同步电机的用途和配置

同步电机 - 一种交流电机，其中转子在定子绕组中的电流频率恒定时的速度保持恒定，并且不依赖于电机轴上的负载大小。

同步机 它们主要用于将原动机的机械能转化为电能，即作为交流电能的发电机。然而，同步电机也用于电动机、无功功率补偿器和其他装置的模式。

在工业装置中，三相同步电机的应用最为广泛。单相同步电动机用于压缩机、强力风扇的电力驱动，各种自动化装置中的小功率电动机等。

同步机装置

三相同步电机由一个静止的定子和一个在其中旋转的隐极或凸极转子组成，它们之间有一个气隙，其径向尺寸由电机的额定功率、转速和小到几十毫米。

这种电机的定子实际上与感应电机的定子在设计上没有区别，它具有三相绕组，其相的开头指定为 C1、C2、C3，末端指定为 C4、C5、 C6 并连接到具有相似名称的端子，这使您可以将定子绕组的相位连接成三角形或星形。

三相同步发电机的定子绕组各相主要采用星形连接，因为这使得三相四线网络的线电压和相电压相差√3倍（图1） ).

米。 1.三相同步发电机定子绕组接线端子星形连接时三相四相网络连接方案。

同步电机的转子是直流电磁系统，其绕组的极数与三相定子绕组的极数相同。磁力线通过气隙和定子的供电线闭合在转子的北极和南极之间（图 2，a，b）。

转子绕组或励磁绕组由整流器或小型直流发电机供电——一种输出为同步电机额定输出 0.5% 至 10% 的励磁机。激振器可以与同步电机位于同一轴上，由柔性传动装置从其轴驱动，或由单独的电机驱动。

同步电机的隐极转子是由碳钢或合金钢制成的实心或复合圆柱体，其表面沿轴向方向铣有凹槽。这些槽包含一个由绝缘铜线或铝线制成的线圈。该绕组的 I1 的始端和 I2 的末端连接到两个滑环，该滑环安装在位于电机轴上并随转子旋转的绝缘套筒上。

固定电刷压在环上，电线从环上引到标有 I1 和 I2 的夹子，用于连接到恒定电源。大的、无槽的转子圆柱齿形成转子磁极。

隐极转子通常有两个或四个交替极性的磁极，它用于高速同步电机，特别是涡轮发电机 - 直接连接到设计用于每分钟 3000 或 1500 转速度的蒸汽轮机的三相同步发电机交流频率 50 赫兹...

米。 2、带转子的三相同步电机装置：a——隐极，b——凸极，1——机座，2——定子磁路，3——定子线，4——气隙，5——转子极， 6——极尖，7——直上转子，8——励磁线圈绕组，9——短路，10——滑环，11——电刷，12——轴。

具有四极或更多极的同步电机的开极转子具有实心或带衬里的钢板轭，其上附有类似结构的钢柱，具有矩形横截面，末端为尖峰（图 2，b） ).相互连接的线圈位于磁极中，形成励磁线圈。

这种转子用于低速同步电机，可以是水轮发电机和柴油发电机——分别是直接连接到水轮机或内燃机的三相同步发电机，设计转速为1500、1000、750和在 50 赫兹的交流电频率下降低转速。

许多同步电机的转子上，除了励磁绕组外，还有一个短路的铜或黄铜阻尼绕组，在非光滑极转子中与感应电机转子上的类似绕组差别不大，并且在凸极转子它以不完整的短路线圈的形式执行，其条仅嵌入凹槽中并且在极间空间中不存在。该绕组有助于抑制同步电机非静止模式下的转子振荡，还提供同步电机的异步启动。

额定功率高达 5 kW 的同步电机有时采用定子励磁绕组和三相转子绕组的反向设计。

三相同步发电机的效率

三相同步电机在发电机模式下的运行伴随着能量损失，但在本质上类似于异步电机中的损失。对此，三相同步发电机的效率用效率系数（efficiency）的值来表征，其在对称负载条件下由以下公式确定：

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

其中 U 和 I — 工作网络电压和电流，cosφ — 接收器的功率因数，ΔP — 对应于同步电机给定负载的总损耗。

同步发电机的效率（效率）值取决于负载的大小和接收器的功率因数（图 3）。

米。 3. 三相同步发电机效率对负载和接收器功率因数的依赖关系图。

效率的最大值对应于接近标称负载的负载，对于中功率机器为 0.88-0.92，对于大功率发电机则达到 0.96-0.99 的值。尽管大型同步电机效率高，但由于产生的热量大，因此需要用氢气、蒸馏水或变压器油冷却绕组，这样有助于更好地散热，也可以让您创造出更紧凑、更紧凑的产品。高效的三相同步电机。