同步发电机
1.空载运行
既然是发电机，一定是有东西把电机拖动起来，可以是柴油机，汽轮机，水轮机，超人也可以，称为原动机。
既然是同步，一定是先确定了一个速度是同步转速。
既然是空载，电枢绕组是开路，或者电枢电流为零，这并不是一句废话。
空载运行，也要加了励磁电流。我们以直流励磁为例。加直流电流时，也是有个瞬态过程的，不是一下电流就到了所要求的电流。直流电源，获得稳定的直流电流，一定要有个电阻。瞬态时间很短。想一想单位阶跃一阶RL电路。还能想起来时间常数是啥不？
通了稳定的直流后，相当于有了个磁铁，是个电磁铁，这个电磁铁的强弱，肯定跟电流大小有关系。我们最喜欢线性关系，线性，看似简单的两个字，透彻理解也不容易呢。线性，不是关系是一条直线。f（x+y）＝f（x）+f（y），f（ax）＝af（x），所谓可加性和齐次性。
到这里不得不提一下线性代数。理解线性代数，可以让你在电机学上省不少力。之所以不让你把线性理解为直线关系，是因为线性是一种映射关系，一种对应关系。微分、积分是线性的。线性时不变系统可以用传递函数处理，用零点极点分析系统性能，也跟线性有关系。
可哪有那么完美的线性关系呢？现实世界根本不存在。你付出多少就能线性的得到多少回报吗？即便是线性，系数可能小于一呢。乐观点，有可能是好的非线性，开始系数小于一，后来大于一而且一越来越大。
电磁铁磁场强度B跟励磁电流不是线性关系，开始可能零点都不过，然后增量基本是线性（不要看到直线就认为线性，所以用增量关系，所谓线性化），继而进入一段弧线，最后又进入稍微平直的直线。有铁心时丁点电流就有比较大的磁场，是因为电流摇人了，铁心里有人儿，可摇个差不多的时候，同样的电流增量，磁场增量就变小了，所谓饱和(saturation)了。到最后跟没有铁心没啥区别，增量没啥区别。
上图为同步电机的空载特性，这张图包含太多信息。遇图读懂每一个细节，学习之路会越走越顺。
①放大了看，一般不会过零点。因为铁心一般都有剩磁。自励磁发电机要用剩磁。
②气隙线是不考虑饱和的理想线，与空载特性下部曲线相切。
③励磁绕组产生的磁通，并不是全部与电枢绕组耦合，有漏磁。也就是说有磁力线没有穿过气隙到达定子铁心再回来。
④I是电流，f是field，u是unsaturation，不饱和，s是saturation，饱和，V是Voltage，电压，端电压，a是armature，电枢，E是electromotive force，电动势,occ是open-circuit characteristic，开路特性。
⑤端电压跟电动势不是一回事。空载时，端电压等于电动势。
⑥端电压跟相电压也不是一回事。对于对称电机，一般选相电压进行分析。
⑦设计电机时，为了充分利用铁心，一般把额定点选在曲线那里，把曲线想象成一条腿，像膝盖那里，称膝点。
⑧认为励磁磁场是正弦分布的。事实上肯定不是正弦分布的，即便把磁极的尺寸精心设计，也不是正弦分布的。好吧，这条从图上看不出来。
空载运行分析，也是分析的稳态。也就是励磁电流稳定了，转速稳定了。
电枢绕组在定子上是对称分布的。
励磁磁场扫过电枢绕组时，三相绕组内就会产生电动势，既然是空载，就给它起个名字，叫激磁电动势，激磁电动势有这样的特点：
①频率与转子转速n有关系，与转子的极对数p有关系，f＝np/60。
②三相依次滞后120电角度。
要注意，我们说超前或者滞后多少度时，不是先有后有的关系，是同时有，因为它们是正弦量，大家长相是一样的，只是相对位置有差异。说落后与超前，一定要有个标准，标准选谁都可以，选了就不要乱换了。
物理意义上的转子转一圈，和电意义上的一个轮回是不一样的。假设转子上绑了个孙猴，转子在转，你趴在定子上在看，而且只能看到眼前一点，第一次见猴到第二次见猴，你认为过了一周，如果猴子用72变，均匀分布在转子上，你明显感觉见猴的频率增加了。
③与绕组的匝数有关系，与绕组的连接方式也有关系。著名的4.44公式来了：E0＝4.44fN1kw1φ0。要习惯Blv到每磁磁通的切换。
2.对称负载运行
为啥是对称负载？
因为要由简入难。
对称负载并没有说负载是什么样的负载，是电阻性的？电容性的？电感性的？不管是什么性的，电枢绕组内得流过对称的三相电流。
线电流、相电流，线电压、相电压，也会有不少人被绕晕。
我们以相来分析。
2.1相电流与激磁相电动势同相
这里就要出现一个角：内功率因数数角ψ0。激磁电动势E0和负载电流I的相角差。注意，参考标准是E0。相角差为零，即为同相。
上图也包含了太多的信息：
①dq轴。这玩意儿是一个规则，既然是规则，那就有不同的定法。定了后就不能随意变，就要遵守这套规则。无论怎么定，对物理实质没有影响。
d轴取转子磁极轴线，N极方向为正，称直轴。与d轴电角度上垂直的轴线为q轴，正方向落后d轴，称交轴。交轴直轴，有点像专业黑话了。
②励磁磁动势Ff是旋转的。不要看到一个箭头就认为一处有磁动势。时刻记得是用相量表示的。箭头处是最大值处，空间是正弦分布的。注意图中极对数是1。一圈一个轮回。
③Fa电枢磁动势也是旋转的，是三相电流共同作用下的电动势。因为电流与激磁电动势同相，所以电枢磁动势落后励磁磁动势90度。因为激磁电动势落后励磁磁动势90度。
④电枢磁动势和励磁磁动势都是正弦量，这是把它们分开说，空间里是它们的共同作用结果。记住，两个同频率的正弦量，加起来还是一个一样频率的正弦量，只是幅值和相位有变化了。
⑤合成磁动势产生的B，是同步旋转的，它扫过电枢绕组，会产生电动势，这个电动势等价于励磁磁动势在电枢绕组上产生的电动势，也即激磁电动势和电枢磁动势扫过电枢绕组产生的电枢电动势之和。
⑥我们还没有讲到电流与激磁电动势相位不同，所以还没见到所谓的去磁增磁。但我们要注意到激磁磁动势与电枢磁动势之间90度角的关系。
⑦激磁磁动势和电枢磁动势有角度后，就会产生电磁转矩。空间两个正弦量的关系，一定与它们各自的幅值和角度有关系，当然跟它们的合成量也就有了关系。意识到这一点，会对后面的不同样式的转矩公式不反感不抵触。
2.2相电流与激磁相电动势不同相
内功率因数角不为零，即不同相，可超前，可滞后。
①我们假定激磁磁动势不变。
②电流超前，直轴分量助磁。
③电流滞后，直轴分量去磁。
④端电压是合成磁动势的作用，在不同负载下，为了保证端电压固定，也即保证合成磁动势大小不变。功率因数会不同。
