第11章 同步發(fā)電機的基本工作原理和結構

電機學第11章同步發(fā)電機的基本工作原理和結構[內容]

*11.3

同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)11.1同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值11.2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。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)。[要求]2同步發(fā)動機工作原理圖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：U1-U2、V1-V2、W1-W2

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。原動機拖動轉子以轉速n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。由于定子三相繞組在空間位置上互差電角度，所以三相電動勢在時間上互差電角度。41．感應電動勢的波形設計適當?shù)霓D子極弧形狀，使B沿氣隙正弦分布，可得到正弦波形的e。的波形取決于的波形。2．感應電動勢的頻率極對數(shù)p123456

n（r/min）300015001000750600500為了發(fā)出50HZ交流電，同步發(fā)電機轉速與極對數(shù)關系3．三相電動勢的大小和相序大?。合嘈颍号c轉子轉向一致，即相序由轉子的轉向決定。11.1同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值二、同步發(fā)電機的分類1．按結構型式分

隱極式凸極式旋轉磁極式旋轉電樞式~旋轉電樞式（小容量同步電機采用）旋轉磁極式（大容量同步電機采用）隱極式（火電機組）凸極式（水電機組）11.1同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值2．按原動機類型分2p=2，n=3000r/min；隱極轉子，細長，臥式安裝；用在火力發(fā)電廠中。

汽輪發(fā)電機：原動機為汽輪機。

特點：水輪發(fā)電機：原動機為水輪機。極數(shù)多，轉速低，幾十轉到數(shù)百轉；凸極轉子，短粗，立式安裝；用在水力發(fā)電廠中。特點：柴油發(fā)電機：原動機為柴油機。n=500~1500r/min；容量較??；主要作為自備電源、移動電源。特點：11.1同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值水輪發(fā)電機工作原理圖上游水水輪發(fā)電機下游水水輪機11.1同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值水輪發(fā)電機轉子水輪機轉軸11.1同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值同步發(fā)動機結構示意圖11.1同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值同步發(fā)動機結構示意圖11.1同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值3．按冷卻介質和冷卻方式分

空氣冷卻(空冷)：主要采用內扇式軸向和徑向混合通風系統(tǒng)。

氫氣冷卻(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。水冷卻(水冷)：主要是定子繞組水內冷。冷卻組合方式：

①定、轉子繞組和定子鐵心均氫外冷；②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)；③定、轉子繞組水內冷，定子鐵心氫冷(水一水一氫)；④定、轉子繞組水內冷、定子鐵心空冷(水一水一空)。11.1同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值三、同步發(fā)電機的額定值1．額定功率（kW、MW）：額定運行時發(fā)電機的輸出電功率。2．額定電壓（V、kV）：額定運行時定子三相繞組上的線電壓。3．額定電流（A、kA）：額定運行時流過定子繞組的線電流。4.額定頻率HZ5．額定功率因數(shù):額定運行時輸出有功功率和視在功率比值。6.額定轉速(r/min):額定運行時的轉速，為同步轉速。額定值關系：

11.1同步發(fā)電機的工作原理、分類與額定值11.2同步發(fā)電機的基本結構汽輪發(fā)電機外形汽輪發(fā)電機轉子汽輪發(fā)電機定子水輪發(fā)電機外形水輪發(fā)電機轉子11.2同步發(fā)電機的基本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。一、定子（電樞）1.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。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。2.電樞繞組雙層疊繞組，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。機座、端蓋、軸承、軸承座及電刷等。11.2同步發(fā)電機的基本結構三相繞組結構示意圖11.2同步發(fā)電機的基本結構由轉子鐵心、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。二、轉子1．轉子鐵心是磁路的一部分，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。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。11.2同步發(fā)電機的基本結構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3．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。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。電刷和滑環(huán)將直流勵磁電流引入到轉子勵磁繞組中。4．滑環(huán)(集電環(huán))11.2同步發(fā)電機的基本結構*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。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。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。三者同軸旋轉二、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。1．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(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，待電壓建起后再轉為自勵。交流主勵磁機交流副勵磁機同步發(fā)電機同軸*11.3同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)2．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,經(jīng)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,便于維護,反應速度快,目前已得到廣泛應用。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電刷和滑環(huán)引入勵磁繞組的，當勵磁電流過大時，將使滑環(huán)產(chǎn)生高溫而極易損壞。*11.3同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)三、旋轉半導體勵磁系統(tǒng)主