第11章 同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)

1、電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)第第11章章 同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)2 內(nèi)容內(nèi)容 * *11.311.3 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)11.1 11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值11.2 11.2 同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 掌握同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理、類型和額定值。掌握同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理、類型和額定值。 了解同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及各主要部件的作用。了解同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及各主要部件的作用。 了解同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)。了解同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)。 要求要求 同步發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理圖同步發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理圖4

2、11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值一、同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理 定子：三相對(duì)稱繞組：定子：三相對(duì)稱繞組：U1-U2、V1-V2、W1-W2 轉(zhuǎn)子：磁極鐵心、勵(lì)磁繞組。轉(zhuǎn)子：磁極鐵心、勵(lì)磁繞組。 勵(lì)磁繞組通入直流電流，建立轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。勵(lì)磁繞組通入直流電流，建立轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。 原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 n 勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)切勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)切割定子三相繞組，在三相繞組中感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)。割定子三相繞組，在三相繞組中感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)。 120由于定子三相繞組在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(dòng)勢(shì)在時(shí)間上互差所以三相電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間上互差

3、120電角度。電角度。 1感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子極弧形狀，使設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率 ZH60=pnf極對(duì)數(shù)極對(duì)數(shù) p123456 n（r/min）300015001000750600500為了發(fā)出為了發(fā)出50H50HZ Z交流電，同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù)關(guān)系交流電，同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù)關(guān)系3三相電動(dòng)勢(shì)的大小和相序三相電動(dòng)勢(shì)的大小和相序01144.4=wkfNE大?。捍笮。合嘈颍号c轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，即

4、相序由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。相序：與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，即相序由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值二、同步發(fā)電機(jī)的分類1按結(jié)構(gòu)型式分按結(jié)構(gòu)型式分 隱極式隱極式 凸極式凸極式 旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)磁極式 旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)電樞式 旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)電樞式（小容量同步電機(jī)采用）（小容量同步電機(jī)采用）旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)磁極式（大容量同步電機(jī)采用）（大容量同步電機(jī)采用）隱極式（火電機(jī)組）隱極式（火電機(jī)組）凸極式（水電機(jī)組）凸極式（水電機(jī)組）11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值 2按原動(dòng)機(jī)類型分按原動(dòng)機(jī)類型分 2p =2，n=3000r/min；隱極轉(zhuǎn)子，細(xì)長(zhǎng)，臥式安裝；隱極轉(zhuǎn)子，細(xì)長(zhǎng)，臥式安裝；用

5、在火力發(fā)電廠中。用在火力發(fā)電廠中。 汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)：原動(dòng)機(jī)為汽輪機(jī)。：原動(dòng)機(jī)為汽輪機(jī)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)：原動(dòng)機(jī)為水輪機(jī)。：原動(dòng)機(jī)為水輪機(jī)。極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低，幾十轉(zhuǎn)到數(shù)百轉(zhuǎn)；極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低，幾十轉(zhuǎn)到數(shù)百轉(zhuǎn)；凸極轉(zhuǎn)子，短粗，立式安裝；凸極轉(zhuǎn)子，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(diǎn)：特點(diǎn)：柴油發(fā)電機(jī)柴油發(fā)電機(jī)：原動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)。：原動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)。n=5001500r/min；容量較??；容量較??；主要作為自備電源、移動(dòng)電源。主要作為自備電源、移動(dòng)電源。特點(diǎn)：特點(diǎn)：11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值水輪發(fā)電機(jī)工作原理圖水輪發(fā)電機(jī)工作原理圖上游水上游水水輪

6、發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)下游水下游水水輪機(jī)水輪機(jī)11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子水輪機(jī)水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值同步發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖同步發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值同步發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖同步發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值3按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分 空氣冷卻空氣冷卻( (空冷空冷) )：主要采用內(nèi)扇式軸向和徑向混合通風(fēng)系統(tǒng)。：主要采用內(nèi)扇式軸向和徑向混合通風(fēng)系統(tǒng)。 氫氣冷卻氫氣冷卻( (氫冷氫冷) )：定、轉(zhuǎn)子繞組采用空心導(dǎo)線，將氫氣壓縮進(jìn)導(dǎo)體帶走熱量。

7、：定、轉(zhuǎn)子繞組采用空心導(dǎo)線，將氫氣壓縮進(jìn)導(dǎo)體帶走熱量。 水水 冷冷 卻卻( (水冷水冷) )：主要是定子繞組水內(nèi)冷。：主要是定子繞組水內(nèi)冷。冷卻組合方式冷卻組合方式： 定、轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵心均氫外冷；定、轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵心均氫外冷； 定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、定轉(zhuǎn)子鐵心氫外冷定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、定轉(zhuǎn)子鐵心氫外冷( (水一氫一氫水一氫一氫) )； 定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，定子鐵心氫冷定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，定子鐵心氫冷( (水一水一氫水一水一氫) )； 定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷、定子鐵心空冷定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷、定子鐵心空冷( (水一水一空水一水一空) )。11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類

8、與額定值三、同步發(fā)電機(jī)的額定值 1 1額定功率額定功率NP（kW、MW）：）：額定運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出電功率。額定運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出電功率。2 2額定電壓額定電壓NU（V、kV）：）：額定運(yùn)行時(shí)定子三相繞組上的線電壓。額定運(yùn)行時(shí)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(yùn)行時(shí)流過(guò)定子繞組的線電流。額定運(yùn)行時(shí)流過(guò)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(shù)額定功率因數(shù)Ncos: : 額定運(yùn)行時(shí)輸出有功功率和視在功率比值。額定運(yùn)行時(shí)輸出有功功率和視在功率比值。 6. 6. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速Nn(r/min): (r/min): 額定運(yùn)

9、行時(shí)的轉(zhuǎn)速，為同步轉(zhuǎn)速。額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，為同步轉(zhuǎn)速。NNNNIUPcos3=額定值關(guān)系：額定值關(guān)系： 11.1 同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值11.2 同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)外形汽輪發(fā)電機(jī)外形 汽汽輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子 汽汽輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)定定子子 水水輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)外外形形水水輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子 11.2 同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)相同，由定子鐵心、電樞繞組、機(jī)座和端蓋等組成。其結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)相同，由定子鐵心、電樞繞組、機(jī)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(nèi)圓槽安放電樞繞組。是磁路的

10、一部分，由硅鋼片疊裝而成。內(nèi)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(fēng)溝，以利于散熱。定子鐵心沿軸向每隔一段，留有徑向通風(fēng)溝，以利于散熱。 大型同步發(fā)電機(jī)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(jī)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(shí)心導(dǎo)線，空心與實(shí)心導(dǎo)線組合繞組，加強(qiáng)冷卻。采用實(shí)心導(dǎo)線，空心與實(shí)心導(dǎo)線組合繞組，加強(qiáng)冷卻。機(jī)座、端蓋、軸承、軸承座及電刷等。機(jī)座、端蓋、軸承、軸承座及電刷等。11.2 同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相繞組結(jié)構(gòu)示意圖三相繞組結(jié)構(gòu)示意

11、圖11.2 同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子鐵心、勵(lì)磁繞組、阻尼繞組、護(hù)環(huán)和中心環(huán)、滑環(huán)和風(fēng)扇等組成。由轉(zhuǎn)子鐵心、勵(lì)磁繞組、阻尼繞組、護(hù)環(huán)和中心環(huán)、滑環(huán)和風(fēng)扇等組成。二、轉(zhuǎn)子 1轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 是磁路的一部分，固定勵(lì)磁繞組和阻尼繞組作用。是磁路的一部分，固定勵(lì)磁繞組和阻尼繞組作用。 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心由高機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)磁性能好的整塊合金鋼鍛造而成。汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心由高機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)磁性能好的整塊合金鋼鍛造而成。 轉(zhuǎn)子圓周上大齒，做為發(fā)電機(jī)的主磁極，轉(zhuǎn)子圓周上大齒，做為發(fā)電機(jī)的主磁極， 其余開(kāi)口槽部分安放勵(lì)磁繞組。其余開(kāi)口槽部分安放勵(lì)磁繞組。11.2 同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由扁銅線繞成同心式繞組。槽內(nèi)導(dǎo)

12、體靠槽楔壓緊，端部用合金鋼護(hù)環(huán)固定。由扁銅線繞成同心式繞組。槽內(nèi)導(dǎo)體靠槽楔壓緊，端部用合金鋼護(hù)環(huán)固定。2勵(lì)磁繞組勵(lì)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(dāng)于異步機(jī)的籠形繞組。由銅條和端環(huán)焊接而成，是短路繞組。相當(dāng)于異步機(jī)的籠形繞組。 在同步發(fā)電機(jī)中，阻尼繞組起抑制轉(zhuǎn)子機(jī)械振蕩作用；在同步發(fā)電機(jī)中，阻尼繞組起抑制轉(zhuǎn)子機(jī)械振蕩作用； 在同步電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)中，作為起動(dòng)繞組。在同步電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)中，作為起動(dòng)繞組。電刷和滑環(huán)將直流電刷和滑環(huán)將直流勵(lì)磁電流引入到轉(zhuǎn)勵(lì)磁電流引入到轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中。子勵(lì)磁繞組中。4 4滑環(huán)滑環(huán)( (集電環(huán)集電環(huán)) )11.2 同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)*11.

13、3 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)是由轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通入直流電流建立的。同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)是由轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通入直流電流建立的。提供勵(lì)磁電流的裝置稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。主要有三種：提供勵(lì)磁電流的裝置稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。主要有三種： 一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源向同步發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流。用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源向同步發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流。主勵(lì)磁機(jī)（他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)）供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流；主勵(lì)磁機(jī)（他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)）供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流；副勵(lì)磁機(jī)（并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)）供給主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流。副勵(lì)磁機(jī)（并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)）供給主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流。三者同軸旋轉(zhuǎn)三者同軸旋轉(zhuǎn)二、靜止半導(dǎo)體勵(lì)

14、磁系統(tǒng)整流器是靜止的。分為：他勵(lì)式、自勵(lì)式。整流器是靜止的。分為：他勵(lì)式、自勵(lì)式。1他勵(lì)式他勵(lì)式發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，由主勵(lì)磁機(jī)（旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)）發(fā)出的交流經(jīng)整流后供給。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，由主勵(lì)磁機(jī)（旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)）發(fā)出的交流經(jīng)整流后供給。主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，由副勵(lì)磁機(jī)（中頻同步發(fā)電機(jī)）發(fā)出的交流經(jīng)整流后供給。主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，由副勵(lì)磁機(jī)（中頻同步發(fā)電機(jī)）發(fā)出的交流經(jīng)整流后供給。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，開(kāi)始時(shí)由外部直流電源供給，待電壓建起后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，開(kāi)始時(shí)由外部直流電源供給，待電壓建起后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)。交流主勵(lì)磁機(jī)交流主勵(lì)磁機(jī)交流副勵(lì)磁機(jī)交流副勵(lì)磁機(jī)同同 步步 發(fā)發(fā) 電電 機(jī)機(jī)同軸同軸*11.

15、3 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)2自勵(lì)式自勵(lì)式發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，由勵(lì)磁變壓器取自自身輸出端發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，由勵(lì)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。經(jīng)三相可控硅整流變換為直流后提供。這種勵(lì)磁系統(tǒng)沒(méi)有旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁機(jī)這種勵(lì)磁系統(tǒng)沒(méi)有旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁機(jī), 便于維護(hù)便于維護(hù), 反應(yīng)速度快反應(yīng)速度快, 目前已得到廣泛應(yīng)用。目前已得到廣泛應(yīng)用。靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)缺點(diǎn)：靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)缺點(diǎn)：由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流是通過(guò)由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流是通過(guò)電刷和滑環(huán)引入勵(lì)磁繞組的，電刷和滑環(huán)引入勵(lì)磁繞組的，當(dāng)勵(lì)磁電流過(guò)大時(shí)，將使滑當(dāng)勵(lì)磁電流過(guò)大時(shí)，將使滑環(huán)產(chǎn)生高溫而極易損壞。環(huán)產(chǎn)生高溫而極易損壞。*11.3 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)三、旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)主勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的三相交流電經(jīng)過(guò)整流后直接送入發(fā)電機(jī)勵(lì)磁