。同步电动机、柴油发电机和调相机，一般也做成凸极式。