－同步電機(jī)的基本類(lèi)型和基本結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1同步電機(jī)的基本類(lèi)型同步電機(jī)的基本類(lèi)型(lixng)和基本結(jié)構(gòu)和基本結(jié)構(gòu)第一頁(yè)，共22頁(yè)。通常三相同步電機(jī)的定子是電樞，在定子鐵心上開(kāi)有槽，槽內(nèi)安置三相繞組（圖中只畫(huà)出了一相），轉(zhuǎn)子上裝有磁極和勵(lì)磁(l c)繞組。當(dāng)勵(lì)磁(l c)繞組通以直流電流后，轉(zhuǎn)子即建立恒定磁場(chǎng)。式中 p電機(jī)的極對(duì)數(shù)； n轉(zhuǎn)速，單位為r/min； f頻率，單位為Hz。，當(dāng)用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)施轉(zhuǎn)時(shí)，定子導(dǎo)體由于與此磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而感生交流電動(dòng)勢(shì)， 電動(dòng)勢(shì)的頻率電動(dòng)勢(shì)的頻率:60pnf 電機(jī)的極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)速一定，電機(jī)發(fā)出的交流電動(dòng)動(dòng)勢(shì)的頻率一定電機(jī)的極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)速一定，電機(jī)發(fā)出的交流電動(dòng)動(dòng)勢(shì)的頻率一定極同步電機(jī)的構(gòu)造原理圖第1頁(yè)

2、/共22頁(yè)第二頁(yè)，共22頁(yè)。 則需要在定子繞組上施以三相交流電壓，電機(jī)內(nèi)部便產(chǎn)生(chnshng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 這時(shí)轉(zhuǎn)子繞組加上直流勵(lì)磁，則轉(zhuǎn)子將在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的帶動(dòng)下，沿定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)60 fp1旋 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 速 n160fnnp轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：同步電機(jī)的特點(diǎn)同步電機(jī)的特點(diǎn): :1)1)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n n與電網(wǎng)頻率與電網(wǎng)頻率f f之間具有固定不變的關(guān)系，轉(zhuǎn)速之間具有固定不變的關(guān)系，轉(zhuǎn)速n n稱(chēng)為稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速。同步轉(zhuǎn)速。2)2)若電網(wǎng)的頻率不變，則同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常值而與負(fù)載若電網(wǎng)的頻率不變，則同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常值而與負(fù)載(fzi)(fzi)的大小無(wú)關(guān)。的大小無(wú)關(guān)。

3、 第2頁(yè)/共22頁(yè)第三頁(yè)，共22頁(yè)。同步電機(jī)可以(ky)按運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類(lèi)。同步電機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)相機(jī)專(zhuān)門(mén)用來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)的無(wú)功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，在調(diào)相機(jī)內(nèi)基本上不轉(zhuǎn)換有功功率。同步電機(jī)小容量同步電機(jī)中得到某些應(yīng)用旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)磁極式應(yīng)用比較廣泛，并成為同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式第3頁(yè)/共22頁(yè)第四頁(yè)，共22頁(yè)。按照磁極的形狀按照磁極的形狀(xngzhun)又可分為隱極式和凸極式又可分為隱極式和凸極式氣隙特性氣隙特性轉(zhuǎn)子形轉(zhuǎn)子形狀狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特性特性采用條件采用條件實(shí)例實(shí)例凸極式不均勻，極弧底下氣隙較小，極間部氣隙較大結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)單n11500r/min（

4、2p4）水輪發(fā)電機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)及由內(nèi)燃機(jī)拖動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)隱極式均勻圓柱形轉(zhuǎn)速較高汽輪機(jī)隱極式旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)凸極式1定子 2凸極轉(zhuǎn)子 3隱極轉(zhuǎn)子 4集電環(huán)第4頁(yè)/共22頁(yè)第五頁(yè)，共22頁(yè)。機(jī)械端口機(jī)械端口轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子繞組定子繞組定子鐵心定子鐵心電端口電端口ABC第5頁(yè)/共22頁(yè)第六頁(yè)，共22頁(yè)。第6頁(yè)/共22頁(yè)第七頁(yè)，共22頁(yè)。 定子鐵心第7頁(yè)/共22頁(yè)第八頁(yè)，共22頁(yè)。(1)立式(l sh)水輪發(fā)電機(jī)(2)臥式水輪(shu ln)發(fā)電機(jī)第8頁(yè)/共22頁(yè)第九頁(yè)，共22頁(yè)。10000kW10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子水輪機(jī)轉(zhuǎn)子第9頁(yè)/共22頁(yè)第十頁(yè)，共22頁(yè)。第10頁(yè)/共22頁(yè)第十一頁(yè)，共2

5、2頁(yè)。本節(jié)以常見(jiàn)的旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)為例，說(shuō)明同步電機(jī)的基本本節(jié)以常見(jiàn)的旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)為例，說(shuō)明同步電機(jī)的基本(jbn)(jbn)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)隱極同步電機(jī)都采用臥式結(jié)構(gòu)，有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分定子：定子：由定子鐵心、定子繞組、機(jī)座、端蓋、擋風(fēng)裝置等部件組成。定子鐵心：定子鐵心：由厚0.5mm的硅鋼片疊成，整個(gè)鐵心則固定于機(jī)座上。定子鐵心的內(nèi)圓槽內(nèi)安放定子繞組。第11頁(yè)/共22頁(yè)第十二頁(yè)，共22頁(yè)。轉(zhuǎn)子(zhun z)由轉(zhuǎn)子(zhun z)鐵心、勵(lì)磁繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)及風(fēng)扇等部件組成轉(zhuǎn)子鐵心的材料：既要求有良好的導(dǎo)磁性能，又需要有很高的機(jī)械轉(zhuǎn)子鐵心的材料：既要求有良好的導(dǎo)磁性能，又需要有很高

6、的機(jī)械(jxi)強(qiáng)度一般都采用整塊的高機(jī)械強(qiáng)度一般都采用整塊的高機(jī)械(jxi)強(qiáng)度和良好導(dǎo)磁性能的合強(qiáng)度和良好導(dǎo)磁性能的合金鋼鍛成，與轉(zhuǎn)軸鍛成一個(gè)整體金鋼鍛成，與轉(zhuǎn)軸鍛成一個(gè)整體沿轉(zhuǎn)子鐵心表面銑有槽以安放勵(lì)磁繞組（見(jiàn)右圖）。由圖可見(jiàn)在一個(gè)極距內(nèi)約有1/3部分沒(méi)有開(kāi)槽，叫大齒大齒。大齒的中心實(shí)際上就是磁極中心磁極中心。勵(lì)磁繞組：勵(lì)磁繞組：是由扁銅線(xiàn)繞成的同心式線(xiàn)圈。由于隱極電機(jī)轉(zhuǎn)束速很高，因此勵(lì)磁繞組在槽內(nèi)需用不導(dǎo)磁高強(qiáng)度的硬鋁槽楔壓緊。端部套上用高強(qiáng)度非磁性鋼鍛成的護(hù)環(huán)。隱極機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，所以轉(zhuǎn)子的直徑較小而長(zhǎng)度較長(zhǎng)。隱極發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心第12頁(yè)/共22頁(yè)第十三頁(yè)，共22頁(yè)。凸極同步電機(jī)臥式結(jié)構(gòu)

7、立式結(jié)構(gòu)除立式結(jié)構(gòu)外的絕大多數(shù)的凸極同步電機(jī)低速、大容量的水輪發(fā)電機(jī)和大型水泵用的同步電動(dòng)機(jī)推力軸承裝在轉(zhuǎn)子(zhun z)上邊的上機(jī)架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子(zhun z)是以一種懸吊狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)推力軸承(zhuchng)裝在轉(zhuǎn)子下邊的機(jī)架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子是以一種被托架著的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)懸式傘式懸式傘式1推力軸承 2導(dǎo)軸承第13頁(yè)/共22頁(yè)第十四頁(yè)，共22頁(yè)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械穩(wěn)定性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械穩(wěn)定性機(jī)組的軸向高度機(jī)組的軸向高度采用條件采用條件懸式好大轉(zhuǎn)速較高的電機(jī)（150r/min以上）傘式差小，廠(chǎng)房的高度和造價(jià)低轉(zhuǎn)速較低的電機(jī)（125r/min以下）定子結(jié)構(gòu)一般和隱極同步電機(jī)相同。大容量的水輪發(fā)電機(jī)，由于定子直徑太大

8、，通常把它分成(fn chn)幾瓣，分別制造后，再運(yùn)到電站拼裝成一整體。第14頁(yè)/共22頁(yè)第十五頁(yè)，共22頁(yè)。凸極同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要(zhyo)由磁極、勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)軸組成。磁極：由厚磁極：由厚1-15mm1-15mm的鋼板沖成磁極沖片，用鉚釘裝成一體的鋼板沖成磁極沖片，用鉚釘裝成一體磁極上套裝有勵(lì)磁磁極上套裝有勵(lì)磁(l c)(l c)繞組繞組勵(lì)磁勵(lì)磁(l c)(l c)繞組：由扁銅線(xiàn)繞成，各勵(lì)磁繞組：由扁銅線(xiàn)繞成，各勵(lì)磁(l c)(l c)繞組串聯(lián)后接到集電環(huán)繞組串聯(lián)后接到集電環(huán)上上磁極的極靴上一般還裝有阻尼繞組。阻尼繞組：阻尼繞組：由插入極靴阻尼槽內(nèi)的裸銅條和端部銅環(huán)焊接而成磁極固定在磁軛上

9、，磁軛磁軛常用整塊鋼板或鑄鋼做成勵(lì)磁繞組磁極鐵心阻尼繞組磁極鋼板T尾阻尼繞組第15頁(yè)/共22頁(yè)第十六頁(yè)，共22頁(yè)。1 1）額定容量）額定容量SNSN（單位為（單位為kVAkVA）或額定功率）或額定功率PNPN（單位為（單位為kWkW）指）指南輸出功率的保證值。對(duì)發(fā)電機(jī)通過(guò)額定容量可確定額定電流，南輸出功率的保證值。對(duì)發(fā)電機(jī)通過(guò)額定容量可確定額定電流，通過(guò)通過(guò)PNPN數(shù)可以確定配套數(shù)可以確定配套(pi to)(pi to)原動(dòng)機(jī)的容量。電動(dòng)機(jī)的額定原動(dòng)機(jī)的容量。電動(dòng)機(jī)的額定容量一般都用容量一般都用kWkW表示。調(diào)相機(jī)則用表示。調(diào)相機(jī)則用kVAkVA表示。表示。2 2）額定電壓）額定電壓UNUN（

10、單位為（單位為V V） 電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子三相的線(xiàn)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子三相的線(xiàn)電壓電壓3 3）額定電流）額定電流ININ（單位為（單位為A A） 電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子的線(xiàn)電流。電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子的線(xiàn)電流。4 4）額定頻率）額定頻率fN fN 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工頻為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz50Hz。5 5）額定功率因數(shù)。）額定功率因數(shù)。6 6）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速nNnN（單位為（單位為r/minr/min）。）。7 7）額定勵(lì)磁電壓）額定勵(lì)磁電壓UfNUfN和額定勵(lì)磁電流和額定勵(lì)磁電流IfNIfN。8 8）額定溫升。）額定溫升。第16頁(yè)/共22頁(yè)第十七頁(yè)，共22頁(yè)。勵(lì)磁電流：同步電機(jī)運(yùn)行勵(lì)磁電流：同步

11、電機(jī)運(yùn)行(ynxng)時(shí)，必須在勵(lì)磁繞組中通入的直時(shí)，必須在勵(lì)磁繞組中通入的直流電流流電流勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式(fngsh)：指同步電機(jī)獲得直流勵(lì)磁電流的方：指同步電機(jī)獲得直流勵(lì)磁電流的方式式(fngsh)勵(lì)磁系統(tǒng)是同步電機(jī)的一個(gè)重要組成部分。它直接影響同步電機(jī)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性，并對(duì)同步電機(jī)的運(yùn)行特性如電壓主調(diào)整率、短路特性、過(guò)載能力等有重大影響。 同步電機(jī)的勵(lì)磁方式有以下幾種。同步電機(jī)的勵(lì)磁方式有以下幾種。勵(lì)磁系統(tǒng)：勵(lì)磁系統(tǒng)：供給勵(lì)磁電流的整個(gè)系統(tǒng)直流勵(lì)磁機(jī)一般與同步發(fā)電機(jī)同軸，由同一原動(dòng)機(jī)施動(dòng)。其本身所需勵(lì)磁電流通常由并勵(lì)方式供給。直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)與外部交流電網(wǎng)無(wú)直接聯(lián)系，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可

12、靠且比較簡(jiǎn)單，在中小型汽輪發(fā)電機(jī)中廣泛采用。大容量的汽輪發(fā)電機(jī)不宜采用同軸直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式。第17頁(yè)/共22頁(yè)第十八頁(yè)，共22頁(yè)。 靜止的交流整流勵(lì)磁(l c)系統(tǒng)可分為自勵(lì)式與他勵(lì)式兩種：副勵(lì)磁機(jī)也是交流發(fā)電機(jī)共勵(lì)磁電流在電機(jī)運(yùn)行之初由外界直流電源供給，待建立輸出電壓后則改為自勵(lì)。汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸交流主勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的三相交流通過(guò)靜止的半導(dǎo)體硅整流器供給。供給主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的是副勵(lì)磁機(jī)。副勵(lì)磁機(jī)輸出的也是三相交流電，須由晶閘管整流后再供給主勵(lì)磁機(jī)。同步發(fā)電機(jī)主勵(lì)磁機(jī)副勵(lì)磁機(jī)他勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)第18頁(yè)/共22頁(yè)第十九頁(yè)，共22頁(yè)。 自勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁自勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁(l

13、 c)：取消交流勵(lì)磁：取消交流勵(lì)磁(l c)機(jī)，交流勵(lì)磁機(jī)，交流勵(lì)磁(l c)電源電源直接取自同步發(fā)電機(jī)本身直接取自同步發(fā)電機(jī)本身主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流以由整流變壓器取自自身輸出(shch)端，經(jīng)過(guò)三相晶閘管整流后變?yōu)橹绷麟?。靜止的交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)沒(méi)有直流勵(lì)磁機(jī)的換向器火花等問(wèn)題，運(yùn)行維護(hù)方便，技術(shù)性能較好國(guó)內(nèi)外已廣泛使用。同步發(fā)電機(jī)整流變壓器整流裝置自勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)第19頁(yè)/共22頁(yè)第二十頁(yè)，共22頁(yè)。 旋轉(zhuǎn)的交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)：用一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電樞式的交流主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)：用一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電樞式的交流主動(dòng)磁機(jī)，和主發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)接，半導(dǎo)體整流裝置安裝在主發(fā)電磁機(jī)，和主發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)接，半導(dǎo)體整

14、流裝置安裝在主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，這樣就用固定聯(lián)接代替機(jī)轉(zhuǎn)子上，這樣就用固定聯(lián)接代替(dit)了電刷和滑環(huán)，因了電刷和滑環(huán)，因此又稱(chēng)為無(wú)刷勵(lì)磁。此又稱(chēng)為無(wú)刷勵(lì)磁。主勵(lì)磁機(jī)的主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流可勵(lì)磁電流可由主發(fā)電機(jī)由主發(fā)電機(jī)輸出端取得輸出端取得(qd)，也，也可通過(guò)同軸可通過(guò)同軸交流副勵(lì)磁交流副勵(lì)磁機(jī)供給。機(jī)供給。無(wú)刷勵(lì)磁優(yōu)點(diǎn)：無(wú)刷勵(lì)磁優(yōu)點(diǎn)：整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)沒(méi)有觸點(diǎn)，運(yùn)行比較可靠，維護(hù)也比較方便。在國(guó)內(nèi)外大型汽輪發(fā)電機(jī)中已廣泛采用。旋轉(zhuǎn)部分副勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞式主動(dòng)磁機(jī)半導(dǎo)體整流裝置主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組第20頁(yè)/共22頁(yè)第二十一頁(yè)，共22頁(yè)。 同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁通密度同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁通密度(md)分布，不可

15、避免地存在三分布，不可避免地存在三次諧波分量。這個(gè)諧波分量在同步發(fā)電機(jī)的電樞繞組內(nèi)雖然感次諧波分量。這個(gè)諧波分量在同步發(fā)電機(jī)的電樞繞組內(nèi)雖然感應(yīng)出三次諧波電動(dòng)勢(shì)，但經(jīng)過(guò)三相聯(lián)接，電樞繞組輸出線(xiàn)上并應(yīng)出三次諧波電動(dòng)勢(shì)，但經(jīng)過(guò)三相聯(lián)接，電樞繞組輸出線(xiàn)上并不存在三次諧波電動(dòng)勢(shì)，即不影響供電質(zhì)量。不存在三次諧波電動(dòng)勢(shì)，即不影響供電質(zhì)量。三次諧波勵(lì)磁系統(tǒng)：利用三次諧波磁通密度，在定子槽中專(zhuān)門(mén)嵌放一套三次諧波勵(lì)磁系統(tǒng)：利用三次諧波磁通密度，在定子槽中專(zhuān)門(mén)嵌放一套三次諧波繞組，其節(jié)距取極距的三次諧波繞組，其節(jié)距取極距的1/31/3，基波氣隙磁場(chǎng)在該繞組中的合成，基波氣隙磁場(chǎng)在該繞組中的合成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零。三次諧波磁場(chǎng)則在該繞組中感應(yīng)一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零。三次諧波磁場(chǎng)則在該繞組中感應(yīng)一個(gè)(y )(y