CH14 同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理1

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1、昆明石林同步電機(jī)篇9/21/20211同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系同步發(fā)電機(jī)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)的特性同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行本篇主要內(nèi)容9/21/20212概述同步電機(jī)：交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)。用途：主要作發(fā)電機(jī)用，也可作電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)具有恒速要求的機(jī)械，還可作調(diào)相機(jī)，向電力系統(tǒng)發(fā)出無(wú)功功率，用于改善電力系統(tǒng)的功率因數(shù)及調(diào)整電網(wǎng)電壓?，F(xiàn)代發(fā)電廠中所發(fā)出的交流電能幾乎全部是同步發(fā)電機(jī)發(fā)出，盡管目前有其他發(fā)電型式，如磁流體發(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電等，但電力系統(tǒng)中仍是同步發(fā)電機(jī)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。9/21/20213同步電機(jī)指電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1相同的交流電機(jī)。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速：n=60f1/pf1

2、--電網(wǎng)頻率。概述9/21/20214第十四章三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)9/21/20215本章主要內(nèi)容第一節(jié)三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理及分類第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)大型同步發(fā)電機(jī)的基本系統(tǒng)第四節(jié)同步發(fā)電機(jī)的型號(hào)與額定值9/21/20216三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)(synchronousgenerator)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔艿脑O(shè)備。在火電廠，發(fā)電機(jī)用汽輪機(jī)作原動(dòng)機(jī)，稱為汽輪發(fā)電機(jī)；在核電站是以核反應(yīng)堆來(lái)代替火電站的鍋爐，原動(dòng)機(jī)仍然是汽輪機(jī)；在水電廠，發(fā)電機(jī)用水輪機(jī)作原動(dòng)機(jī)，稱為水輪發(fā)電機(jī)；有的地方用柴油機(jī)用作原動(dòng)機(jī)，稱為

3、柴油發(fā)電機(jī)。9/21/20217SNnIf三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)基本工作原理：導(dǎo)體切割磁力線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子上有磁極和勵(lì)磁繞組，產(chǎn)生磁場(chǎng)。定子（又叫電樞）：固定的部分，定子鐵心上有齒和槽，槽內(nèi)設(shè)置有繞組，是切割磁場(chǎng)的導(dǎo)體。氣隙：定轉(zhuǎn)子之間有氣隙。動(dòng)畫(huà)9/21/20218三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理定子：有三相定子繞組，每相結(jié)構(gòu)完全相同，它們?cè)诳臻g上互差120°電角度對(duì)稱分布放置在定子鐵心槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子：有p對(duì)磁極，磁極上有直流勵(lì)磁繞組，當(dāng)直流電流通過(guò)電刷和滑環(huán)流入轉(zhuǎn)子繞組后，產(chǎn)生主磁通，主磁通由N極經(jīng)氣隙，定子鐵心，再經(jīng)氣隙進(jìn)入

4、S極，構(gòu)成主磁路。9/21/20219同步電機(jī)與異步電機(jī)的根本區(qū)別是旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子通入直流電流勵(lì)磁轉(zhuǎn)子通直流電流If勵(lì)磁磁場(chǎng)Bf電樞感應(yīng)電勢(shì)隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度ωSNnea三相對(duì)稱負(fù)載運(yùn)行時(shí)旋轉(zhuǎn)基波磁勢(shì)Fa三相對(duì)稱電樞電流iabc(同步電機(jī))ebecIf三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理9/21/202110定子外接負(fù)載，形成回路，有三相電流。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能定子繞組三相感應(yīng)電勢(shì)三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理9/21/202111交流電勢(shì)頻率f的確定當(dāng)轉(zhuǎn)子為1對(duì)磁極時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中感應(yīng)電勢(shì)變化一個(gè)周期；當(dāng)同步發(fā)電機(jī)有p對(duì)極時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電勢(shì)交變p個(gè)周期。

5、當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為每分n轉(zhuǎn)時(shí)，交變電勢(shì)頻率為：三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理9/21/202112交流電勢(shì)頻率f的確定結(jié)論：同步發(fā)電機(jī)定子繞組感應(yīng)電勢(shì)的頻率取決于它的極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n。同步發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)一定時(shí)，轉(zhuǎn)速與電樞電勢(shì)的頻率有嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)電力系統(tǒng)頻率f一定，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為恒定值，這是同步發(fā)電機(jī)的主要特點(diǎn)。三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理9/21/202113結(jié)論：我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz，所以同步發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)速成反比。汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，極對(duì)數(shù)較少，如轉(zhuǎn)速n=3000r/min，則極對(duì)數(shù)p=1。水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，極對(duì)數(shù)較多，如轉(zhuǎn)速n=125r/min，

6、則極對(duì)數(shù)p=24。三相同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理9/21/202114按運(yùn)行方式不同分為：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)。按結(jié)構(gòu)形式不同分為：電樞旋轉(zhuǎn)式（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)樞式）和磁極旋轉(zhuǎn)式（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)場(chǎng)式）。磁極旋轉(zhuǎn)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。同步電機(jī)的類型按原動(dòng)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(yáng)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。9/21/202115第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造同步電機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)，根據(jù)磁極形狀可分為隱極和凸極兩種型式。凸極同步電機(jī)氣隙不

7、均勻，適合于中速或低速旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合。隱極同步電機(jī)在不考慮齒槽效應(yīng)時(shí)，氣隙均勻，適合于高速旋轉(zhuǎn)。9/21/2021161—定子2—凸極式轉(zhuǎn)子氣隙不均勻，極弧底下氣隙較小，極間部分較大。凸極式電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)9/21/202117轉(zhuǎn)子上沒(méi)有凸出的磁極，氣隙均勻，轉(zhuǎn)子呈圓柱形。1—定子3—隱極式轉(zhuǎn)子隱極式電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)9/21/202118電源頻率固定，采用轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)速有關(guān)?；痣姀S和核電站的汽輪機(jī)拖動(dòng)的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子宜作成細(xì)而長(zhǎng)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

8、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(dòng)的發(fā)電