同步電機-結構

同步電機的特點：同步速度，功率因數(shù)可調(diào)，三種運行狀態(tài)。第5部分同步電機同步電機是交流旋轉(zhuǎn)電機的一種,因其轉(zhuǎn)速恒等于同步轉(zhuǎn)速而得名。同步電機主要用作發(fā)電機，也可用作電動機和調(diào)相機。同步電機的實用價值極大，最主要用途是作為發(fā)電機，現(xiàn)在工農(nóng)業(yè)所用的交流電能幾乎全由同步發(fā)電機做供給。同步電機作為同步電動機應用，不及異步電動機廣泛。但在不需要調(diào)速的低速大功率機械中，為了改善功率因數(shù)，同步電動機有和異步電動機抗衡的新趨勢。第5部分

同步電機5.1同步電機的結構和工作原理45.1.1同步電機分類：旋轉(zhuǎn)電樞式：電樞旋轉(zhuǎn)，主極固定，因電樞功率不易由滑動部分送出，只適于較小容量發(fā)電機，實用少。同步電機旋轉(zhuǎn)磁極式：磁極旋轉(zhuǎn)，電樞固定，電樞功率由靜止部分送出，可傳送較大功率，實用廣，是同步發(fā)電機的基本結構型式。按結構形式分旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)磁極式5.1.1同步電機的分類按結構形式分轉(zhuǎn)樞式：用于小容量同步電機轉(zhuǎn)極式：用于高壓、大容量同步電機按磁極形狀分隱極式：轉(zhuǎn)子圓柱形，氣隙均勻凸極式：轉(zhuǎn)子有明顯凸出的磁極，氣隙不均勻發(fā)電機按原動機不同分汽輪發(fā)電機：高速，轉(zhuǎn)子隱極式,細長形水輪發(fā)電機：低速，轉(zhuǎn)子凸極式,短粗形按冷卻介質(zhì)和

冷卻方式分空冷—外冷：空氣自然循環(huán)或風扇吹風強迫冷卻水冷—內(nèi)冷：需進水管、出水管等氫冷—外冷或內(nèi)冷：需密封系統(tǒng)，防爆防漏轉(zhuǎn)子磁極結構凸極型轉(zhuǎn)子的外形圖同步電機的基本類型按用途分：發(fā)電機，電動機，補償機。球蘑機水泵站通風機補償機或調(diào)相機按結構型式：旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式。按冷卻方式分：內(nèi)部冷卻和外部冷卻冷卻介質(zhì)分：氣體冷卻、液體冷卻和混合冷卻例如：定子水內(nèi)冷-轉(zhuǎn)子氫內(nèi)冷，雙水內(nèi)冷，氫內(nèi)冷，氫外冷，空冷。外部冷卻分：開啟式通風系統(tǒng)，閉路循環(huán)式通風2)、定子繞組：由許多線圈按一定規(guī)律連接而成。大容量電機由于尺寸大，制成半匝式（線棒），每個線棒由若干銅線并在一起，分成一排或兩排，兩個線棒的一端焊在一起，即成一個線圈。3)、機座：固定和支撐定子鐵心，并形成風道。5.1.2同步電機的基本結構(一)、隱極同步電機（臥式）1)、定子鐵心：由0.5mm厚的硅鋼片疊成，沿軸向分成好幾疊，每疊3~6cm，疊與疊之間留有寬0.8~1cm的通風溝。1、定子（也稱為電樞）包括定子鐵心、定子繞組、機座、端蓋等。當大型同步電機沖片外圓的直徑大于1m時，由于材料標準尺寸的限制，硅鋼片常制成扇形，然后對成圓形。定子鐵心：有0.5mm厚的硅鋼片疊成，每疊厚度為3~6cm，疊與疊間留有寬0.8~1cm的通風槽。整個鐵心用磁性壓板壓緊，固定在機座上。定子繞組2)、勵磁繞組：用扁銅線繞成同心式線圈，嵌放在大齒兩側的轉(zhuǎn)子槽中，并用非磁性硬鋁槽楔壓緊。3)、護環(huán)：為使勵磁繞組可靠地固定在轉(zhuǎn)子上，繞組端部還要套上用高強度非磁性鋼鍛成的護環(huán)。1)、轉(zhuǎn)子鐵心：一般用整塊的導磁性好的高強度合金鋼鍛成，轉(zhuǎn)子表面約2/3部分銑有軸向凹槽，用于嵌放勵磁繞組，不銑槽的約1/3部分形成大齒，即磁極。2、轉(zhuǎn)子：包括轉(zhuǎn)子鐵心、勵磁繞組、護環(huán)、風扇等。汽輪發(fā)電機結構2)、定子繞組：大、中容量凸極電機采用波繞組，小容量凸極電機采用疊繞組。3)、機座：固定和支撐定子鐵心，并形成風道。因直徑大，通常采用分瓣機座。(二)、凸極同步電機（臥式或立式）1)、定子鐵心：由0.5mm厚硅鋼片疊成，因直徑大，一般采用幾片扇形硅鋼片拼成一個圓形。1、定子：包括定子鐵心、定子繞組、機座等。臥式：同步電動機、同步補償機和用內(nèi)燃機或沖擊式水輪

機拖動的同步發(fā)電機。立式：低速、大容量水輪發(fā)電機和大型水泵用同步電動機。（二）、凸極發(fā)電機結構(1)立式水輪發(fā)電機(2)臥式水輪發(fā)電機3)、阻尼繞組：由插入磁極極靴槽中的銅條和兩端的端環(huán)焊成一個閉合繞組。在發(fā)電機不對稱運行時，起削弱負序旋轉(zhuǎn)磁場，抑制轉(zhuǎn)子機械振蕩的作用。2)、轉(zhuǎn)軸：用高強度鋼鍛成。因轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)軸分開鍛造。1)、轉(zhuǎn)子鐵心：即磁極，采用T尾或鳩尾與磁軛連接，磁軛與轉(zhuǎn)軸間用轉(zhuǎn)子支架支撐著，轉(zhuǎn)子支架固定在轉(zhuǎn)軸上。2、轉(zhuǎn)子：包括轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸、勵磁繞組、阻尼繞組等。凸極同步電機凸極同步電機轉(zhuǎn)子由磁極、勵磁線圈、磁軛和阻尼繞組等部分構成。凸極同步電機的定子結構與隱極同步電機或異步電機的基本相同，所不同的只是轉(zhuǎn)子結構。汽輪發(fā)電機：轉(zhuǎn)速高，采用隱極式。水論發(fā)電機：轉(zhuǎn)速低，采用凸極式。2、水輪發(fā)電機結構轉(zhuǎn)子結構10000kW水輪機轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機定子包括機座、鐵心和繞組。5.1.2同步電機的基本結構汽輪發(fā)電機：轉(zhuǎn)速高，采用隱極式。水論發(fā)電機：轉(zhuǎn)速低，采用凸極式。國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機定子鐵心同步電機定子繞組國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機定子機座

從圖1發(fā)電機定子繞組內(nèi)冷水系統(tǒng)示意圖可以看出發(fā)電機定子繞組絕緣中，不僅包括繞組的槽部、端部和引出線部分，還包括了絕緣引水管內(nèi)冷水的絕緣和各匯流管對地的絕緣。內(nèi)冷水系統(tǒng)的各匯流管采取了多種措施，使其從機內(nèi)到機外都對地絕緣，在匯流管與線圈絕緣引水管連接處還安裝了許多測溫元件，局部的絕緣缺陷或測溫元件外殼與匯流管相碰等都可能造成接地故障。汽輪機隱極式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心、勵磁繞組、阻尼繞組、轉(zhuǎn)軸、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、電刷、風扇和軸承。隱極式轉(zhuǎn)子：細長轉(zhuǎn)子，由整塊導磁性好的、高強度的合金鋼鍛造而成。2/3的小齒，沒開槽為大齒，大齒中心線是磁極軸線，p=1，n1=3000r/min，齒槽內(nèi)繞勵磁繞組。轉(zhuǎn)子下線隱極式轉(zhuǎn)子機械強度高，高轉(zhuǎn)速，臥式結構。長度與直徑之比2~6，容量越多，比值越大，但通風比較困難。同步電機換向器水輪發(fā)電機包括推力軸承、永磁發(fā)電機、定子鐵心、定子繞組和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子又包括支架、磁軛、磁極、勵磁繞組、阻尼繞組、集電環(huán)和碳刷、推力軸承（由推力頭、鏡板、推力瓦、軸承座、油膜組成）。（此圖為立式機組）燈泡貫流式水輪發(fā)電機凸極同步電機結構實物圖帶阻尼繞組的凸極同步電機轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機定子分段鐵心臥式機組水電站水輪機凸極式轉(zhuǎn)子凸極式轉(zhuǎn)子：分臥式和立式兩種結構。粗而短、磁極明顯；磁極由1~1.5厚的鋼板沖成，用鉚釘裝成一體。p>1，n1<3000r/min，勵磁繞組集中安放，轉(zhuǎn)速低。外徑和長度之比大約為5~7。湯峪電站發(fā)電機轉(zhuǎn)子阻尼繞組的結構類似于鼠籠轉(zhuǎn)子，由插入主磁極極靴槽中的銅條和兩端的端環(huán)焊成一個閉合繞組在發(fā)電機中抑制機械振蕩；也是同步電動機和補償機的起動繞組。5.1.3同步電機的基本工作原理1.同步發(fā)電機的基本工作原理大?。侯l率：

勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，其磁場切割定子繞組而感應交流電動勢.相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。波形：由可知，波形取決于的空間分布。U2U1W2V1W1V2發(fā)電機的物理過程可用圖示表示旋轉(zhuǎn)示意圖1旋轉(zhuǎn)示意圖2eA=EcmsinwteB=Ecmsin（wt-1200）

eC=Ecmsin（wt+1200）5.1.4同步電機的勵磁方式指同步電機獲得直流勵磁電流的方式；而供給勵磁電流的整個系統(tǒng)，稱為勵磁系統(tǒng)。(一)、直流勵磁機勵磁系統(tǒng)：用同軸直流發(fā)電機供給勵磁。(二)、整流器勵磁系統(tǒng)：(用晶閘管取代直流發(fā)電機電刷和換向器)1、靜止整流器勵磁系統(tǒng)：1)、他勵式：用同軸交流主勵磁機發(fā)出交流電，經(jīng)靜止半導體整流器整流后供給勵磁。2)、自勵式：(取消了交流勵磁機)取自同步發(fā)電機輸出的交流電，經(jīng)晶閘管整流后供給勵磁。2、旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)：(取消了同步發(fā)電機集電環(huán)和電刷)用同軸轉(zhuǎn)樞式交流主勵磁機發(fā)出交流電，經(jīng)同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的半導體整流器整流后供給勵磁，稱為無刷勵磁系統(tǒng)。直流(并勵)勵磁機勵磁：屬獨立電源，與交流電網(wǎng)無關，運行可靠。

LH——電流互感器，YH——電壓互感器，F(xiàn)——同步發(fā)電機，F(xiàn)LQ——同步發(fā)電機的勵磁線圈，L——直流勵磁機，LLQ——直流勵磁機的勵磁線圈(副勵磁機)，Rc——可調(diào)電阻，由自動勵磁裝置隨發(fā)電機輸出負載，調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流靜止整流器勵磁屬自勵式系統(tǒng)，ZB為整流變壓器。起勵元件：使主發(fā)電機的剩磁殘壓經(jīng)整流變壓器和整流電壓自勵。用于中、小型同步發(fā)電機。旋轉(zhuǎn)整流器勵磁解決了換向器上可能出現(xiàn)的火花。用于大型或防燃，防爆的同步電機。JL:轉(zhuǎn)樞式主勵磁機，F(xiàn)LQ：主發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組，F(xiàn)L：交流副勵磁機，F(xiàn)LLQ：副勵磁機勵磁繞組5.1.5同步電機的額定值一、額定值額定電壓UN(V,kV)：指額定運行時定子輸出端的線電壓。額定電流IN(A)：指額定運行時定子的線電流。額定功率因數(shù)cosN：額定運行時電機定子側的功率因數(shù)。額定效率N：電機額定運行時的效率。額定容量SN：發(fā)電機指出線端額定視在功率，單位為VA，KVA，MVA；調(diào)相機為線端額定無功功率，單位為Var,kVar,MVar。

SN=3UNIN額定功率PN(W,kW,MW）：發(fā)電機指額定輸出有功電功率：PN=SNcosN=3UNINcosN

電動機指軸上輸出的額定機械功率：

PN=SNcosNN=3UNINcosNN額定頻率：額定運行時電機電樞輸出端電能的頻率，我國標準工業(yè)頻率規(guī)定為50Hz。額定轉(zhuǎn)速：額定運行時電機的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速。除上述額定值外，同步電機名牌上還常列出一些其它的運行數(shù)據(jù)，例如額定負載時的溫升、勵磁容量和勵磁電壓等。二、國產(chǎn)同步電機型號汽輪發(fā)電機有QFQ、QFN、QFS等系列，前兩個字母表示汽輪發(fā)電機；第三個字母表示冷卻方式，Q表示氫外冷，N表示氫內(nèi)冷，S表示雙水內(nèi)冷。大型水輪發(fā)電機為TS系列，T表示同步，S表示水輪。同步電動機系列有TD、TDL等，TD表示同步電動機，后面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步電動機；TDL表示立式同步電動機。同步補償機為TT系列。舉例：QFS-300-2：容量300MW雙水內(nèi)冷2極汽輪發(fā)電機。TSS1264/160-48：雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機，定子外徑為1264厘米，鐵心長為160厘米，極數(shù)為48。額定容量SN或PN或QN，額定電壓UN，額定電流IN，cosφN=PN/SN、fN、nN、ηN、UfN、IfN、額定溫升。同步機的額定值水輪發(fā)電機型號含義：例中，若將字母K換為：

X-代表相復勵勵磁W-代表無刷勵磁，J-代表靜止可控硅勵磁

如為濕熱帶型，則在最后再加注“TH”

防護等級：IP00或IP21