同步发电机的分类

同步电机和异步电机一样，均为旋转电机。但异步电机转子的转速，总是低于定子旋转磁场的转速，而同步电机转子的转速，恒等于定子旋转磁场的转速，即同步电机转子转速（也称为同步转速）与定子电流的頻率之间，严格保持关系。

同步电机和其他电机一样，工作是可逆的·同步电机主要用作发电机，也可作为电动机运行。目前，电力系统中使用的交流电，都是由同步发电机产生的，因此同步发电机得到广泛应用。同步电动机主要用于大功率、恒转速的生产机械中。

同步发电机的构造原理。通常三相同步发电机的定子是电枢，转子是磁极，当转子励磁绕组通人直流电流后，即建立恒定的磁场。转子转动时，定子导体由于与此磁场有相对运动而感应交流电动势，此电动势频率（(z)

因此，当同步发电机的极对数和转速一定时，则同步发电机发出的交流电动势的频率是一定的。也就是说，同步发电机具有转子转速和交流电频率之间保持严格不变的关系的特点。在恒定频率下，转子转速恒定而与负载大小无关。这是同步电机与异步电机的基本区别之一

在我国的电力系统中，规定工频交流电的额定频率为50Hz，因此，当发电机转子磁极为1对时，则发电机的额定同步转速为3000r/min；磁极为2对时，额定同步转速为1500r/min，依此类推。同步转速还有1000r/min、750r/min、600r/min、500r/min等。为了保持交流电动势频率不变，拖动发电机转子旋转的原动机必须具有调速机构，使发电机在输出不同的有功功率时都能够维持转速不变。

1.同步电机的分类

同步电机的分类方式很多，主要有以下三种。

(1)按能量转换的方式分类：同步电机按能量转换方式不同，可分为同步发电机、同-步电动机和调相机。

1)同步发电机。将其他形式的能量转换为电能的同步电机称为同步发电机。三相交流同步发电机应用广泛，目前世界上各发电厂发出的三相正弦交流电，都是用三相同步发电机产生的。

2）同步电动机。将电能转换为机械能的同步电机，称为同步电动机。同步电动机与三相异步电动机相比，应用不广泛。目前，同步电动机主要应用于大功率、恒转速的生产机械中，如功率达数百乃至数千千瓦的空气压缩机、送风机、球磨机、电动发电机组等。

大功率同步电动机和同功率的异步电动机相比，有如下优点：

1）同步电动机的功率因数可通过改变励磁电流来调节，以改善电网的功率因数。

2）对大功率、低转速的电动机，同步电动机的体积要比异步电动机小一些·

3）同步调相机。不带机械负荷，只向电力系统送出或吸收无功功率的同步电机，称为同步调相机，也称同步补偿机。同步调相机内基本上没有能量的转换，它是专门用来产生或吸收电网无功功率的，用以改善电网的功率因数。因此，同步调相机应用在位于负荷中心的变电所中。

（2）按转子结构的方式分类：同步电机按转子结构不同可分为凸极式和隐极式两类。

凸极式同步电机转子有明显的磁极，所以气隙不均匀，转子铁心粗而短，适用于低速的同步电机，如水轮发电机以及转速为1000r/min以下的同步电动机。

隐极式同步电机转子无明显的磁极，所以气隙均匀，转子铁心细而长，适用于高速的同步电机，如汽轮发电机（转速n=3000r／min）以及转速为1500r/min以上的同步电动机。

（3）按电机相数的方式分类：同步电机按相数的方式分类可分为单相同步电机和三相同步电机。

1）单相同步电机，其功率不大，一般小于10kW。

2）三相同步电机，其功率较大，达到几万千瓦。

2.同步发电机的分类

（1）按结构特点的方式分类：同步发电机可分为旋转电枢式（简称转枢式）发电机和旋转磁极式（简称转磁式）发电机两种。

1）旋转电枢式同步发电机。发电机的电枢是转动的，磁极是固定的，电枢电动势通过集电环和电刷与外电路连接。旋转电枢式发电机结构只适用于小容量的同步发电机，因为采用电刷和集电环引出大电流比较困难'容易产生火花和磨损；发电机定子内腔的空间也限制了发电机的容量；发电机的结构复杂'成本较高；发电机运行速度受到离心力及机械振动的限制。所以目前只有同步无刷发电机发励磁机使用旋转电枢结构。

2）旋转磁极式同步发电机。发电机磁极是旋转的，电枢绕组是固定的，电枢绕组的感应电动势不经过集电环和电刷而直接送往外电路，因此，转磁式发电机的绝缘能力和机械强度好，而且安全可靠。由于励磁电压和励磁容量比电枢电压和发电机容量小得多，所以电刷和集电环的负荷及工作条件大为减轻好改善。这种结构形式广泛应用于大、中容量的同步发电机，并成为同步发电机的基本结构式。

在旋转磁极式同步发电机中，按磁极的形状又可分为凸极式和隐极式两种。凸极式转子，其磁极是突出的，气隙不均匀，极弧顶部气隙较小，两极尖部分气隙较大。励磁绕组采用集中绕组套在磁极上，这种转子构造简单、制造方便，内燃发电机一般都采用凸极式。隐极式转子的气隙是均匀的，转子做成圆柱形。励磁绕组分布在转子的表面的铁心槽中，现代内燃发电机大多采用这种结构型式。

（2）按原动机类别的方式分类：同步发电机可分为汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机等。应用最广泛的发电机是汽轮发电机、水轮发电机以及柴油发电机。

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