《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 4.1.2 同步電機(jī)結(jié)構(gòu)

同步電機(jī)結(jié)構(gòu)同步電機(jī)

同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種,因其轉(zhuǎn)速恒等于同步速機(jī)時得名,主要用作發(fā)電機(jī)，也可用作電動機(jī)。同步電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，主要用于拖動功率較大，轉(zhuǎn)速不要求調(diào)節(jié)的生產(chǎn)機(jī)械，如大型水泵、空氣壓縮機(jī)、礦井通風(fēng)機(jī)等。同步電機(jī)還可用作調(diào)相機(jī)，同步調(diào)相機(jī)實際上就是一臺空載運轉(zhuǎn)的同步電動機(jī)，專門向電網(wǎng)輸送感性無功功率，用來改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，以提高電網(wǎng)的運行經(jīng)濟(jì)性及電壓的穩(wěn)定性。同步電機(jī)按運行方式不同分為：發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和調(diào)相機(jī)。按結(jié)構(gòu)形式不同分為：旋轉(zhuǎn)電樞式（簡稱轉(zhuǎn)樞式）和旋轉(zhuǎn)磁極式（簡稱轉(zhuǎn)場式）。旋轉(zhuǎn)磁極式按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又分為凸極式和隱極式。按安裝方式不同分為：臥式和立式。

按原動機(jī)類型不同分為：汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)等等。按冷卻介質(zhì)不同分為：空氣冷卻、氫氣冷卻、水冷卻等。同步電機(jī)分類旋轉(zhuǎn)電樞式：磁極裝在定子上，用于小容量同步電機(jī)中。旋轉(zhuǎn)磁極式：磁極裝在轉(zhuǎn)子上，為大中型同步電機(jī)的基本形式。隱極式：轉(zhuǎn)子圓柱形，氣隙均勻，轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高，勵磁繞組固定容易，適合于高速發(fā)電機(jī)。凸極式：有明顯的凸出的磁極，氣隙不均勻，制作簡單，適合于低速發(fā)電機(jī)。凸極式和隱極式電機(jī)結(jié)構(gòu)凸極式和隱極式電機(jī)應(yīng)用場合

當(dāng)電源頻率固定，采用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)速有關(guān)。火電廠和核電站的汽輪機(jī)拖動的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子宜作成細(xì)而長的隱極式，這種發(fā)電機(jī)通常稱為汽輪發(fā)電機(jī)。

核電站用的汽輪發(fā)電機(jī)在構(gòu)造上與常規(guī)火電站用的大同小異，所不同的是由于蒸汽壓力和溫度都較低，所以同等功率機(jī)組的汽輪機(jī)體積比常規(guī)火電站的大。

水輪機(jī)拖動的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速低，因而要求有較多的磁極，轉(zhuǎn)子宜作成短而胖的凸極式。定子鐵芯：采用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，構(gòu)成電機(jī)主磁路。機(jī)座：鋼板焊接面成，有足夠的強(qiáng)度和鋼度。電樞繞組：三相對稱繞組，采用多股導(dǎo)線整體成型，產(chǎn)生電樞磁場并感應(yīng)電樞電動勢。定子轉(zhuǎn)子鐵心：采用整塊的含鉻、鎳和鉬的合金鋼鍛成。護(hù)環(huán)：保護(hù)勵磁繞組受離心力時不甩出。勵磁繞組：銅線制成，通入直流電形成主極磁場?；h(huán)：引勵磁電流經(jīng)電刷、滑環(huán)進(jìn)入勵磁繞組。中心環(huán)：支持護(hù)環(huán)，阻止勵磁繞組軸向移動。轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)定子國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子定子包括：定子鐵心、定子繞組、機(jī)座、端蓋等。（1）定子鐵心

定子鐵心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的電工鋼片疊成，用以構(gòu)成電機(jī)主磁路。各段疊片間有寬約10mm的通風(fēng)槽，以改善定子鐵心散熱。在鐵芯內(nèi)圓均勻分布著許多槽，用來嵌放定子線圈，每相繞組由多個整體成型的線圈組成，按一定規(guī)律排列。

汽輪發(fā)電機(jī)定子（2）定子繞組

也稱電樞繞組，一般采用雙層三相對稱繞組。大型電機(jī)定子電流極大，繞組導(dǎo)線截面大。為減小導(dǎo)體集膚效應(yīng)帶來的附加損耗，定子繞組常由多股截面15平方毫米以下的扁銅線并繞而成。汽輪發(fā)電機(jī)定子定子繞組端部繞組端部接頭機(jī)座的作用：固定和支撐定子鐵心及定子繞組等部件，通過機(jī)座將整個定子安裝、固定在基礎(chǔ)上。汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)座一般采用鋼板焊接而成，對機(jī)座的要求，除了使安裝、運輸方便外，還需要有足夠的強(qiáng)度和剛度，正常和故障時能承受可能發(fā)生的最大應(yīng)力，保證不產(chǎn)生不允許的變形。端蓋的作用：保護(hù)定子和轉(zhuǎn)子的端部，使電機(jī)內(nèi)形成一個與外界隔絕的風(fēng)路系統(tǒng)。

端蓋一般用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，也可采用灰鑄鐵或硅鋁合金鑄件，中等容量的電機(jī)端蓋也有采用玻璃鋼壓制的，有足夠的剛度。（3）機(jī)座和端蓋汽輪發(fā)電機(jī)定子汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子功能：傳遞原動機(jī)供給的機(jī)械能、支撐旋轉(zhuǎn)的勵磁線圈、形成良好的磁通路徑和轉(zhuǎn)子散熱通道，因此對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、材料和加工工藝要求較高。

轉(zhuǎn)子鐵心一般采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛制，鐵心上開有兩組對稱的槽，槽與槽之間的部分稱為齒，有兩個齒特別寬稱為大齒，其余的叫小齒。小齒嵌放勵磁線圈，大齒形成磁極。大型電機(jī)為了加強(qiáng)轉(zhuǎn)子表面冷卻，大齒區(qū)也開有一些較小的槽并不安放線圈，只作通風(fēng)用，這種槽稱為通風(fēng)槽。（1）轉(zhuǎn)子鐵心汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子（2）轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子勵磁繞組由多個線圈組成，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽中，多個線圈串聯(lián)起來組成轉(zhuǎn)子繞組，通過電刷與外電路連接，通入直流電形成主極磁場。汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的端部在高速旋轉(zhuǎn)中將承受巨大的離心力，并在通過勵磁電流時產(chǎn)生熱膨脹，造成徑向和軸向位移．護(hù)環(huán)用來套在轉(zhuǎn)子繞組瑞部外面，防止徑向位移，而中心環(huán)則用來阻止軸向位移。為了避免因護(hù)環(huán)偏心引起的振動以及因轉(zhuǎn)子表面感應(yīng)電流引起配合面上的電灼傷，要求護(hù)環(huán)與轉(zhuǎn)子本體、護(hù)環(huán)與中心環(huán)之間有較緊密的配合。

（3）護(hù)環(huán)和中心環(huán)

通風(fēng)口護(hù)環(huán)中心環(huán)風(fēng)扇汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)與電刷：將直流電引入到轉(zhuǎn)動的勵磁繞組?；h(huán)（或稱集電環(huán)）一般用耐磨的鍛鋼制成，表面進(jìn)行硬度處理，加工完的滑環(huán)表面要求光潔。汽輪發(fā)電機(jī)一般采用石墨或電化石墨電刷。雖然每種電刷以石墨粉作為主要原料，但是含量和工藝的不同，在導(dǎo)電率、比重、硬度、強(qiáng)度、伏安特性等方面有不同的性能。為使兩滑環(huán)磨損均勻，在運行中要定期改變滑環(huán)的極性。電刷放在刷盒內(nèi)，刷盒內(nèi)有彈簧給電刷一個均勻的壓力，以防止電刷正運行時發(fā)生振動，使其與滑環(huán)間保持有良好的滑動接觸。（4）滑環(huán)與電刷汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子線圈裝配發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子裝配汽輪發(fā)電機(jī)的裝配汽輪發(fā)電機(jī)的裝配發(fā)電機(jī)總裝汽輪發(fā)電機(jī)的裝配水輪發(fā)電機(jī)(1)立式水輪發(fā)電機(jī)(2)臥式水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機(jī)定子分段鐵心水輪發(fā)電機(jī)三峽電站發(fā)電機(jī)定子三峽電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子三峽電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(1100t)葛洲壩電站主發(fā)電機(jī)

重792t、直徑為16.9m的1、2＃發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機(jī)運行現(xiàn)場1、為什么大容量同步電機(jī)采用磁極旋轉(zhuǎn)式而不用電樞旋轉(zhuǎn)式？答

由于勵磁繞組電流相對較小，電壓低，放在轉(zhuǎn)子上引出較方便。電樞繞組電壓高、容量大，放在轉(zhuǎn)子上使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、引出不方便。故大容量電機(jī)將電樞繞組作為定子，磁極作為轉(zhuǎn)子，為旋轉(zhuǎn)磁極式。2、為什么同步電機(jī)的氣隙要比容量相同的感應(yīng)電機(jī)的大？答

感應(yīng)電機(jī)的勵磁電流由電源供給，需要從電網(wǎng)吸取感性無功功率，如果氣隙大，則勵磁電流大，電機(jī)的功率因數(shù)低，因此在機(jī)械允許的條件下，氣隙要盡量小一些。同步電機(jī)的氣隙磁場由轉(zhuǎn)子電流和定子電流共同激勵，從同步電機(jī)運行穩(wěn)定性考慮，氣隙大，同步電抗小，短路比大，運行穩(wěn)定性高。但氣隙大，轉(zhuǎn)子用銅量增大，制造成本增加。氣隙大小的選擇要綜合考慮運行性能和制造成本這兩方面的要求。

鞏固與提高3、什么是感應(yīng)調(diào)壓器？答：是一臺靜止的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，其轉(zhuǎn)子繞組聯(lián)結(jié)成星形，并作