同步电机

概念定义

同步电机（synchronous machine）是一类交流电机，可作为同步发电机、同步电动机或同步补偿机运行。其核心特征是稳态运行时，转子转速与交流电源或电网频率保持固定关系，因此称为“同步”。同步电机与感应电机（异步电机）同属常用交流电机，但两者的转速关系不同。

同步电机的同步转速可表示为：ns=60f/p。其中，f为电网频率，p为电机极对数，ns为同步转速。当电网频率与电机极对数确定后，同步转速也随之确定。在电网频率不变的条件下，同步电机稳态运行时的转速保持恒定，不随负载大小而改变。

电励磁同步电机通过向转子励磁绕组通入直流电流，在电机内部建立转子磁场。转子磁场与交流供电形成的电磁作用共同驱动转子，使转子按照与供电频率对应的同步转速旋转。作为发电机运行时，同步电机完成机械能向电能的转换；作为电动机运行时，则完成电能向机械能的转换。

同步电机同时涉及静止部件与旋转部件、电磁变化与机械运动，其动态过程较为复杂。同步电机接入电力系统后，其动态性能也会影响电力系统的动态运行状态。

按照磁场建立方式，同步电机可分为电励磁同步电机和永磁同步电机。电励磁结构以转子励磁绕组和直流励磁电流建立转子磁场；永磁同步电机则属于另一类同步电机结构。绕组是电机实现电磁能量转换的重要组成部分，波绕组可用于小型直流电机及同步电机等场合。

按照运行功能，同步电机可分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机。三种运行方式采用相同的同步运行概念，但承担的能量转换或电力系统功能不同。

同步发电机是现代发电厂交流发电设备的主要形式，用于将机械能转换为交流电能。同步电动机用于需要把交流电能转换为机械运动的场合，其稳态转速由供电频率和极对数决定。同步补偿机则作为同步电机的一种运行方式应用于电力系统。不同功率、结构和运行用途的同步电机可采用不同励磁方式与绕组形式。