同步发电机

概念定义

同步发电机（synchronous generator）是一种把机械能转换为交流电能的交流发电设备，也是现代发电厂采用的主要交流发电设备形式。其基本特征是转子转速与定子旋转磁场的转速相同，因此称为“同步”。

同步发电机运行时，机械动力带动转子旋转，并以同步关系产生交流电。输出电流的频率由转子转速和磁极对数共同决定。当磁极对数为 p、转子转速为 n 时，频率关系为 f=np/60，其中 f 的单位为赫兹。转速或磁极对数不同，所对应的交流电频率也随公式变化。

发电机接入负载后，负载电流与机端电压之间存在对应关系。同步发电机的外特性通常是指在内电势不变的情况下，负载电流变化时机端电压的变化曲线。这项特性可用于测试发电机的纵轴同步电抗；纵轴同步电抗属于发电机的内阻抗，也是反映其带负载能力的重要指标。

同步发电机按结构可分为旋转电枢式和旋转磁场式，两者的区别在于旋转部分承担的电磁功能不同。同步发电机一般采用直流励磁，以建立运行所需的磁场。

现代同步发电机还可采用可控硅快速励磁和阻尼绕组。在这种配置下，其纵轴同步电抗多采用暂态值，数值远小于稳态值。励磁系统能够调节发电机的外特性，使机端电压与负载电流之间呈现不同变化关系。

正外特性表示机端电压随着负载电流增加而降低；负外特性则表示机端电压随着负载电流增加而提高。通过励磁系统调节，外特性可在正负15%的范围内调整。这种调节直接作用于负载变化时的机端电压表现。

同步发电机广泛用于水力发电、火力发电和核能发电，也可与柴油机配套组成发电设备。在这些应用中，原动机提供机械能，同步发电机负责将其转换为交流电能。不同发电方式所使用的机械动力来源不同，但同步发电机的能量转换功能以及转子与定子旋转磁场保持同步的运行特征相同。