第六章
同步电机的稳态分析
61同步电机的基本结构和运行状态一、同步电机的基本结构按照结构型式，同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。旋转电枢式电枢装设在转子上，主磁极装设在定子上。这种结构在小容量同步电机中得到一定的应用。旋转磁极式主磁极装设在转子上，电枢装设在定子上。对于高压、大容量的同步电机，通常采用旋转磁极式结构。由于励磁部分的容量和电压常较电枢小得多，电刷和集电环的负载就大为减轻，工作条件得以改善。目前，旋转磁极式结构已成为中、大型同步电机的基本结构型式。在旋转磁极式电机中，按照主极的形状，又可分成隐极式和凸极式，如图6l所示。隐极式转子做成圆柱形，气隙为均匀；凸极式转子有明显凸出的磁极，气隙为不均匀。对于高速的同步电机3000r／mi
，从转子机械强度和妥善地固定励磁绕组考虑，采用励磁绕组分布于转子表面槽内的隐极式结构较为可靠。对于低速电机1000r／mi
及以下，转子的离心力
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f较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构较为合理。大型同步发电机通常采用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动，前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机。由于汽轮机是一种高速原动机，所以汽轮发电机一般采用隐极式结构。水轮机则是一种低速原动机，所以水轮发电机一般都是凸极式结构。同步电动机、由内燃机拖动的同步发电机以及同步补偿机，大多做成凸极式，少数两极的高速同步电动机亦有做成隐极式的。隐极同步电机以汽轮发电机为例来说明隐极同步电机的结构。现代的汽轮发电机一般都是两极的，同步转速为3000r／mi
对50Hz的电机。由于转速高，所以汽轮发电机的直径较小，长度较长。汽轮发电机均为卧式结构，图62表示一台汽轮发电机的外形图。汽轮发电机的定子由定子铁心、定子绕组、机座、端盖等部件组成。定子铁心一般用厚05mm的DR360硅钢片叠成，每叠厚度为36cm，叠与叠之间留有宽08～lcm的通风槽，整个铁心用非磁性压板压紧，固定在机座上。
图63汽轮发电机的转子
图62汽轮发电机的外形图
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f大容量汽轮发电机的转子周速可达170180ms。由于周速高，转子受到极大的机械应力，因此转子一般都用整块具有良好导磁性的高强度合金钢锻成。沿转子表面约2／3部分铣有轴向凹槽，用于嵌放励磁绕组；不开槽的部分形成一个“大齿”，嵌线部分和大齿一起构成了主磁极图6la。为把励磁绕组可靠地固定在转子上，转子槽楔采用非磁性的金属槽r