第九章同步电机一.同步电机的基本结构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。3.同步电机的物理模型同步电机的物理模型如图所示，定子三相绕组分别有N1匝线圈，由线圈电流产生的磁场可以用等效的磁极来表示，如图中在空间上相隔120°的A、B、C三相磁轴。同样，对于转子Nf匝线圈产生的磁场也可以用等效的旋转磁极来表示。二.同步电动机的工作原理三、同步电机的运行方式图中（a），N1、S1、N2、S2分别表示同步电机的定子合成磁场磁极和转子磁极，两对磁极间存在着磁拉力，从而形成电磁转矩。当原动机拖动同步电机转子作发电机运行时，原动机的拖动转矩克服电机电磁转矩的制动作用，转子不断地旋转。因原动机向同步电机输入机械功率，原动机拖动转子，磁力线斜着通过气隙，转子磁极用磁拉力拖动定子合成磁场磁极一起同步旋转，发电机将机械功率转换成电功率输出。由于转子磁极是拖动者，定子合成磁场的磁极是被拖动者，两者磁极的轴线存在一定的夹角，如果减小原动机对发电机输入的机械功率，发电机所产生的电磁功率以及输出的电功率也相应地减小。形象地说，因原动机拖动转矩的减小，使磁拉力和均减小，所以又称为功率角。2理想空载运行模式当发电机所产生的电磁功率为零时，必然=0，此时两磁极的轴线相重合，磁力线垂直通过气隙，两磁极间无切向的磁拉力、电磁转矩均为零，同步电机从发电机运行过渡到电动机运行的临界状态，如图b所示。该状态表示同步电机工作在理想空载运行模式。3电动机运行模式若将原动机从同步电机上脱开，由于电机本身受轴承摩擦及风阻等阻力转矩的作用，将迫使转子磁极轴线落后于定子轴线一个微小的角，如图c所示。这个角相对于发电机的运行情况是负值，这意味着同步电机开始从电网吸收电功率，并从电机的轴上输出机械功率，用于摩擦风阻等损耗上。磁力线又从另一个方向斜着通过气隙，又出现切向磁拉力而形成电磁转矩。显然，此时的电磁转矩的方向与转子旋转方向一致，是一个拖动转矩。若电机转子与负载相连，就能拖动机械负载而继续旋转。由于负载的增大，功率角必然增大，切向磁拉力和电磁转矩相应地增大，同步电机就处于同步电动机负载运行状态。这时电机的定子合成磁场的磁极是拖动者，转子磁极是被拖动者。两者仍同步旋转，而进行电功率向机械功率的转换。第二节同步电动机的电压方程和相量图由定子电流(电枢电流)产生的电枢磁动势的表达式为二、同步电动机的电压方程一般情况下，当同步电动机容量较大时，可忽略电阻Rs，于是三、同步电动机相量图图中与之间的夹角为，称为定子功率因数角；与之间的夹角为功率角；而与之间的夹角为ψ。第三节同步电动机的功率方程和功角特性二、同步电动机的电磁功率与功角特性考虑以上这些关系，得励磁电磁功率与励磁电流If的大小有关，曲线2三、同步电动机的电磁转矩与矩角特性凸极式同步电机电磁转矩为四、同步电动机的稳定运行如果与异步电动机一样，将最大电磁转矩Tm与额定电磁转矩TN之比，称为过载倍数，用λ表示。这里第四节同步电动机的功率因数及U形曲线当负载转矩不变时，由于同步电动机的转速恒定不变，所以同步电动机的输出功率不变。在忽略电机中的各种损耗的情况下，同步电动机的输入功率与输出功率相等。于是有<If<，所以<E0<二、同步电动机的U形曲线