11第11章同步發(fā)電機的基本工作原理和結構

1、第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構 內容內容 * *11.311.3 同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)11.1 11.1 同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值11.2 11.2 同步發(fā)電機的基本結構同步發(fā)電機的基本結構 掌握同步發(fā)電機的基本工作原理、類型和額定值。掌握同步發(fā)電機的基本工作原理、類型和額定值。 了解同步發(fā)電機的基本結構及各主要部件的作用。了解同步發(fā)電機的基本結構及各主要部件的作用。 了解同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)。了解同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)。 要求要求 第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理

2、和結構同步發(fā)動機工作原理圖同步發(fā)動機工作原理圖第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構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 轉子：磁極鐵心、勵磁繞組。轉子：磁極鐵心、勵磁繞組。 勵磁繞組通入直流電流，建立轉子磁場。勵磁繞組通入直流電流，建立轉子磁場。 原動機拖動轉子以轉速原動機拖動轉子以轉速 n 勻速旋轉時，轉子磁場切勻速旋轉時，轉子磁場切割定子三相繞組，在三相繞組中感應出交變電動勢。割定子三相繞組，在三相繞組中感應出交變電動勢。 120由于定子三相繞組在

3、空間位置上互差由于定子三相繞組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。第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構 1感應電動勢的波形感應電動勢的波形設計適當的轉子極弧形狀，使設計適當的轉子極弧形狀，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感應電動勢的頻率感應電動勢的頻率 zh60pnf 極對數極對數 p123456 n（r/min）300015001000750600500為了發(fā)出為了發(fā)出50h50h

4、z z交流電，同步發(fā)電機轉速與極對數關系交流電，同步發(fā)電機轉速與極對數關系3三相電動勢的大小和相序三相電動勢的大小和相序01144. 4wkfne 大?。捍笮。合嘈颍号c轉子轉向一致，即相序由轉子的轉向決定。相序：與轉子轉向一致，即相序由轉子的轉向決定。第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構二、同步發(fā)電機的分類1按結構型式分按結構型式分 隱極式隱極式 凸極式凸極式 旋轉磁極式旋轉磁極式 旋轉電樞式旋轉電樞式 旋轉電樞式旋轉電樞式（小容量同步電機采用）（小容量同步電機采用）旋轉磁極式旋轉磁極式（大容量同步電機采用）（大容量同步電機采用）隱極式（火電機組）隱極式（火電機

5、組）凸極式（水電機組）凸極式（水電機組）第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構 2按原動機類型分按原動機類型分 2p =2，n=3000r/min；隱極轉子隱極轉子: 細長，臥式安裝；細長，臥式安裝；用在火力發(fā)電廠中。用在火力發(fā)電廠中。 汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機：原動機為汽輪機。：原動機為汽輪機。 特點：特點：水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機：原動機為水輪機。：原動機為水輪機。極數多，轉速低，幾十轉到數百轉；極數多，轉速低，幾十轉到數百轉；凸極轉子凸極轉子: 短粗，立式安裝；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)電機柴油發(fā)電機：原動機為柴油機。：原

6、動機為柴油機。n=5001500r/min；容量較小；容量較?。恢饕鳛樽詡潆娫?、移動電源。主要作為自備電源、移動電源。特點：特點：第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構水輪發(fā)電機工作原理圖水輪發(fā)電機工作原理圖上游水上游水水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機下游水下游水水輪機水輪機第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構水輪發(fā)電機轉子水輪發(fā)電機轉子水輪機水輪機轉軸轉軸第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構同步發(fā)動機結構示意圖同步發(fā)動機結構示意圖第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構同步發(fā)動機結

7、構示意圖同步發(fā)動機結構示意圖第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構3按冷卻介質和冷卻方式分按冷卻介質和冷卻方式分 空氣冷卻空氣冷卻( (空冷空冷) )：主要采用內扇式軸向和徑向混合通風系統(tǒng)。：主要采用內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、轉子繞組采用空心導線，將氫氣壓縮進導體帶走熱量。：定、轉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冷。：主要是定子繞組水內冷。冷卻組合方式冷卻組合方式： 定、轉子繞組和定子鐵心均氫外冷；定、轉子繞組和定子鐵心均氫外冷； 定子繞組水內冷

8、、轉子繞組氫內冷、定轉子鐵心氫外冷定子繞組水內冷、轉子繞組氫內冷、定轉子鐵心氫外冷( (水一氫一氫水一氫一氫) )； 定、轉子繞組水內冷，定子鐵心氫冷定、轉子繞組水內冷，定子鐵心氫冷( (水一水一氫水一水一氫) )； 定、轉子繞組水內冷、定子鐵心空冷定、轉子繞組水內冷、定子鐵心空冷( (水一水一空水一水一空) )。第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構三、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

9、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額定功率因數額定功率因數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比值。 6. 6. 額定轉速額定轉速nn(r/min): (r/min): 額定運行時的轉速，為同步轉速。額定運行時的轉速，為同步轉速。nnnniup cos3 額定值關系：額定值關系： 第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構11.2 同步發(fā)電機的基本結構汽輪發(fā)電機外形汽輪

10、發(fā)電機外形 第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構汽汽輪輪發(fā)發(fā)電電機機轉轉子子 汽汽輪輪發(fā)發(fā)電電機機定定子子 水水輪輪發(fā)發(fā)電電機機外外形形水水輪輪發(fā)發(fā)電電機機轉轉子子 第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構其結構與異步電機相同，由定子鐵心、電樞繞組、機座和端蓋等組成。其結構與異步電機相同，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。內圓槽安放電樞繞組。是磁路的一部分，由硅鋼片疊裝而成。內圓槽安放電樞繞組。 定子鐵心沿軸向每隔一段，留有徑向通風溝，以

11、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)電機定子鐵心由扇形片拼合疊裝成定子鐵心。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。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。3. 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。第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構三相繞組結構示意圖三相繞組結構示意圖第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)

12、電機的基本工作原理和結構由轉子鐵心、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。由轉子鐵心、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、轉子 1轉子鐵心轉子鐵心 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。 轉子圓周上大齒，做為發(fā)電機的主磁極，轉子圓周上大齒，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。第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構

13、由扁銅線繞成同心式繞組。槽內導體靠槽楔壓緊，端部用合金鋼護環(huán)固定。由扁銅線繞成同心式繞組。槽內導體靠槽楔壓緊，端部用合金鋼護環(huán)固定。2勵磁繞組勵磁繞組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，阻尼繞組起抑制轉子機械振蕩作用；在同步發(fā)電機中，阻尼繞組起抑制轉子機械振蕩作用； 在同步電動機和調相機中，作為起動繞組。在同步電動機和調相機中，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勵磁電流引入到轉子勵磁繞組中。子勵磁繞組中。4 4滑環(huán)滑環(huán)( (集電環(huán)集電環(huán)) )第11章

14、 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構*11.3 同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機運行時，轉子主磁場是由轉子勵磁繞組通入直流電流建立的。同步發(fā)電機運行時，轉子主磁場是由轉子勵磁繞組通入直流電流建立的。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)

15、電機）供給主勵磁機勵磁電流。三者同軸旋轉三者同軸旋轉第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構二、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（旋轉磁極式同步發(fā)電機）發(fā)出的交流經整流后供給。發(fā)電機的勵磁，由主勵磁機（旋轉磁極式同步發(fā)電機）發(fā)出的交流經整流后供給。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，待電壓建起后再轉為自勵。副勵磁機的勵磁，開始時

16、由外部直流電源供給，待電壓建起后再轉為自勵。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 機機同軸同軸第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構2自勵式自勵式發(fā)電機的勵磁電流，由勵磁變壓器取自自身輸出端發(fā)電機的勵磁電流，由勵磁變壓器取自自身輸出端, 經三相可控硅整流變換為直流后提供。經三相可控硅整流變換為直流后提供。這種勵磁系統(tǒng)沒有旋轉的勵磁機這種勵磁系統(tǒng)沒有旋轉的勵磁機, 便于維護便于維護, 反應速度快反應速度快, 目前已得到廣泛應用。目前已得到廣泛應用。靜止半導體勵磁系統(tǒng)缺點：靜止半導體勵磁系統(tǒng)缺點：由于發(fā)電機勵磁電流是通過由于發(fā)電機勵磁電流是通過電刷和滑環(huán)引入勵磁繞組的，電刷和滑環(huán)引入勵磁繞組的，當勵磁電流過大時，將使滑當勵磁電流過大時，將使滑環(huán)產生高溫而極易損壞。環(huán)產生高溫而極易損壞。第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構步發(fā)電機的基本工作原理和結構三、旋轉半導體勵磁系統(tǒng)主勵磁機發(fā)出的三相交流電經過整流后直接送入發(fā)電