同步电机——电动机、发电机和补偿器
同步电机是交流电机，其中转子和定子电流的磁场同步旋转。
三相同步发电机是功率最大的电机。水力发电厂同步发电机的单位功率为 640 MW，火力发电厂为 8 - 1200 MW。在同步电机中，一个绕组连接到交流电源，另一个绕组由直流激励。交流电绕组称为电枢绕组。
电枢绕组将同步电机的所有电磁能转化为电能，反之亦然。因此，它通常被放置在定子上，称为电枢。励磁线圈消耗转换功率的0.3-2%，因此通常位于旋转的转子上，称为电感器，低励磁功率由滑环或非接触式励磁装置提供。
电枢磁场以同步速度 n1 = 60f1 / p, rpm 旋转，其中 p = 1,2,3 … 64 等。是极对数。
工业电网频率f1=50Hz，不同极数下的同步转速数：3000、1500、1000等）。由于电感器的磁场相对于转子是静止的，为了电感器和电枢的磁场连续相互作用，转子必须以相同的同步速度旋转。
同步电机的构造
具有三相绕组的同步电机的定子在结构上没有区别 异步机定子，带有励磁线圈的转子有凸极和隐极两种。在高速和极数少的情况下，使用隐极转子，因为它们具有更耐用的结构，在低速和大量极数的情况下，使用模块化结构的凸极转子。这种转子的强度较小，但制造和维修更容易。视极转子：
它们用于具有大量磁极和相应低 n 的同步电机。水力发电厂（水力发电机）。频率 n 从每分钟 60 到几百转。最强大的水轮发电机的转子直径为 12 m，长度为 2.5 m，p — 42 和 n = 143 rpm。
间接转子：
转子通道中的绕组 — 直径 d = 1.2 — 1.3 m，转子的有效长度不超过 6.5 m. TPP、NPP（涡轮发电机）。 S = 500,000 kVA 在一台机器中 n = 3000 或 1500 rpm（1 或 2 个极对）。
除励磁线圈外，转子上还装有阻尼器或阻尼线圈，用于同步电动机的启动。该线圈类似于鼠笼式短路线圈，只是截面小得多，因为转子的主要体积由励磁线圈占据。在异极转子中，阻尼绕组的作用由转子的实心齿表面和通道中的导电楔块发挥。
同步电机励磁绕组中的直流电可以由安装在电机轴上并称为励磁机的专用直流发电机提供，也可以通过半导体整流器从市电提供。 
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同步电机的用途和配置
同步电机可以作为发电机或电动机工作。如果向定子绕组提供三相电源电流，则同步电机可以作为电动机运行。在这种情况下，由于定子和转子磁场的相互作用，定子磁场带动转子。在这种情况下，转子以与定子磁场相同的方向和相同的速度旋转。
同步电机的发电机运行方式最为普遍，几乎所有的电能都由同步发电机产生，功率在600千瓦以上，最大功率为1千瓦的采用同步电动机作为微电机。电压高达 1000 V 的同步发电机用于自主供电系统的单元中。
带有这些发电机的装置可以是固定的和移动的。大多数装置使用柴油发动机，但它们可以由燃气轮机、电动机和汽油发动机提供动力。
同步电动机与同步发电机的区别仅在于启动阻尼线圈，它应确保电动机具有良好的启动特性。
六极同步发电机方案。显示了一相绕组的横截面（三个串联连接的绕组）。其他两相的绕组装入图中所示的空闲槽中。相位以星形或三角形连接。
发电机模式：电动机（涡轮机）转动转子，其线圈提供恒定电压？有电流产生永久磁场。磁场随转子旋转，穿过定子绕组并感应出相同幅度和频率但相差 1200 的 EMF（对称三相系统）。
电机方式：定子绕组接三相网络，转子绕组接直流电源。由于电机的旋转磁场与励磁线圈的直流电流相互作用，产生转矩Mvr，驱动转子以磁场的速度旋转。
同步电机的机械特性 — 相关性 n (M) — 是水平截面。
教育胶片——1966年教材厂制作的《同步电动机》。
您可以在这里观看：幻灯片《同步电机》
同步电机的应用大量使用负载严重不足的异步电机使电力系统和电站的运行复杂化：系统中的功率因数降低，导致所有设备和线路的额外损耗，以及它们在电力系统中的使用不足有功功率方面。因此，有必要使用同步电机，特别是对于具有强大驱动器的机构。
同步电机与异步电机相比有一个很大的优势，那就是，由于直流励磁，它们可以在 cosphi = 1 的情况下工作，并且不会消耗网络的无功功率，并且在运行过程中，当过励时，它们甚至会将无功功率提供给网络。结果，网络的功率因数得到改善，电压降和损耗减少，发电厂中运行的发电机的功率因数也随之降低。
同步电机的最大转矩与 U 成正比，异步电机的最大转矩与 U2 成正比。
因此，当电压下降时，同步电动机保持较高的负载能力。此外，利用增加同步电动机励磁电流的可能性，可以提高它们在网络中出现紧急电压下降时的可靠性，并在这些情况下改善整个电力系统的运行条件。由于气隙尺寸较大，同步电机在钢材和转子笼中的附加损耗比异步电机小，因此同步电机的效率通常更高。
另一方面，同步电动机的构造比鼠笼式感应电动机复杂，此外，同步电动机必须有励磁机或其他装置来提供直流线圈。因此，同步电机在大多数情况下比异步鼠笼式电机更昂贵。
在同步电动机的运行过程中，启动它们会遇到相当大的困难。这些困难都已经克服了。
同步电机的启动和调速也比较困难。然而，同步电动机的优势是如此之大，以至于在高功率下，建议在不需要频繁启动和停止以及不需要速度控制的地方使用它们（电动发电机、强力泵、风扇、压缩机、磨机、破碎机等）。 ).
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同步补偿器
同步补偿器设计用于补偿网络的功率因数，并在用电负荷集中的地区维持网络的正常电压水平。同步补偿器向电网提供无功功率时的过励磁运行模式是正常的。
在这方面，安装在用户变电站的补偿器以及具有相同目的的电容器组也称为无功发电机。然而，在用户负载减少的时期（例如，在夜间），通常需要使用同步补偿器和欠励磁模式，当它们从网络消耗感应电流和无功功率时，因为在这些情况下，网络电压趋于增加，并保持在正常水平，有必要用感应电流加载网络，这会导致额外的电压降。
为此，每个同步补偿器都配备了一个自动励磁或电压调节器，它调节励磁电流的大小，使补偿器端子处的电压保持恒定。