電工學(xué)09同步電機(jī)(港航)

1、第八章 同步電機(jī) 同步電機(jī)是交流電機(jī)的一種，同步電機(jī)與異步電機(jī)的根本區(qū)同步電機(jī)是交流電機(jī)的一種，同步電機(jī)與異步電機(jī)的根本區(qū)別在于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)裝有磁極并要通入直流電流勵(lì)磁別在于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)裝有磁極并要通入直流電流勵(lì)磁,它具它具有確定的極性。同步電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度必須與有確定的極性。同步電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度必須與定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度嚴(yán)格同步。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，各種定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度嚴(yán)格同步。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，各種電站的發(fā)電機(jī)幾乎都是三相同步發(fā)電機(jī)。電站的發(fā)電機(jī)幾乎都是三相同步發(fā)電機(jī)。 同步電機(jī)還可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，其特點(diǎn)是通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電同步電機(jī)還可以作為電動(dòng)

2、機(jī)運(yùn)行，其特點(diǎn)是通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)改變功率因數(shù)。同步電動(dòng)機(jī)有一種特殊的運(yùn)行方式，即接在流來(lái)改變功率因數(shù)。同步電動(dòng)機(jī)有一種特殊的運(yùn)行方式，即接在電網(wǎng)作空載運(yùn)行，不帶負(fù)荷，稱為調(diào)相機(jī)，專門(mén)用于電網(wǎng)的無(wú)功電網(wǎng)作空載運(yùn)行，不帶負(fù)荷，稱為調(diào)相機(jī)，專門(mén)用于電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償，以提高功率因數(shù)和改善供電性能。補(bǔ)償，以提高功率因數(shù)和改善供電性能。什么是同步電機(jī)？什么是同步電機(jī)？同步電機(jī)和異步電機(jī)的區(qū)別同步電機(jī)和異步電機(jī)的區(qū)別轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機(jī)感應(yīng)電機(jī):三相雙層疊繞組或其他交流繞組三相雙層疊繞組或其他交流繞組 籠式繞組籠式繞組,構(gòu)成閉合回路構(gòu)成閉合回路同步電機(jī)同步電機(jī):多為同心式繞組，外接直電源多為同心

3、式繞組，外接直電源轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系繞組中的電流繞組中的電流氣隙大小的差別氣隙大小的差別同步電機(jī)定義同步電機(jī)定義：同步電機(jī)轉(zhuǎn)速同步電機(jī)轉(zhuǎn)速n與定子電流頻與定子電流頻率率f和極對(duì)數(shù)和極對(duì)數(shù)p保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即 pfn60=同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)、有功和無(wú)功調(diào)節(jié)、并聯(lián)運(yùn)行。同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)、有功和無(wú)功調(diào)節(jié)、并聯(lián)運(yùn)行。 當(dāng)勵(lì)磁繞組通以直流電之后，建立恒定的磁當(dāng)勵(lì)磁繞組通以直流電之后，建立恒定的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為場(chǎng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n n時(shí)，定子的導(dǎo)體感應(yīng)交流電時(shí)，定子的導(dǎo)體感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì)，其頻率是動(dòng)勢(shì)，其頻率是 120120tsinEetsinEetsi

4、nEemCmBmA 60pn =f按運(yùn)行方式和功轉(zhuǎn)換方向：同步發(fā)電機(jī)按運(yùn)行方式和功轉(zhuǎn)換方向：同步發(fā)電機(jī) 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī) 同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)按結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)磁極式 旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)電樞式(小容量小容量)按磁極的形狀分：按磁極的形狀分：隱極機(jī)隱極機(jī) 凸極機(jī)凸極機(jī)按原動(dòng)機(jī)的類別分：汽輪發(fā)電機(jī)按原動(dòng)機(jī)的類別分：汽輪發(fā)電機(jī) 水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī) 柴油發(fā)電機(jī)柴油發(fā)電機(jī) 燃汽輪發(fā)電機(jī)燃汽輪發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī) 汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高、離心力大轉(zhuǎn)速高、離心力大隱極式隱極式水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多凸極式凸極式 同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能

5、，向電網(wǎng)發(fā)出交流電，即作為同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行，是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式。 定子繞組線圈（即導(dǎo)體）不動(dòng)，原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)定子繞組線圈（即導(dǎo)體）不動(dòng)，原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)，與定子磁極旋轉(zhuǎn)，與定子( (電樞電樞) )導(dǎo)體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體切割磁力線，在定子當(dāng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流。如導(dǎo)體切割磁力線，在定子當(dāng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果將這些導(dǎo)體（即定子繞組）按一定的規(guī)律連接果將這些導(dǎo)體（即定子繞組）按一定的規(guī)律連接成三相繞組，就可以引出三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。成三相繞組，就可以引出三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。8.1 8.1 同步發(fā)電機(jī)概述同步發(fā)電機(jī)概述一種類一種類1按原動(dòng)機(jī)的種類分按原動(dòng)機(jī)的種類分 汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī) 水

6、輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)2按轉(zhuǎn)軸（主軸）的布置形式按轉(zhuǎn)軸（主軸）的布置形式 立軸、立軸、 臥軸，臥軸， 汽輪機(jī)均為臥式。汽輪機(jī)均為臥式。3按轉(zhuǎn)子磁極形狀分按轉(zhuǎn)子磁極形狀分 凸極式（顯極式）凸極式（顯極式） 隱極式隱極式隱極式：氣隙均勻，適合與高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)組合。隱極式：氣隙均勻，適合與高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)組合。 凸極式：氣隙不均勻，旋轉(zhuǎn)時(shí)阻力大，轉(zhuǎn)速低，適凸極式：氣隙不均勻，旋轉(zhuǎn)時(shí)阻力大，轉(zhuǎn)速低，適 合與水輪機(jī)組合。合與水輪機(jī)組合。 (1)(1)立式水輪發(fā)電機(jī)立式水輪發(fā)電機(jī)(2)(2)臥式水輪發(fā)電機(jī)臥式水輪發(fā)電機(jī)(3)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)凸極式同步凸極式同步發(fā)電機(jī)示意圖發(fā)電機(jī)示意圖

7、隱極式同步隱極式同步發(fā)電機(jī)示意圖發(fā)電機(jī)示意圖電刷電刷滑環(huán)滑環(huán)二結(jié)構(gòu)二結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)部件：定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承；主要結(jié)構(gòu)部件：定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承；定子：定子鐵心、電樞繞組、機(jī)座以及若干緊固定子：定子鐵心、電樞繞組、機(jī)座以及若干緊固連接部件構(gòu)成；它是連接部件構(gòu)成；它是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分，三相產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分，三相交流電流從定子繞組引出。交流電流從定子繞組引出。轉(zhuǎn)子：鐵心、勵(lì)磁繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)轉(zhuǎn)子：鐵心、勵(lì)磁繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)（集電環(huán)）和阻尼繞組（集電環(huán)）和阻尼繞組 。鐵心即為磁極，勵(lì)磁繞鐵心即為磁極，勵(lì)磁繞組繞在磁極上，在勵(lì)磁繞組中通入直流電流勵(lì)磁，組繞在磁極上，在勵(lì)磁繞組

8、中通入直流電流勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子成為產(chǎn)生磁場(chǎng)的部分，也叫主磁極。轉(zhuǎn)子與原轉(zhuǎn)子成為產(chǎn)生磁場(chǎng)的部分，也叫主磁極。轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)同軸，在空間轉(zhuǎn)動(dòng)，主磁極在空間旋轉(zhuǎn)。動(dòng)機(jī)同軸，在空間轉(zhuǎn)動(dòng)，主磁極在空間旋轉(zhuǎn)。隱極同步發(fā)電機(jī)定子部分隱極同步發(fā)電機(jī)定子部分 定子電流較大，每槽一般只嵌放兩個(gè)有效導(dǎo)體定子電流較大，每槽一般只嵌放兩個(gè)有效導(dǎo)體(線線棒棒)，為減少渦流損耗，每根導(dǎo)體常由多股截面為，為減少渦流損耗，每根導(dǎo)體常由多股截面為15mm以下的扁銅線并聯(lián)而成，進(jìn)行編織換位。以下的扁銅線并聯(lián)而成，進(jìn)行編織換位。隱極同步發(fā)電機(jī)（汽輪機(jī)）轉(zhuǎn)子部分隱極同步發(fā)電機(jī)（汽輪機(jī)）轉(zhuǎn)子部分汽輪發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)

9、轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu) 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速很高（汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速很高（1000r/min， ），），轉(zhuǎn)子磁極采用隱極式，轉(zhuǎn)子鐵心外形象一個(gè)長(zhǎng)圓柱形，轉(zhuǎn)子磁極采用隱極式，轉(zhuǎn)子鐵心外形象一個(gè)長(zhǎng)圓柱形，軸向尺寸大，用鋼材鍛造而成，機(jī)械強(qiáng)度非常高，軸向尺寸大，用鋼材鍛造而成，機(jī)械強(qiáng)度非常高，在其表面（外圓）開(kāi)有槽，勵(lì)磁繞組就分布在槽中。在其表面（外圓）開(kāi)有槽，勵(lì)磁繞組就分布在槽中。 3 p水輪機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子水輪機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子VGSVGS發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子Insulating frames of fiber glassPole winding bracePole clamping type T-

10、dovetailSteel frame to clamp the pole windingPole windingterminalsPole winding VGSVGS和和ALSTOMALSTOM發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用無(wú)軸結(jié)構(gòu)，采用無(wú)軸結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子支架由轉(zhuǎn)子支架（包括轉(zhuǎn)子中心體和支臂部分）（包括轉(zhuǎn)子中心體和支臂部分） 、磁軛和磁極等部件構(gòu)成。轉(zhuǎn)子支架為圓盤(pán)式磁軛和磁極等部件構(gòu)成。轉(zhuǎn)子支架為圓盤(pán)式結(jié)構(gòu)，在工地進(jìn)行組裝焊接，且設(shè)有足夠數(shù)結(jié)構(gòu)，在工地進(jìn)行組裝焊接，且設(shè)有足夠數(shù)量的孔洞，以滿足發(fā)電機(jī)通風(fēng)的要求和具有量的孔洞，以滿足發(fā)電機(jī)通風(fēng)的要求和具有良好的導(dǎo)風(fēng)性能；良好的導(dǎo)風(fēng)性能；磁軛由高強(qiáng)

11、度經(jīng)鈍化處理磁軛由高強(qiáng)度經(jīng)鈍化處理的冷軋薄鋼板組裝成的堅(jiān)實(shí)結(jié)構(gòu)；磁極包括的冷軋薄鋼板組裝成的堅(jiān)實(shí)結(jié)構(gòu)；磁極包括磁極鐵心磁極繞組和阻尼繞組。磁極鐵心磁極繞組和阻尼繞組。ALSTOM發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) ALSTOM ALSTOM 發(fā)電機(jī)定子是由定子機(jī)座、定子鐵芯和定子繞發(fā)電機(jī)定子是由定子機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組等主要部件組成。組等主要部件組成。 定子機(jī)座由定定子機(jī)座由定子鐵芯支撐環(huán)、子鐵芯支撐環(huán)、2020個(gè)垂直的斜個(gè)垂直的斜元件、垂直筋元件、垂直筋板以及機(jī)座外板以及機(jī)座外壁等組成。機(jī)壁等組成。機(jī)座 分座 分 6 6 瓣 ， 現(xiàn)瓣 ， 現(xiàn)場(chǎng)組裝場(chǎng)組裝 定子鐵芯由硅鋼片、齒壓定子鐵芯由硅鋼片、齒壓板、壓指、

12、壓緊螺栓等組板、壓指、壓緊螺栓等組成。硅鋼片厚度為成。硅鋼片厚度為0.5mm，兩面均涂有兩面均涂有F級(jí)絕緣漆，疊級(jí)絕緣漆，疊成總高度為成總高度為3130mm，共，共46段疊片堆，段疊片堆，47個(gè)通風(fēng)槽；個(gè)通風(fēng)槽；鐵芯拉緊螺栓位于鐵芯疊鐵芯拉緊螺栓位于鐵芯疊片中部，用絕緣套管與鐵片中部，用絕緣套管與鐵 芯疊片絕緣，與傳統(tǒng)的位芯疊片絕緣，與傳統(tǒng)的位于鐵芯疊片尾部相比拉緊于鐵芯疊片尾部相比拉緊效果好，有利于防止疊片效果好，有利于防止疊片翹曲變形和運(yùn)行過(guò)程中松翹曲變形和運(yùn)行過(guò)程中松動(dòng)動(dòng) 。定子繞組設(shè)計(jì)定子繞組設(shè)計(jì)為三相雙層波為三相雙層波形繞組，每相形繞組，每相5支路并聯(lián)，支路并聯(lián)，共共1080根羅根羅

13、貝爾線棒組成。貝爾線棒組成。繞組輪換數(shù)為繞組輪換數(shù)為1814，每極每相槽數(shù)每極每相槽數(shù)為為9/4，節(jié)距，節(jié)距為為13 VGS發(fā)電機(jī)定子鐵心發(fā)電機(jī)定子鐵心 發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)定定子子繞繞組組 水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低（水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低（1000r/min ），）， 轉(zhuǎn)子磁極采用凸極式，轉(zhuǎn)子極數(shù)多，其徑向尺寸比軸轉(zhuǎn)子磁極采用凸極式，轉(zhuǎn)子極數(shù)多，其徑向尺寸比軸向尺寸大，外形呈扁平的圓柱形。磁極用向尺寸大，外形呈扁平的圓柱形。磁極用12毫米厚毫米厚的鋼板沖壓成磁極片后，再用鉚釘將片片磁極鉚成一的鋼板沖壓成磁極片后，再用鉚釘將片片磁極鉚成一個(gè)整的磁極。勵(lì)磁繞組則是用扁銅線繞成，勵(lì)磁繞組個(gè)整的磁極。勵(lì)磁繞組則是用扁

14、銅線繞成，勵(lì)磁繞組套在磁極上。套在磁極上。3 p水輪發(fā)電機(jī)定子部分水輪發(fā)電機(jī)定子部分模型立軸水輪發(fā)電機(jī)組橫剖面圖模型立軸水輪發(fā)電機(jī)組橫剖面圖 同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，有各種損耗，所以就有發(fā)熱同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，有各種損耗，所以就有發(fā)熱問(wèn)題產(chǎn)生。同步發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)就是為解決這個(gè)問(wèn)題問(wèn)題產(chǎn)生。同步發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)就是為解決這個(gè)問(wèn)題的，分為空氣冷卻、氫氣冷卻和水冷卻。的，分為空氣冷卻、氫氣冷卻和水冷卻。 在中、小型電機(jī)中，都采用空氣作為冷卻介質(zhì)。在中、小型電機(jī)中，都采用空氣作為冷卻介質(zhì)。當(dāng)電機(jī)的容量很大時(shí)，電機(jī)內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增當(dāng)電機(jī)的容量很大時(shí)，電機(jī)內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增加，冷卻問(wèn)題顯得格外重要

15、，此時(shí)必須加強(qiáng)通風(fēng)或采用加，冷卻問(wèn)題顯得格外重要，此時(shí)必須加強(qiáng)通風(fēng)或采用其他的冷卻方式。其他的冷卻方式。 在大型汽輪發(fā)電機(jī)中，為了提高其冷卻效率，往往在大型汽輪發(fā)電機(jī)中，為了提高其冷卻效率，往往用氫氣冷卻，但氫氣與空氣混合后，有爆炸危險(xiǎn)，必須用氫氣冷卻，但氫氣與空氣混合后，有爆炸危險(xiǎn)，必須有一套控制設(shè)備來(lái)保證外界空氣不會(huì)滲入到電機(jī)內(nèi)部。有一套控制設(shè)備來(lái)保證外界空氣不會(huì)滲入到電機(jī)內(nèi)部。 目前在更大容量的發(fā)電機(jī)中，可以采用導(dǎo)線內(nèi)部直目前在更大容量的發(fā)電機(jī)中，可以采用導(dǎo)線內(nèi)部直接冷卻。例如采用空心導(dǎo)體，冷卻介質(zhì)直接在導(dǎo)體中流接冷卻。例如采用空心導(dǎo)體，冷卻介質(zhì)直接在導(dǎo)體中流通而把熱量帶走，這樣能更有效

16、地降低電機(jī)的溫升。所通而把熱量帶走，這樣能更有效地降低電機(jī)的溫升。所采用的冷卻介質(zhì)一般有氫氣采用的冷卻介質(zhì)一般有氫氣 及水等。及水等。 NNNNcosIU3P Ncos 三峽左岸電站水輪發(fā)電機(jī)組為混流式，采用立三峽左岸電站水輪發(fā)電機(jī)組為混流式，采用立軸半傘式三導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)，下導(dǎo)與推力采用推導(dǎo)軸半傘式三導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)，下導(dǎo)與推力采用推導(dǎo)聯(lián)合軸承。聯(lián)合軸承。 機(jī)組額定轉(zhuǎn)速機(jī)組額定轉(zhuǎn)速75r/min75r/min，額定工作水頭為，額定工作水頭為80.6m80.6m。 發(fā)電機(jī)冷卻方式采用半水冷，即定子繞組采用發(fā)電機(jī)冷卻方式采用半水冷，即定子繞組采用直接水冷，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組采用空冷的發(fā)直接水冷，定子鐵芯和

17、轉(zhuǎn)子繞組采用空冷的發(fā)電機(jī)。電機(jī)。 發(fā)電機(jī)與主變連接采用聯(lián)合單元接線，發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)與主變連接采用聯(lián)合單元接線，發(fā)電機(jī)出口不設(shè)斷路器，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)通過(guò)接地變壓出口不設(shè)斷路器，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)通過(guò)接地變壓器接地。器接地。 機(jī)組制動(dòng)采用電氣機(jī)組制動(dòng)采用電氣/ /機(jī)械制動(dòng)的方式。機(jī)械制動(dòng)的方式。序序號(hào)號(hào)項(xiàng)目項(xiàng)目ALSTOMALSTOMVGSVGS1 1定子直徑定子直徑20900mm20900mm21420mm21420mm2 2定子鐵芯外徑定子鐵芯外徑19690mm19690mm19310mm19310mm3 3定子鐵芯內(nèi)徑定子鐵芯內(nèi)徑18800mm18800mm18500mm18500mm4 4定子鐵芯高

18、度定子鐵芯高度2850mm2850mm3130mm3130mm5 5靜止時(shí)的氣隙尺寸靜止時(shí)的氣隙尺寸31.5mm31.5mm32mm32mm6 6轉(zhuǎn)子帶磁極直徑轉(zhuǎn)子帶磁極直徑18757mm18757mm18433mm18433mm7 7發(fā)電機(jī)總重量發(fā)電機(jī)總重量3459000Kg3459000Kg3143000Kg3143000Kg序號(hào)序號(hào)技術(shù)名稱技術(shù)名稱ALSTOMALSTOMVGSVGS1 1額定容量（額定容量（MVAMVA）777.8777.8777.8777.82 2最大容量（最大容量（MVAMVA）8408408408403 3額定電壓（額定電壓（KVKV）202020204 4額定電

19、流（額定電流（A A）22453.822453.822453.822453.85 5額定功率因數(shù)額定功率因數(shù)0.90.90.90.96 6額定頻率（額定頻率（HZHZ）505050507 7額定轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速（r/minr/min）757575758 8每相支路數(shù)每相支路數(shù)5 55 59 9單相對(duì)地電容（單相對(duì)地電容（ufuf）1.351.352.032.03三三. .同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子被 原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)；轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中通入 直流電流；定子三相繞組開(kāi)路， 即發(fā)電機(jī)的空載運(yùn)行， 此時(shí)，電樞電流為零；電機(jī)氣隙中只有轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)（主磁通、漏磁通）轉(zhuǎn)子N極氣隙定子鐵心氣隙

20、轉(zhuǎn)子S極轉(zhuǎn)子磁軛閉合定子鐵心定子鐵心NS磁軛磁軛主磁通主磁通漏磁通漏磁通主磁通與定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組都匝鏈，主磁通與定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組都匝鏈，是電磁是電磁能量轉(zhuǎn)換的部分。能量轉(zhuǎn)換的部分。只與轉(zhuǎn)子繞組匝鏈的磁通，稱為漏磁通。只與轉(zhuǎn)子繞組匝鏈的磁通，稱為漏磁通。 主磁通密度主磁通密度B0沿定子內(nèi)圓周表面近似于按沿定子內(nèi)圓周表面近似于按正弦規(guī)律分布。轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)時(shí)，匝鏈電樞每正弦規(guī)律分布。轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)時(shí)，匝鏈電樞每相的主磁通也隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，主磁通相的主磁通也隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，主磁通最大值為最大值為m m。定子繞組中感應(yīng)出對(duì)稱的三相正。定子繞組中感應(yīng)出對(duì)稱的三相正弦電動(dòng)勢(shì)弦電動(dòng)勢(shì)e eA A

21、、e eB B、e eC C，每相繞組空載電動(dòng)勢(shì)的有，每相繞組空載電動(dòng)勢(shì)的有效值：效值：00444 fNK.EW 0E0 90 90 9060pn =f三相正弦電動(dòng)勢(shì)三相正弦電動(dòng)勢(shì) 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁繞組通發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流產(chǎn)生主磁場(chǎng)，但發(fā)電機(jī)不帶負(fù)載，定入勵(lì)磁電流產(chǎn)生主磁場(chǎng)，但發(fā)電機(jī)不帶負(fù)載，定子繞組中只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，沒(méi)有感應(yīng)電流，這時(shí)子繞組中只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，沒(méi)有感應(yīng)電流，這時(shí)的電動(dòng)勢(shì)即為的電動(dòng)勢(shì)即為空載電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì)，它是由主磁場(chǎng)的主磁，它是由主磁場(chǎng)的主磁通產(chǎn)生的。通產(chǎn)生的?？蛰d電動(dòng)勢(shì)空載電動(dòng)勢(shì) ： 0E AXBZCY 空載運(yùn)行空載運(yùn)行同步發(fā)電

22、機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)磁電到同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵(lì)磁電流，定子繞組開(kāi)路（定子電流為零）。流，定子繞組開(kāi)路（定子電流為零）。 fF fI勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)（或主極磁動(dòng)勢(shì)）勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)（或主極磁動(dòng)勢(shì)）主磁通主磁通0電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) kNfEN0110 4.44同步發(fā)電機(jī)的空載特性同步發(fā)電機(jī)的空載特性fI0 E0 UN氣隙線氣隙線 E0 0fI0 0n 的函數(shù)關(guān)系為空載特性，的函數(shù)關(guān)系為空載特性，它是一條非線性關(guān)系的飽和曲線。它是一條非線性關(guān)系的飽和曲線。00( )fUEf i 同步電機(jī)在空載時(shí)，氣隙中僅存在著轉(zhuǎn)子同步電機(jī)在空載時(shí)，氣隙中僅存在著轉(zhuǎn)子磁勢(shì)。帶上負(fù)載

23、以后，除轉(zhuǎn)子磁勢(shì)外，定子三磁勢(shì)。帶上負(fù)載以后，除轉(zhuǎn)子磁勢(shì)外，定子三相電流也產(chǎn)生電樞磁勢(shì)。電樞磁勢(shì)的存在，將相電流也產(chǎn)生電樞磁勢(shì)。電樞磁勢(shì)的存在，將使氣隙中磁場(chǎng)的大小及位置發(fā)生變化，這種現(xiàn)使氣隙中磁場(chǎng)的大小及位置發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱之為象稱之為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)。 電樞反應(yīng)：電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)（主極電樞反應(yīng)：電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)（主極磁場(chǎng)）的影響。磁場(chǎng)）的影響。 電樞反應(yīng)除使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，從電樞反應(yīng)除使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，從而直接關(guān)系到機(jī)電能量轉(zhuǎn)換外，還有去磁而直接關(guān)系到機(jī)電能量轉(zhuǎn)換外，還有去磁或增磁作用，對(duì)同步電機(jī)的運(yùn)行性能產(chǎn)生或增磁作用，對(duì)同步電機(jī)的運(yùn)行性能產(chǎn)生重要的影響。重要的影響

24、。a1f1ffaFFFFIFI IS 電樞磁場(chǎng)磁通電樞磁場(chǎng)磁通fI0 主磁場(chǎng)主磁通主磁場(chǎng)主磁通R0S 合成磁場(chǎng)的磁通合成磁場(chǎng)的磁通R 顯然，此時(shí)通過(guò)改變勵(lì)磁電流，則氣隙中的顯然，此時(shí)通過(guò)改變勵(lì)磁電流，則氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁通及電樞繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都會(huì)隨之發(fā)旋轉(zhuǎn)磁通及電樞繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都會(huì)隨之發(fā)生變化。生變化。 同步發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換同步發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備。轉(zhuǎn)子繞組中通入直流電流并成電能的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備。轉(zhuǎn)子繞組中通入直流電流并在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的磁力線就被定在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的磁力線就

25、被定子三相繞組切割，定子繞組就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，定子三子三相繞組切割，定子繞組就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，定子三相繞組與外電路相連時(shí)，就有三相交流電流產(chǎn)生，這一電相繞組與外電路相連時(shí)，就有三相交流電流產(chǎn)生，這一電流又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速、順轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，流又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速、順轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，通有勵(lì)磁電流的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組在這一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，通有勵(lì)磁電流的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組在這一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩，對(duì)原動(dòng)機(jī)起制動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩，對(duì)原動(dòng)機(jī)起制動(dòng)作用。為了維持轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，原動(dòng)機(jī)就一定要作用。為了維持轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，原動(dòng)機(jī)

26、就一定要克服制動(dòng)力矩做功。也就是說(shuō)，原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過(guò)發(fā)電克服制動(dòng)力矩做功。也就是說(shuō)，原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過(guò)發(fā)電機(jī)中的電磁相互作用而轉(zhuǎn)變成為定子繞組中的電能（即輸機(jī)中的電磁相互作用而轉(zhuǎn)變成為定子繞組中的電能（即輸出電流）。出電流）。 的函數(shù)關(guān)系為空載特性，它是一條非線的函數(shù)關(guān)系為空載特性，它是一條非線性關(guān)系的飽和曲線。性關(guān)系的飽和曲線。00( )fUEf i主磁極極對(duì)數(shù)主磁極極對(duì)數(shù) ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速），轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速），三相電動(dòng)勢(shì)或三相電流的頻率三相電動(dòng)勢(shì)或三相電流的頻率 ，在在 、 一定時(shí)，可以得出一定時(shí)，可以得出同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 ，它就是原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，也是發(fā)電機(jī)組的恒定它就是原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)

27、速，也是發(fā)電機(jī)組的恒定轉(zhuǎn)速或額定轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速或額定轉(zhuǎn)速。pn60pnf pfn基波基波波形波形大小大小位置位置轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速勵(lì)磁磁勵(lì)磁磁勢(shì)勢(shì)正弦正弦波波恒定，由勵(lì)恒定，由勵(lì)磁電流決定磁電流決定由轉(zhuǎn)子位由轉(zhuǎn)子位置決定置決定由原動(dòng)機(jī)的由原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定轉(zhuǎn)速?zèng)Q定電樞反電樞反應(yīng)磁勢(shì)應(yīng)磁勢(shì)正弦正弦波波恒定，由電恒定，由電樞電流決定樞電流決定由電流瞬由電流瞬時(shí)值決定時(shí)值決定由電流的由電流的f和和P決定決定 分析表明，這一相分析表明，這一相對(duì)位置或電樞反應(yīng)的性質(zhì)與勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)對(duì)位置或電樞反應(yīng)的性質(zhì)與勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì) 和和負(fù)載電流負(fù)載電流 之間的相位差之間的相位差 有關(guān)。有關(guān)。0EI 電樞反應(yīng)的發(fā)生是實(shí)現(xiàn)能量傳遞的關(guān)鍵。 同

28、步發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，為了維持轉(zhuǎn)速不變，輸出電流或電壓頻率恒定，必須隨著有功負(fù)載的變化，調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率；為了維持機(jī)端電壓不變，必須隨著無(wú)功負(fù)載的變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中通入的直流勵(lì)磁電流。 同步發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速保持恒定、負(fù)載功率因數(shù)不同步發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速保持恒定、負(fù)載功率因數(shù)不變的條件下，有三個(gè)主要變量：定子端電壓變的條件下，有三個(gè)主要變量：定子端電壓 、負(fù)載電流負(fù)載電流 、 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 。三個(gè)量之中保持一個(gè)。三個(gè)量之中保持一個(gè)量為常數(shù)，求其它兩個(gè)量之間的函數(shù)關(guān)系就是同步量為常數(shù)，求其它兩個(gè)量之間的函數(shù)關(guān)系就是同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。UIfi2、 負(fù)載特性：當(dāng) =const,Co

29、s=const時(shí),( )fUf iI1、 空載特性：當(dāng) =0時(shí)，00()( )fE Uf iI3、 外 特 性：當(dāng) = const,Cos=const時(shí)，( )Uf Ifi4、 調(diào)整特性：當(dāng) = const,Cos= const時(shí),( )fif IU5、 短路特性：當(dāng) =0時(shí)，( )KfIf iU五種基本特性：一、外特性一、外特性 時(shí)時(shí) 1nnfiCCosC( )Uf I()()SSEUI rjXUEI rjX（1 1） （3 3）功率因數(shù)角滯后時(shí)，）功率因數(shù)角滯后時(shí)， 對(duì)對(duì) 起去磁作起去磁作用，用， 值比空載小，值比空載小， 越大越大 越小，越小， 產(chǎn)生的產(chǎn)生的 也也越小，越小， 也越小也越

30、小。功率因數(shù)越低，。功率因數(shù)越低， 下降越甚。下降越甚。aIF1ffiFIE F F （2 2）功率因數(shù)角為零時(shí)，）功率因數(shù)角為零時(shí)， 在發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)內(nèi)內(nèi)主要產(chǎn)生橫主要產(chǎn)生橫軸扭磁反應(yīng)，軸扭磁反應(yīng)， 增加時(shí)，增加時(shí)， 略有下降。略有下降。 。IIUUU （4 4）功率因數(shù)角超前時(shí)，）功率因數(shù)角超前時(shí)， 對(duì)對(duì) 起增磁作起增磁作用，隨著增加用，隨著增加 ，增磁作用增大，增磁作用增大， 增大增大 產(chǎn)生的產(chǎn)生的 也越大，也越大， 也越大，也越大，功率因數(shù)越大，功率因數(shù)越大， 上升越甚。上升越甚。aIF1ffiFIE Fcos0. 8UIcos0. 8cos1（ 滯后)（ 超前)IIUUNUNI 1

31、1）當(dāng)是感性負(fù)載時(shí)：此時(shí)隨著負(fù)載電流的減）當(dāng)是感性負(fù)載時(shí)：此時(shí)隨著負(fù)載電流的減少，端電壓逐步上升。這是因?yàn)榭紤]了電樞反少，端電壓逐步上升。這是因?yàn)榭紤]了電樞反應(yīng)的去磁作用的影響，應(yīng)的去磁作用的影響，隨著電樞電流的減少隨著電樞電流的減少，電樞反應(yīng)的去磁作用減弱，電機(jī)中的合成磁通電樞反應(yīng)的去磁作用減弱，電機(jī)中的合成磁通增加，所以端電壓逐漸增加。增加，所以端電壓逐漸增加。 2 2）當(dāng)是容性負(fù)載時(shí)：此時(shí)電流超前電壓，此）當(dāng)是容性負(fù)載時(shí)：此時(shí)電流超前電壓，此時(shí)的電樞反應(yīng)是增磁作用，時(shí)的電樞反應(yīng)是增磁作用，隨著電樞電流的增隨著電樞電流的增加加，合成的磁通增加，所以端電壓上升。，合成的磁通增加，所以端電壓上

32、升。 3 3）純電阻負(fù)載）純電阻負(fù)載定義：發(fā)電機(jī)的端電壓隨負(fù)載的改變而變化，變化的程度我們可以通過(guò)電壓調(diào)整率 來(lái)衡量。即：U電壓調(diào)整率%1000NNUUEU空載與額定負(fù)載之間的電壓調(diào)整率。當(dāng)然，負(fù)載是任意負(fù)載，不僅僅指額定負(fù)載。二、調(diào)整特性：二、調(diào)整特性： 因?yàn)樨?fù)載要求所加電壓不變或在允許的范圍內(nèi)變化，為此，隨著負(fù)載電流 的增加，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 ,使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓基本保持不變。IfIUC()fIf i1nnCosC 功率因數(shù)角落后時(shí)，功率因數(shù)角落后時(shí)， 對(duì)對(duì) 起去磁起去磁作用，作用， 值會(huì)減小，若使值會(huì)減小，若使 不變，則不變，則 應(yīng)增加應(yīng)增加一些，則一些，則 也應(yīng)增加，必然也要增加。

33、也應(yīng)增加，必然也要增加。 aIF1ffiFfiEI F FfIIcos0. 8cos0. 8（滯后）cos1（超前）fIIcos0. 8cos0. 8（滯后）（超前）INcos1同步發(fā)電機(jī)裝有快速自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置及強(qiáng)行同步發(fā)電機(jī)裝有快速自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置及強(qiáng)行滅磁裝置，以限制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的上升。滅磁裝置，以限制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的上升。一.同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的的意義和條件1.并網(wǎng)運(yùn)行的意義并網(wǎng)運(yùn)行的意義 在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，將許多電廠的同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)起在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，將許多電廠的同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)起來(lái)運(yùn)行，即所謂的并網(wǎng)運(yùn)行。來(lái)運(yùn)行，即所謂的并網(wǎng)運(yùn)行。 將空載運(yùn)行的發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)，與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)將空載運(yùn)行

34、的發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)，與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，稱作行，稱作并網(wǎng)并網(wǎng)。這其中有水電廠、火電廠、核電站、這其中有水電廠、火電廠、核電站、抽水蓄能電站等。這些發(fā)電廠彼此之間并聯(lián)在一起以達(dá)抽水蓄能電站等。這些發(fā)電廠彼此之間并聯(lián)在一起以達(dá)到組成強(qiáng)大的電力系統(tǒng)。到組成強(qiáng)大的電力系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)中的各級(jí)電壓輸配電線路、升壓和電力系統(tǒng)中的各級(jí)電壓輸配電線路、升壓和降壓變電站及其所屬的電氣設(shè)備，降壓變電站及其所屬的電氣設(shè)備，稱為電網(wǎng)。稱為電網(wǎng)。1.電能的供應(yīng)可以互相調(diào)劑，合理使用。2.增加供電的可靠性。3.提高供電質(zhì)量，電網(wǎng)的電壓和頻率能保持在要求的 恒定范圍內(nèi)。根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)整運(yùn)行機(jī)組的臺(tái)數(shù)；便于輪流檢修設(shè)備，提高供電

35、的可靠性。優(yōu)點(diǎn)有利于提高供電質(zhì)量。有利于提高供電質(zhì)量。提高供電的可靠性。提高供電的可靠性。有利于電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。有利于電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。合理地利用動(dòng)力資源合理地利用動(dòng)力資源, ,提高發(fā)電廠提高發(fā)電廠 的運(yùn)行效率的運(yùn)行效率可以裝設(shè)大容量的機(jī)組。可以裝設(shè)大容量的機(jī)組。減少系統(tǒng)中總裝機(jī)容量。減少系統(tǒng)中總裝機(jī)容量。（7）系統(tǒng)愈大，負(fù)載就愈趨均勻，不同性質(zhì)的負(fù)載，互相起補(bǔ)償作用。5.聯(lián)成大電力系統(tǒng)，有可能使發(fā)電廠的布局更加合理。2.2.并網(wǎng)的條件并網(wǎng)的條件 待并機(jī)端的空載電壓和電網(wǎng)電壓相等 發(fā)電機(jī)電壓的相序與電網(wǎng)電壓的相序一致。 發(fā)電機(jī)電壓的相位與電網(wǎng)電壓的相位一致。 發(fā)電機(jī)電壓的頻率與電網(wǎng)電

36、壓的頻率一致。3.3.條件不滿足時(shí)對(duì)電機(jī)的影響條件不滿足時(shí)對(duì)電機(jī)的影響電機(jī)和電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞組端部受力變形；電機(jī)和電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞組端部受力變形；產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機(jī)內(nèi)功率振蕩；產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機(jī)內(nèi)功率振蕩；電機(jī)和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損耗，溫度升高，效電機(jī)和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損耗，溫度升高，效率降低；率降低；電網(wǎng)和電機(jī)之間存在巨大的電位差而產(chǎn)生無(wú)法消除的環(huán)流，電網(wǎng)和電機(jī)之間存在巨大的電位差而產(chǎn)生無(wú)法消除的環(huán)流，電流會(huì)對(duì)機(jī)組有沖擊，轉(zhuǎn)軸上受到突然的扭力矩，電流會(huì)對(duì)機(jī)組有沖擊，轉(zhuǎn)軸上受到突然的扭力矩，危害電機(jī)危害電機(jī)安全運(yùn)行。安全運(yùn)行。無(wú)限大電網(wǎng)：無(wú)限大電網(wǎng)： 電網(wǎng)的容量相對(duì)于并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)容量來(lái)說(shuō)要電網(wǎng)的容量相對(duì)于并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)容量來(lái)說(shuō)要大得多，如果對(duì)并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行有功大得多，如果對(duì)并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行有功功率和無(wú)功功率調(diào)節(jié)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的電壓和頻率不會(huì)有功率和無(wú)功功率調(diào)節(jié)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的電壓和頻率不會(huì)有什么影響。無(wú)限大電網(wǎng)的特點(diǎn)是端電壓