同步发电机的原理与感应电动势

转速加倍，频率会

转子是直流励磁造出的恒定 N-S 磁极。它旋转时，定子各相所见磁通正弦变化，感生三相电动势。转子转一圈，电动势振动极对数那么多次。提高速度滑块，看波形如何加快。把速度加倍，频率会怎样？

与感应机相反的结构

感应机是定子造旋转磁场、转子追逐它。同步发电机正相反：转子直接造磁通。给转子绕组(励磁)通直流，立起恒定的 N-S 磁极，用涡轮等原动机转动这块磁体。定子(电枢)三相绕组被这旋转磁通交链而感生电动势。大型机为把大电枢电流从静止定子而非旋转部分取出，采用转动产生磁通的小励磁的旋转磁场式。

频率系于转速

转子转一圈，二极机磁通翻转一次、电动势画出一个周期；P 极机每圈产生 P/2 个周期。故频率 f = PN/120 [Hz，N 为 rpm]。要发 60 Hz，二极须 3600、四极 1800、六极 1200 rpm。发电机转速即电网频率，故保持频率恒定须用调速器精密保持原动机转速。速度与频率不可分地锁定，故称同步机。

电动势的大小与励磁

每相感应电动势为 E = 4.44 f N Φ kw。f 是频率，N 是每相串联匝数，Φ 是每极磁通，kw 是绕组系数。绕组系数是小于 1 的数，用以修正：因线圈分布于多个槽(分布)、线圈宽小于极距(短距)，电动势略小于算术和。磁通 Φ 由励磁的直流励磁电流决定，故增大励磁则磁通增大、电动势增大。若速度定频率，则励磁定电压大小。

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速度加倍则频率加倍。直流励磁的转子每转一圈，定子磁通翻转极对数那么多次、产生同样多个电动势周期，故频率以 f = PN/120 与转速一一锁定。所以保持电网频率等同于保持发电机转速。另一方面，电动势大小为 E = 4.44 f N Φ kw：在速度所定频率之上，励磁电流通过磁通 Φ 另行决定电压大小。感应机以转差放走速度之处，同步机把速度与频率绑为一体。

至此是无负载发电机。电枢中流过负载电流时，其磁通与励磁磁通合成，感应机里见过的电枢反应在同步机也出现。但同步机中该效应随功率因数对磁通增减，并归并为一个同步电抗处理。下一单元看电枢反应与同步电抗如何改变负载时的端电压(MC-D2)。