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假如当气隙均匀时，它产生的磁通密度分布也按正弦分布，当磁场旋转时，定子绕组中所匝链的磁通也就间按正弦规律变化，从而绕组感应电势也间按正弦规律变化，可以分别用空间矢量和时间相量表示，又因为二者有相同的角速度，所以可以画在同一坐标平面上，如果把相绕组轴线作为空间矢量参考轴，则会给分析同步电机的电磁关系带来方便。机空载磁势基波图假如绕组正处于面中心，感应E0为max值，交链磁通中0为零，所以E0应与时间轴t同相，0越前E0为90。时间相量有E0，空间失量有磁势Ff1、磁密Bf1、磁通0，它们与转子的轴线方向一致，称直轴或d轴，两之间的中线称为交轴或q轴。时间相量与空间失量之间的相角是无物理意义的。有负载时电枢反应磁势图空载时U=E0有负载时，便产生电枢磁势，对空间磁场的影响称电枢反应。电枢磁势与转子磁势的相对位置取决于负载电流的性质，假定I、E0同相位，=0；假定E0越前I；假定E0滞后I，0；称Arg=为内功率因数角。=0I、E0同相cos=1sin=0不发出无功功率，只发有功功率=90cos=0sin=1不发出有功功率，只发无功功率=180I、E0仅相cos=-1sin=0从电网吸收有功，电动机运行=-90cos=0sin=-1向电网送容性无功由于角可以是任意角，可以把电枢磁势分解为直轴和交轴两个分量分析,同步发电机常见的运行工况为0，电枢仅应磁场落后于转子磁场。
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电动机是一种将电能转变为机械能的电气设备，是常见的用电设备。电动机通常分为交流电动机和直流电动机两大类。交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机结构简单、运行、维护方便、效率较高，故得到广泛应用。但因调速性能较差，功率因数较低，还不能在生产中取代直流电动机和同步电动机。交流异步电动机分为单相异步电动机和三相异步电动机。单相异步电动机多用于家用电器及自动装置中；三相异步电动机则广泛应用于工农业生产中。三相异步电动机又有鼠笼式和绕线式两种型式。
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发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁，既能提供有功功率，也能提供无功功率，可满足各种负载的需要。
隐式转子铁芯为圆柱形，表面开槽，槽内嵌入励磁绕组，与定子铁芯之间的气隙比较均匀。凸式转子的励磁绕组集中绕在两磁之间的铁芯柱上，与定子铁芯之间的气息不均匀。同步电动机的基本原理三相交流电源加在定子绕组上，通入三相对称交变电流，产生旋转速度为n0的旋转磁场；转子励磁绕组通入直流电流，产生性恒定的静止磁场。转子以某种方法启动后，转速n接近n0时，若转子磁场的磁对数与定子磁场的磁对数相等，根据磁异性相吸原理，定、转子磁场磁之间就会趋于对齐，同步电动机实际运行时，由于阻力的存在，转子的磁轴线总是要滞后旋转磁场轴线一个角度θ，便产生一个异性磁场拉力，即电磁转矩，促使转子跟随旋转磁场一起同步运动，即n=n0。这就是同步电动机的基本原理。
当零序电流流过定子绕组时，由各相零序电流所产生的三个脉动磁势，其幅值相等，时间上同相，而三者在空间各相隔120电角度，因此三相零序基波全成磁势恰相至抵消，不形成气隙互磁通，只存在一些漏磁场，数值一般很小。零电流所遇到的电抗为带有漏抗性质的零序电抗，用代表，较更小。由于现代电力系统的规模很大，在正常运行时负载电流的严重不对称是不常见的。具有实际意义的不对称运行情况为故障状态，如单相接地短路、二相短路和二相接地短路等。同步发电机的功率特性及静态稳定限角凸同步发电机输电系统向量图是当忽略发电机定子绕组的电阻及联系电抗中的电阻成分，在不饱和情况下，凸同步发电机输电系统的相量。