一、同步發電機的類型

同步發電機按其原動機的不同，可分為汽輪發電機和水輪發電機兩種。在火電廠中，用汽輪機作為發電機的原動機，轉速高（常為 1500~3000r/min）；在水力發電站中，用水輪機作為發電機的原動機，轉速低（通常在 1000r/min 以下）。按發電機轉子結構的不同，同步發電機可分為隐極式和凸極式兩種，如圖 1-1 所示。隐極式轉子呈圓形，轉速高，轉子直徑小，但長度長，汽輪發電機通常為隐極式。凸極式轉子具有突出的磁極，發電機的勵磁繞組繞在磁極上，轉速低，常用于水輪發電機。按發電機與原動機的連接方式不同，同步發電機又有立式和卧式之分，汽輪發電機均為卧式的，水輪發電機兩種型式都有；按冷卻介質及冷卻方式可分為：空氣冷卻、氫氣冷卻、水冷卻和混合冷卻方式等；按照發電機勵磁方式來分，同步發電機可分為他勵方式和自勵方式；按發電機旋轉部分劃分，有旋轉磁場式和旋轉電樞式，以旋轉磁場式發電機居多，其電樞繞組是定子的一部分，又叫定子繞組。

圖1-1

（a）隐極式； （b）凸極式

二、同步發電機的基本結構

同步發電機由定子(固定部分)和轉子(轉動部分)兩部分組成。

1.定子

定子是同步發電機的電樞部分,用以産生三相交流電能。定子由定子鐵芯、定子繞組、機座等組成。定子鐵芯由内圓沖有嵌線槽的矽鋼片疊裝而成,定子繞組用絕緣扁銅線或漆包線繞制而成,并三相對稱地嵌放在定子鐵芯槽内,如圖 1-1、圖 1-2 所示。定子三相繞組通常接成星形,機座是用來固定鐵芯和承受荷重的

2.轉子

由上述,同步發電機的轉子有兩種結構型式,即凸極式和隐極式。

水輪發電機的轉子是凸極式,凸極式轉子由磁極鐵芯、磁轭、勵磁繞組、轉子支架、轉軸等主要部分組成。磁極是用 1~1.5mm 厚的鋼闆沖成磁極沖片後鉚裝成一個整體。在磁極鐵芯上套有勵磁繞組。勵磁繞組是由扁銅線繞成,匝間墊有絕緣,勵磁繞組與磁極本身之間隔有絕緣。各勵磁繞組串聯後接到滑環上。磁轭通常由整塊鋼闆或用鑄鋼做成,它用來固定磁極,是磁路的一部分。

圖1-2

三、同步發電機的工作原理

1.電磁感應定律的應用

圖 1-2 所示的是一台有一對磁極的同步發電機原理圖,同步發電機定子槽中對稱放置着三相繞組(互差 120°電角度),将 X、Y、Z 連在一起,組成星形連接。轉子和定子之間留有很小的空氣隙,當勵磁繞組中通入直流電流後建立了磁場,由于轉子磁極采用了特殊的結構,使磁場的磁感應強度沿空氣隙近似于按正弦規律分布。當轉子由原動機拖動旋轉時,這個按正弦規律的旋轉磁場就依次切割定子三相對稱繞組,而在定子繞組中感應出對稱的三相正弦交變電動勢,其瞬時值為

三相電動勢的波形和相量圖如圖 1-3 所示。

圖 1-3

（a）波形圖； （b）相量圖

當合上發電機出口開關，帶上負載後，發電機即向負載輸出電能。

2、轉子轉速

感應電動勢的頻率 f 決定于發電機的磁極對數 p 和轉子的轉速 n，轉子為一對磁極時，轉子旋轉一周，定子繞組的感應電動勢正好交變一次（即一個周期），當轉子有 p 對磁極時，轉子旋轉一周，感應電動勢就交變 p 個周期，因此為保持一定的頻率，發電機的轉速必須符合下列關系

當定子三相對稱繞組中有三相對稱交流電流通過時,則在空間産生了一個旋轉磁場,這個磁場的轉速也由上式決定。由于同步發電機定子三相繞組是按轉子磁極的對數來布置的,因此三相繞組所産生的旋轉磁場的極對數和轉子磁極對數一樣。即定子旋轉磁場的轉速和轉子轉速相等,稱為同步轉速。同步發電機就是因此而得名的。