同步電機——電動機、發電機和補償器
同步電機是交流電機，其中轉子和定子電流的磁場同步旋轉。
三相同步發電機是功率最大的電機。水力發電廠同步發電機的單位功率為 640 MW，火力發電廠為 8 - 1200 MW。在同步電機中，一個繞組連接到交流電源，另一個繞組由直流激勵。交流電繞組稱為電樞繞組。
電樞繞組將同步電機的所有電磁能轉化為電能，反之亦然。因此，它通常被放置在定子上，稱為電樞。勵磁線圈消耗轉換功率的0.3-2%，因此通常位於旋轉的轉子上，稱為電感器，低勵磁功率由滑環或非接觸式勵磁裝置提供。
電樞磁場以同步速度 n1 = 60f1 / p, rpm 旋轉，其中 p = 1,2,3 … 64 等。是極對數。
工業電網頻率f1=50Hz，不同極數下的同步轉速數：3000、1500、1000等）。由於電感器的磁場相對於轉子是靜止的，為了電感器和電樞的磁場連續相互作用，轉子必須以相同的同步速度旋轉。
同步電機的構造
具有三相繞組的同步電機的定子在結構上沒有區別 異步機定子，帶有勵磁線圈的轉子有凸極和隱極兩種。在高速和極數少的情況下，使用隱極轉子，因為它們具有更耐用的結構，在低速和大量極數的情況下，使用模塊化結構的凸極轉子。這種轉子的強度較小，但製造和維修更容易。視極轉子：
它們用於具有大量磁極和相應低 n 的同步電機。水力發電廠（水力發電機）。頻率 n 從每分鐘 60 到幾百轉。最強大的水輪發電機的轉子直徑為 12 m，長度為 2.5 m，p — 42 和 n = 143 rpm。
間接轉子：
轉子通道中的繞組 — 直徑 d = 1.2 — 1.3 m，轉子的有效長度不超過 6.5 m. TPP、NPP（渦輪發電機）。 S = 500,000 kVA 在一台機器中 n = 3000 或 1500 rpm（1 或 2 個極對）。
除勵磁線圈外，轉子上還裝有阻尼器或阻尼線圈，用於同步電動機的啟動。該線圈類似於鼠籠式短路線圈，只是截面小得多，因為轉子的主要體積由勵磁線圈佔據。在異極轉子中，阻尼繞組的作用由轉子的實心齒表面和通道中的導電楔塊發揮。
同步電機勵磁繞組中的直流電可以由安裝在電機軸上並稱為勵磁機的專用直流發電機提供，也可以通過半導體整流器從市電提供。 
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同步電機的用途和配置
同步電機可以作為發電機或電動機工作。如果向定子繞組提供三相電源電流，則同步電機可以作為電動機運行。在這種情況下，由於定子和轉子磁場的相互作用，定子磁場帶動轉子。在這種情況下，轉子以與定子磁場相同的方向和相同的速度旋轉。
同步電機的發電機運行方式最為普遍，幾乎所有的電能都由同步發電機產生，功率在600千瓦以上，最大功率為1千瓦的採用同步電動機作為微電機。電壓高達 1000 V 的同步發電機用於自主供電系統的單元中。
帶有這些發電機的裝置可以是固定的和移動的。大多數裝置使用柴油發動機，但它們可以由燃氣輪機、電動機和汽油發動機提供動力。
同步電動機與同步發電機的區別僅在於啟動阻尼線圈，它應確保電動機具有良好的啟動特性。
六極同步發電機方案。顯示了一相繞組的橫截面（三個串聯連接的繞組）。其他兩相的繞組裝入圖中所示的空閒槽中。相位以星形或三角形連接。
發電機模式：電動機（渦輪機）轉動轉子，其線圈提供恆定電壓？有電流產生永久磁場。磁場隨轉子旋轉，穿過定子繞組並感應出相同幅度和頻率但相差 1200 的 EMF（對稱三相繫統）。
電機方式：定子繞組接三相網絡，轉子繞組接直流電源。由於電機的旋轉磁場與勵磁線圈的直流電流相互作用，產生轉矩Mvr，驅動轉子以磁場的速度旋轉。
同步電機的機械特性 — 相關性 n (M) — 是水平截面。
教育膠片——1966年教材廠製作的《同步電動機》。
您可以在這裡觀看：幻燈片《同步電機》
同步電機的應用大量使用負載嚴重不足的異步電機使電力系統和電站的運行複雜化：系統中的功率因數降低，導致所有設備和線路的額外損耗，以及它們在電力系統中的使用不足有功功率方面。因此，有必要使用同步電機，特別是對於具有強大驅動器的機構。
同步電機與異步電機相比有一個很大的優勢，那就是，由於採用直流勵磁，它們可以在 cosphi = 1 的情況下工作，並且不會消耗網絡的無功功率，並且在運行過程中，當過勵時，它們甚至會將無功功率提供給網絡。結果，網絡的功率因數得到改善，電壓降和損耗減少，發電廠中運行的發電機的功率因數也隨之降低。
同步電機的最大轉矩與 U 成正比，異步電機的最大轉矩與 U2 成正比。
因此，當電壓下降時，同步電動機保持較高的負載能力。此外，使用增加同步電機勵磁電流的可能性可以提高它們在網絡中出現緊急電壓下降時的可靠性，並在這些情況下改善整個電力系統的運行條件。由於氣隙尺寸較大，同步電機在鋼材和轉子籠中的附加損耗比異步電機小，因此同步電機的效率通常較高。
另一方面，同步電動機的構造比鼠籠式感應電動機複雜，此外，同步電動機必須有勵磁機或其他裝置來提供直流線圈。因此，同步電機在大多數情況下比異步鼠籠式電機更昂貴。
在同步電動機的運行過程中，啟動它們會遇到相當大的困難。這些困難都已經克服了。
同步電機的啟動和調速也比較困難。然而，同步電機的優勢是如此之大，以至於在高功率下，建議在不需要頻繁啟動和停止以及不需要速度控制的地方使用它們（電動發電機、強力泵、風扇、壓縮機、磨機、破碎機等）。 ).
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同步補償器
同步補償器設計用於補償網絡的功率因數，並在用電負荷集中的地區維持網絡的正常電壓水平。同步補償器向電網提供無功功率時，其過勵磁運行方式是正常的。
在這方面，安裝在用戶變電站的補償器以及具有相同目的的電容器組也稱為無功發電機。然而，在用戶負載減少的時期（例如，在夜間），通常需要使用同步補償器和欠勵磁模式，當它們從網絡消耗感應電流和無功功率時，因為在這些情況下，網絡電壓趨於增加，並保持在正常水平，有必要用感應電流加載網絡，這會導致額外的電壓降。
為此，每個同步補償器都配備了一個自動勵磁或電壓調節器，它調節勵磁電流的大小，使補償器端子處的電壓保持恆定。