電機學第11章同步發(fā)電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)

1、電機學第電機學第11章同步發(fā)電機的章同步發(fā)電機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)基本工作原理和結(jié)構(gòu)11.1 同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值一、同步發(fā)電機的基本工作原理 定子：三相對稱繞組：定子：三相對稱繞組：U1-U2、V1-V2、W1-W2 轉(zhuǎn)子：磁極鐵心、勵磁繞組。轉(zhuǎn)子：磁極鐵心、勵磁繞組。 勵磁繞組通入直流電流，建立轉(zhuǎn)子磁場。勵磁繞組通入直流電流，建立轉(zhuǎn)子磁場。 原動機拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速原動機拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 n 勻速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁場切勻速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁場切割定子三相繞組，在三相繞組中感應(yīng)出交變電動勢。割定子三相繞組，在三相繞組中感應(yīng)出交變電動勢。 120由于定子三相繞組在空間位置上互差由于定子三相繞組

2、在空間位置上互差電角度，電角度，所以三相電動勢在時間上互差所以三相電動勢在時間上互差120電角度。電角度。 1感應(yīng)電動勢的波形感應(yīng)電動勢的波形設(shè)計適當?shù)霓D(zhuǎn)子極弧形狀，使設(shè)計適當?shù)霓D(zhuǎn)子極弧形狀，使 B 沿氣隙正弦分布，可得到正弦波形的沿氣隙正弦分布，可得到正弦波形的 e 。 BBlve e的波形取決于的波形取決于 的波形。的波形。B 2感應(yīng)電動勢的頻率感應(yīng)電動勢的頻率 ZH60pnf 極對數(shù)極對數(shù) p123456 n（r/min）300015001000750600500為了發(fā)出為了發(fā)出50H50HZ Z交流電，同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速與極對數(shù)關(guān)系交流電，同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速與極對數(shù)關(guān)系3三相電動勢的大小和相序

3、三相電動勢的大小和相序01144. 4wkfNE 大?。捍笮。合嘈颍号c轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，即相序由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。相序：與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，即相序由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。二、同步發(fā)電機的分類1按結(jié)構(gòu)型式分按結(jié)構(gòu)型式分 隱極式隱極式 凸極式凸極式 旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)磁極式 旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)電樞式 旋轉(zhuǎn)電樞式（小容量同步電機采用）旋轉(zhuǎn)電樞式（小容量同步電機采用）旋轉(zhuǎn)磁極式（大容量同步電機采用）旋轉(zhuǎn)磁極式（大容量同步電機采用）隱極式（火電機組）隱極式（火電機組）凸極式（水電機組）凸極式（水電機組） 2按原動機類型分按原動機類型分 2p =2，n=3000r/min隱極轉(zhuǎn)子，細長，臥式安裝隱極轉(zhuǎn)子，細長，臥式安裝用在火力發(fā)

4、電廠中用在火力發(fā)電廠中 汽輪發(fā)電機：原動機為汽輪機。汽輪發(fā)電機：原動機為汽輪機。 特點：特點：水輪發(fā)電機：原動機為水輪機。水輪發(fā)電機：原動機為水輪機。極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低，幾十轉(zhuǎn)到數(shù)百轉(zhuǎn)極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低，幾十轉(zhuǎn)到數(shù)百轉(zhuǎn)凸極轉(zhuǎn)子，短粗，立式安裝凸極轉(zhuǎn)子，短粗，立式安裝用在水力發(fā)電廠中用在水力發(fā)電廠中特點：特點：柴油發(fā)電機：原動機為柴油機。柴油發(fā)電機：原動機為柴油機。n=5001500r/min容量較小容量較小主要作為自備電源、移動電源主要作為自備電源、移動電源特點：特點：3按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分 空氣冷卻空氣冷卻( (空冷空冷) )：主要采用內(nèi)扇式軸向和徑向混合通風系統(tǒng)。：主要采用

5、內(nèi)扇式軸向和徑向混合通風系統(tǒng)。 氫氣冷卻氫氣冷卻( (氫冷氫冷) )：定、轉(zhuǎn)子繞組采用空心導線，將氫氣壓縮進導體帶走熱量。：定、轉(zhuǎn)子繞組采用空心導線，將氫氣壓縮進導體帶走熱量。 水水 冷冷 卻卻( (水冷水冷) )：主要是定子繞組水內(nèi)冷。：主要是定子繞組水內(nèi)冷。冷卻組合方式：冷卻組合方式： 定、轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵心均氫外冷；定、轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵心均氫外冷； 定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、定轉(zhuǎn)子鐵心氫外冷定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、定轉(zhuǎn)子鐵心氫外冷( (水一氫一氫水一氫一氫) )； 定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，定子鐵心氫冷定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，定子鐵心氫冷( (水一水一氫水一水一氫) )； 定、轉(zhuǎn)子繞

6、組水內(nèi)冷、定子鐵心空冷定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷、定子鐵心空冷( (水一水一空水一水一空) )。三、同步發(fā)電機的額定值 1 1額定功率額定功率NP（kW、MW）：）：額定運行時發(fā)電機的輸出電功率。額定運行時發(fā)電機的輸出電功率。2 2額定電壓額定電壓NU（V、kV）：）：額定運行時定子三相繞組上的線電壓。額定運行時定子三相繞組上的線電壓。3 3額定電流額定電流NI（A、kA）：）：額定運行時流過定子繞組的線電流。額定運行時流過定子繞組的線電流。50 Nf4. 4. 額定頻率額定頻率HZ 5 5額定功率因數(shù)額定功率因數(shù)N cos: : 額定運行時輸出有功功率和視在功率比值。額定運行時輸出有功功率和視在功率

7、比值。 6. 6. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速Nn(r/min): (r/min): 額定運行時的轉(zhuǎn)速，為同步轉(zhuǎn)速。額定運行時的轉(zhuǎn)速，為同步轉(zhuǎn)速。NNNNIUP cos3 額定值關(guān)系：額定值關(guān)系： 11.2 同步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機外形汽輪發(fā)電機外形 汽汽輪輪發(fā)發(fā)電電機機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子 水水輪輪發(fā)發(fā)電電機機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子 水水輪輪發(fā)發(fā)電電機機外外形形汽汽輪輪發(fā)發(fā)電電機機定定子子 其結(jié)構(gòu)與異步電機相同，由定子鐵心、電樞繞組、機座和端蓋等組成。其結(jié)構(gòu)與異步電機相同，由定子鐵心、電樞繞組、機座和端蓋等組成。一、定子（電樞）一、定子（電樞） 1. 定子鐵心定子鐵心 是磁路的一部分，由硅鋼片疊裝而成。內(nèi)圓槽安放電樞繞組

8、。是磁路的一部分，由硅鋼片疊裝而成。內(nèi)圓槽安放電樞繞組。 定子鐵心沿軸向每隔一段，留有徑向通風溝，以利于散熱。定子鐵心沿軸向每隔一段，留有徑向通風溝，以利于散熱。 大型同步發(fā)電機定子鐵心由大型同步發(fā)電機定子鐵心由 扇形片拼合疊裝成定子鐵心。扇形片拼合疊裝成定子鐵心。2. 電樞繞組電樞繞組 雙層疊繞組，由扁銅線繞制成型后，包以絕緣而成。雙層疊繞組，由扁銅線繞制成型后，包以絕緣而成。 采用實心導線，空心與實心導線組合繞組，加強冷卻。采用實心導線，空心與實心導線組合繞組，加強冷卻。機座、端蓋、軸承、軸承座及電刷等。機座、端蓋、軸承、軸承座及電刷等。由轉(zhuǎn)子鐵心、勵磁繞組、阻尼繞組、護環(huán)和中心環(huán)、滑環(huán)和

9、風扇等組成。由轉(zhuǎn)子鐵心、勵磁繞組、阻尼繞組、護環(huán)和中心環(huán)、滑環(huán)和風扇等組成。二、轉(zhuǎn)子 1轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 是磁路的一部分，固定勵磁繞組和阻尼繞組作用。是磁路的一部分，固定勵磁繞組和阻尼繞組作用。 汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子鐵心由高機械強度和導磁性能好的整塊合金鋼鍛造而成。汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子鐵心由高機械強度和導磁性能好的整塊合金鋼鍛造而成。 轉(zhuǎn)子圓周上大齒，做為發(fā)電機的主磁極，轉(zhuǎn)子圓周上大齒，做為發(fā)電機的主磁極， 其余開口槽部分安放勵磁繞組。其余開口槽部分安放勵磁繞組。由扁銅線繞成同心式繞組。槽內(nèi)導體靠槽楔壓緊，端部用合金鋼護環(huán)固定。由扁銅線繞成同心式繞組。槽內(nèi)導體靠槽楔壓緊，端部用合金鋼護環(huán)固定。2勵磁繞組勵

10、磁繞組3阻尼繞組阻尼繞組 由銅條和端環(huán)焊接而成，是短路繞組。相當于異步機的籠形繞組。由銅條和端環(huán)焊接而成，是短路繞組。相當于異步機的籠形繞組。 在同步發(fā)電機中，阻尼繞組起抑制轉(zhuǎn)子機械振蕩作用；在同步發(fā)電機中，阻尼繞組起抑制轉(zhuǎn)子機械振蕩作用； 在同步電動機和調(diào)相機中，作為起動繞組。在同步電動機和調(diào)相機中，作為起動繞組。電刷和滑環(huán)將直流電刷和滑環(huán)將直流勵磁電流引入到轉(zhuǎn)勵磁電流引入到轉(zhuǎn)子勵磁繞組中。子勵磁繞組中。4 4滑環(huán)滑環(huán)( (集電環(huán)集電環(huán)) )*11.3 同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機運行時，轉(zhuǎn)子主磁場是由轉(zhuǎn)子勵磁繞組通入直流電流建立的。同步發(fā)電機運行時，轉(zhuǎn)子主磁場是由轉(zhuǎn)子勵磁繞組通入直流電流

11、建立的。提供勵磁電流的裝置稱為勵磁系統(tǒng)。主要有三種：提供勵磁電流的裝置稱為勵磁系統(tǒng)。主要有三種： 一、直流勵磁機勵磁系統(tǒng)用直流發(fā)電機作為勵磁電源向同步發(fā)電機提供勵磁電流。用直流發(fā)電機作為勵磁電源向同步發(fā)電機提供勵磁電流。主勵磁機（他勵直流發(fā)電機）供給同步發(fā)電機勵磁電流；主勵磁機（他勵直流發(fā)電機）供給同步發(fā)電機勵磁電流；副勵磁機（并勵直流發(fā)電機）供給主勵磁機勵磁電流。副勵磁機（并勵直流發(fā)電機）供給主勵磁機勵磁電流。三者同軸旋轉(zhuǎn)三者同軸旋轉(zhuǎn)二、靜止半導體勵磁系統(tǒng)整流器是靜止的。分為：他勵式、自勵式。整流器是靜止的。分為：他勵式、自勵式。1他勵式他勵式發(fā)電機的勵磁，由主勵磁機（旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機）發(fā)出的交流經(jīng)整流后供給。發(fā)電機的勵磁，由主勵磁機（旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機）發(fā)出的交流經(jīng)整流后供給。主勵磁機的勵磁，由副勵磁機（中頻同步發(fā)電機）發(fā)出的交流經(jīng)整流后供給。主勵磁機的勵磁，由副勵磁機（中頻同步發(fā)電機）發(fā)出的交流經(jīng)整流后供給。副勵磁機的勵磁，開始時由外部直流電源供給，待電壓建起后再轉(zhuǎn)為自勵。副勵磁機的勵磁，開始時由外部直流電源供給，待電壓建起后再轉(zhuǎn)為自勵。交流主勵磁機交流主勵磁機交流副勵磁機交流副勵磁機同同 步步 發(fā)發(fā) 電電 機機同軸同軸三、旋轉(zhuǎn)半導體勵磁系統(tǒng)主勵磁機發(fā)出的三相交流電經(jīng)過整流后直接送入發(fā)電機勵磁繞組。主勵磁機發(fā)出的三相交流電經(jīng)過整流后直接送入發(fā)電機勵磁繞組。不需