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

[內(nèi)容]

*11.3

同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)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)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)的勵(lì)磁系統(tǒng)。[要求]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：U1-U2、V1-V2、W1-W2

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)。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)切割定子三相繞組，在三相繞組中感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)。

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(dòng)勢(shì)在時(shí)間上互差電角度。

1．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(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率極對(duì)數(shù)

p123456

n（r/min）300015001000750600500為了發(fā)出50HZ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)的大小和相序大小：相序：與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，即相序由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。二、同步發(fā)電機(jī)的分類1．按結(jié)構(gòu)型式分

隱極式凸極式旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式~旋轉(zhuǎn)電樞式（小容量同步電機(jī)采用）旋轉(zhuǎn)磁極式（大容量同步電機(jī)采用）隱極式（火電機(jī)組）凸極式（水電機(jī)組）

2．按原動(dòng)機(jī)類型分2p=2，n=3000r/min隱極轉(zhuǎn)子，細(xì)長，臥式安裝用在火力發(fā)電廠中

汽輪發(fā)電機(jī)：原動(dòng)機(jī)為汽輪機(jī)。

特點(diǎn)：水輪發(fā)電機(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)凸極轉(zhuǎn)子，短粗，立式安裝用在水力發(fā)電廠中特點(diǎn)：柴油發(fā)電機(jī)：原動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)。n=500~1500r/min容量較小主要作為自備電源、移動(dòng)電源特點(diǎn)：3．按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分

空氣冷卻(空冷)：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。水冷卻(水冷)：主要是定子繞組水內(nèi)冷。冷卻組合方式：

①定、轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵心均氫外冷；②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)；③定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，定子鐵心氫冷(水一水一氫)；④定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷、定子鐵心空冷(水一水一空)。三、同步發(fā)電機(jī)的額定值

1．額定功率（kW、MW）：額定運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出電功率。2．額定電壓（V、kV）：額定運(yùn)行時(shí)定子三相繞組上的線電壓。3．額定電流（A、kA）：額定運(yùn)行時(shí)流過定子繞組的線電流。4.額定頻率HZ

5．額定功率因數(shù):額定運(yùn)行時(shí)輸出有功功率和視在功率比值。

6.額定轉(zhuǎn)速(r/min):額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，為同步轉(zhuǎn)速。額定值關(guān)系：

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)轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機(jī)外形汽輪發(fā)電機(jī)定子其結(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）

1.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。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。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(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。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。轉(zhuǎn)子圓周上大齒，做為發(fā)電機(jī)的主磁極，其余開口槽部分安放勵(lì)磁繞組。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3．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。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。電刷和滑環(huán)將直流勵(lì)磁電流引入到轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中。4．滑環(huán)(集電環(huán))*11.3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。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。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。三者同軸旋轉(zhuǎn)二、靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)整流器是靜止的。分為：他勵(lì)式、自勵(lì)式。1．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。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)交流副勵(lì)磁機(jī)同步發(fā)電機(jī)同軸2．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,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)沒有旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁機(jī),便于維護(hù),反應(yīng)速度快,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)：由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流是通過電刷和滑環(huán)引入勵(lì)磁繞組的，當(dāng)勵(lì)磁電流過大時(shí)，將使滑環(huán)產(chǎn)生高溫而極易損壞。三、旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)主勵(lì)