第五講同步發(fā)電機(jī)的基本知識(shí)及結(jié)構(gòu)

1、第第5 5章章 同步發(fā)電機(jī)的同步發(fā)電機(jī)的基本知識(shí)及結(jié)構(gòu)基本知識(shí)及結(jié)構(gòu)l 同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理l 大型同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)大型同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)l 大型同步發(fā)電機(jī)的基本系統(tǒng)大型同步發(fā)電機(jī)的基本系統(tǒng)蒸汽管道蒸汽管道汽輪機(jī)汽輪機(jī)儲(chǔ)煤場(chǎng)儲(chǔ)煤場(chǎng)煙囪煙囪輸煤皮帶輸煤皮帶升壓站升壓站鍋爐鍋爐江河或水庫江河或水庫冷凝器冷凝器發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)冷卻水冷卻水一、同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理一、同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理l同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)部件有同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)部件有定子鐵芯定子鐵芯、定子三相對(duì)稱繞組定子三相對(duì)稱繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯和和勵(lì)磁繞勵(lì)磁繞組組。l勵(lì)磁繞組中通以直流電流勵(lì)磁，產(chǎn)生恒勵(lì)磁繞組

2、中通以直流電流勵(lì)磁，產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速定的磁場(chǎng)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子繞組導(dǎo)體將切割磁力線，旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子繞組導(dǎo)體將切割磁力線，在定子繞組中將感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)。在定子繞組中將感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)。5.1 同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理l當(dāng)導(dǎo)體經(jīng)過一對(duì)磁極，導(dǎo)體中的感應(yīng)電當(dāng)導(dǎo)體經(jīng)過一對(duì)磁極，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就變化了一個(gè)周波，若轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)動(dòng)勢(shì)就變化了一個(gè)周波，若轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)為為P，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就變化了就變化了P個(gè)周波，設(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為個(gè)周波，設(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 n，則，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為：f =

3、 pn/60。一、同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理一、同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理l同時(shí)，同時(shí)，當(dāng)三相對(duì)稱繞組接有三相對(duì)稱負(fù)當(dāng)三相對(duì)稱繞組接有三相對(duì)稱負(fù)載時(shí)，繞組中會(huì)有三相對(duì)稱電流流通，載時(shí)，繞組中會(huì)有三相對(duì)稱電流流通，形成磁場(chǎng)，其合成磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)幅值恒形成磁場(chǎng)，其合成磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)幅值恒定的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，且轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電流的定的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，且轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電流的頻率和磁極對(duì)數(shù)，即轉(zhuǎn)速頻率和磁極對(duì)數(shù)，即轉(zhuǎn)速n1=60f1/p;l 顯然，顯然，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與氣隙磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與氣隙磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度相等，所以稱之為同步電機(jī)度相等，所以稱之為同步電機(jī)。一、同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理一、同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理用途：用途

4、：同步電機(jī)主要作為發(fā)電機(jī)；作為電同步電機(jī)主要作為發(fā)電機(jī)；作為電動(dòng)機(jī)一般用在恒速的低速大功率機(jī)械中；動(dòng)機(jī)一般用在恒速的低速大功率機(jī)械中；亦可作同步補(bǔ)償機(jī)，專門用來吸收和輸送亦可作同步補(bǔ)償機(jī)，專門用來吸收和輸送無功功率。無功功率。一、一、同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理l 同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能補(bǔ)償機(jī)補(bǔ)償機(jī)沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，只發(fā)出沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，只發(fā)出 或吸收無功功率或吸收無功功率 同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，主要取決于定子合同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，主要取決于定子合成磁動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁

5、動(dòng)勢(shì)之間的夾角。成磁動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)之間的夾角。一、一、 同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理l按按原動(dòng)機(jī)的類型原動(dòng)機(jī)的類型不同分：汽輪發(fā)電機(jī)、水不同分：汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)等。輪發(fā)電機(jī)等。l按按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同分：凸極式和隱極式。不同分：凸極式和隱極式。l按按安裝方式安裝方式不同分：臥式和立式。不同分：臥式和立式。l按按冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)不同分：空氣冷卻、氫氣冷卻、不同分：空氣冷卻、氫氣冷卻、水冷卻。水冷卻。二、同步發(fā)電機(jī)的類型二、同步發(fā)電機(jī)的類型1、型號(hào)、型號(hào) 例如：例如：QFSN-200-2，TS-900/135-562、額定值、額定值l額定功率額定功率PN（MW） 指額

6、定運(yùn)行時(shí)電機(jī)指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的輸出功率的輸出功率l額定電壓額定電壓UN （kV） 指額定運(yùn)行時(shí)定子的指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電壓線電壓l額定電流額定電流IN （A） 指額定運(yùn)行時(shí)定子的指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流線電流三、同步發(fā)電機(jī)的銘牌三、同步發(fā)電機(jī)的銘牌l額定功率因數(shù)額定功率因數(shù)指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)的功率因數(shù) l額定頻率額定頻率fN（HzHz） 指額定運(yùn)行時(shí)電樞的頻指額定運(yùn)行時(shí)電樞的頻率率l額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN（r/min）指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即為同步轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速，即為同步轉(zhuǎn)速3、額定值之間的關(guān)系：、額定值之間的關(guān)系：三、同步發(fā)電機(jī)的銘牌三、同步發(fā)電機(jī)的銘牌

7、cosN 3cosNNNNPU I 5.2 大型同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)大型同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)l同步發(fā)電機(jī)的定子主要由定子鐵芯、定子繞同步發(fā)電機(jī)的定子主要由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座、端蓋、軸承等部件組成。組、機(jī)座、端蓋、軸承等部件組成。l發(fā)電機(jī)的機(jī)座與端蓋也稱為電機(jī)外部殼體，發(fā)電機(jī)的機(jī)座與端蓋也稱為電機(jī)外部殼體，起著固定電機(jī)、保護(hù)內(nèi)部構(gòu)件以及支撐定子起著固定電機(jī)、保護(hù)內(nèi)部構(gòu)件以及支撐定子繞組和鐵芯的作用。繞組和鐵芯的作用。l定子鐵芯是電機(jī)的主要部件，它起著構(gòu)成主定子鐵芯是電機(jī)的主要部件，它起著構(gòu)成主磁路和固定定子繞組的重要作用。磁路和固定定子繞組的重要作用。l定子繞組又稱電樞繞組，是發(fā)電機(jī)進(jìn)行能量定子繞

8、組又稱電樞繞組，是發(fā)電機(jī)進(jìn)行能量 轉(zhuǎn)換的心臟部位。轉(zhuǎn)換的心臟部位。一、發(fā)電機(jī)的定子一、發(fā)電機(jī)的定子一、發(fā)電機(jī)的定子一、發(fā)電機(jī)的定子一、發(fā)電機(jī)的定子一、發(fā)電機(jī)的定子一、發(fā)電機(jī)的定子一、發(fā)電機(jī)的定子一、發(fā)電機(jī)的定子一、發(fā)電機(jī)的定子l發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的作用是傳遞原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的作用是傳遞原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，支撐旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁線圈，形成良好的磁轉(zhuǎn)矩，支撐旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁線圈，形成良好的磁通路徑和轉(zhuǎn)子散熱通道。通路徑和轉(zhuǎn)子散熱通道。l發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組、護(hù)環(huán)、轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)和阻尼繞組等組成。中心環(huán)和阻尼繞組等組成。 l轉(zhuǎn)子鐵芯分為隱極式和凸極式。轉(zhuǎn)子鐵芯分為隱極式

9、和凸極式。隱極式：氣隙均勻，適于高速旋轉(zhuǎn)，與汽隱極式：氣隙均勻，適于高速旋轉(zhuǎn)，與汽輪機(jī)組合；輪機(jī)組合；凸極式：氣隙不均勻，旋轉(zhuǎn)時(shí)阻力大，轉(zhuǎn)凸極式：氣隙不均勻，旋轉(zhuǎn)時(shí)阻力大，轉(zhuǎn)速低，與水輪機(jī)組合；速低，與水輪機(jī)組合； 二、發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子二、發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子隱極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子凸凸極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子臥式凸極同步電機(jī)臥式凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的典型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的典型結(jié)構(gòu)凸凸極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子凸凸極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子極式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子l三峽三峽7

10、0萬機(jī)組左岸發(fā)電機(jī)由萬機(jī)組左岸發(fā)電機(jī)由Alstom/ABB和和VGS聯(lián)合體供貨，右岸實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)。采用推力聯(lián)合體供貨，右岸實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)。采用推力軸承置于下機(jī)架的三導(dǎo)軸承半傘式結(jié)構(gòu)，由軸承置于下機(jī)架的三導(dǎo)軸承半傘式結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子、定子、上機(jī)架、下機(jī)架、推力軸承、轉(zhuǎn)子、定子、上機(jī)架、下機(jī)架、推力軸承、導(dǎo)軸承、空氣冷卻器和永磁機(jī)等部分組成。導(dǎo)軸承、空氣冷卻器和永磁機(jī)等部分組成。額定容量額定容量777.8MVA/700MW，最大容量，最大容量840MVA，額定電壓，額定電壓20kV，額定電流，額定電流22453A，額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速75rpm，推力軸承總負(fù)，推力軸承總負(fù)荷荷5520噸，采用定子繞組水冷、轉(zhuǎn)子空冷

11、噸，采用定子繞組水冷、轉(zhuǎn)子空冷的冷卻方式，發(fā)電機(jī)總重量達(dá)的冷卻方式，發(fā)電機(jī)總重量達(dá)3443噸，是噸，是世界最大的水輪發(fā)電機(jī)。一臺(tái)機(jī)組世界最大的水輪發(fā)電機(jī)。一臺(tái)機(jī)組1小時(shí)發(fā)小時(shí)發(fā)電量約為電量約為55萬度，足夠萬度，足夠10萬戶家庭用一天。萬戶家庭用一天。 l發(fā)電機(jī)定子機(jī)座外徑達(dá)發(fā)電機(jī)定子機(jī)座外徑達(dá)21.4米，在工廠制造完米，在工廠制造完成后，分?jǐn)?shù)瓣運(yùn)至工地，吊入機(jī)坑焊接拼裝。成后，分?jǐn)?shù)瓣運(yùn)至工地，吊入機(jī)坑焊接拼裝。 l發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是水輪機(jī)組是水輪機(jī)組中，整體吊中，整體吊裝重量最重裝重量最重的部件，直的部件，直徑徑18米，重米，重量超過量超過1800噸，安裝間噸，安裝間隙只有隙只有3厘米。

12、厘米。 http:/ 大型大型同步電機(jī)的基本系統(tǒng)同步電機(jī)的基本系統(tǒng)靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)交流副勵(lì)磁機(jī)交流副勵(lì)磁機(jī)交流主勵(lì)磁機(jī)交流主勵(lì)磁機(jī)靜止硅靜止硅整流器整流器勵(lì)磁勵(lì)磁調(diào)整器調(diào)整器主發(fā)電機(jī)主發(fā)電機(jī)電電壓壓互互感感器器電流互感器電流互感器可控可控整流器整流器自勵(lì)自勵(lì)恒壓器恒壓器起勵(lì)電源起勵(lì)電源 旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)交流副勵(lì)磁機(jī)交流副勵(lì)磁機(jī)交流主勵(lì)磁機(jī)交流主勵(lì)磁機(jī)靜止硅靜止硅整流器整流器勵(lì)磁勵(lì)磁調(diào)整器調(diào)整器主發(fā)電機(jī)主發(fā)電機(jī)電電壓壓互互感感器器電流互感器電流互感器可控可控整流器整流器自勵(lì)自勵(lì)恒壓器恒壓器起勵(lì)電源起勵(lì)電源 旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)部分自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁勵(lì)磁調(diào)整器調(diào)整器主發(fā)電機(jī)主發(fā)電機(jī)電電壓壓互互感感器器電流互感器電流互感器可控可控整流器整流器起勵(lì)電源起勵(lì)電源 勵(lì)磁變壓器勵(lì)磁變壓器l 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于汽輪發(fā)電機(jī)、自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)中，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：水輪發(fā)電機(jī)中，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的動(dòng)態(tài)控制特性，靈活、快速、可靠；優(yōu)良的動(dòng)態(tài)控制特性，靈活、快速、可靠；良好的傳輸特性；良好的傳輸特性；簡化機(jī)組軸系，軸短，運(yùn)行維護(hù)簡單；簡化機(jī)組軸系，軸短，運(yùn)行維護(hù)簡單；能方便地與不同類型和容量的發(fā)電機(jī)配用；能方便地與不同類型和容量的發(fā)