电机学第11章-同步发电机的基本工作原理和结构

[内容]

*11.3

同步发电机的励磁系统11.1同步发电机的工作原理、分类与额定值11.2同步发电机的基本结构掌握同步发电机的基本工作原理、类型和额定值。了解同步发电机的基本结构及各主要部件的作用。了解同步发电机的励磁系统。[要求]11.1同步发电机的工作原理、分类与额定值一、同步发电机的基本工作原理

定子：三相对称绕组：U1-U2、V1-V2、W1-W2

转子：磁极铁心、励磁绕组。励磁绕组通入直流电流，建立转子磁场。原动机拖动转子以转速n匀速旋转时，转子磁场切割定子三相绕组，在三相绕组中感应出交变电动势。

由于定子三相绕组在空间位置上互差电角度，所以三相电动势在时间上互差电角度。

1．感应电动势的波形设计适当的转子极弧形状，使B沿气隙正弦分布，可得到正弦波形的e。的波形取决于的波形。

2．感应电动势的频率极对数

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n（r/min）300015001000750600500为了发出50HZ交流电，同步发电机转速与极对数关系3．三相电动势的大小和相序大小：相序：与转子转向一致，即相序由转子的转向决定。二、同步发电机的分类1．按结构型式分

隐极式凸极式旋转磁极式旋转电枢式~旋转电枢式（小容量同步电机采用）旋转磁极式（大容量同步电机采用）隐极式（火电机组）凸极式（水电机组）

2．按原动机类型分2p=2，n=3000r/min隐极转子，细长，卧式安装用在火力发电厂中

汽轮发电机：原动机为汽轮机。

特点：水轮发电机：原动机为水轮机。极数多，转速低，几十转到数百转凸极转子，短粗，立式安装用在水力发电厂中特点：柴油发电机：原动机为柴油机。n=500~1500r/min容量较小主要作为自备电源、移动电源特点：3．按冷却介质和冷却方式分

空气冷却(空冷)：主要采用内扇式轴向和径向混合通风系统。

氢气冷却(氢冷)：定、转子绕组采用空心导线，将氢气压缩进导体带走热量。水冷却(水冷)：主要是定子绕组水内冷。冷却组合方式：

①定、转子绕组和定子铁心均氢外冷；②定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定转子铁心氢外冷(水一氢一氢)；③定、转子绕组水内冷，定子铁心氢冷(水一水一氢)；④定、转子绕组水内冷、定子铁心空冷(水一水一空)。三、同步发电机的额定值

1．额定功率（kW、MW）：额定运行时发电机的输出电功率。2．额定电压（V、kV）：额定运行时定子三相绕组上的线电压。3．额定电流（A、kA）：额定运行时流过定子绕组的线电流。4.额定频率HZ

5．额定功率因数:额定运行时输出有功功率和视在功率比值。

6.额定转速(r/min):额定运行时的转速，为同步转速。额定值关系：

11.2同步发电机的基本结构汽轮发电机外形

汽轮发电机转子水轮发电机转子水轮发电机外形汽轮发电机定子其结构与异步电机相同，由定子铁心、电枢绕组、机座和端盖等组成。一、定子（电枢）

1.定子铁心是磁路的一部分，由硅钢片叠装而成。内圆槽安放电枢绕组。定子铁心沿轴向每隔一段，留有径向通风沟，以利于散热。大型同步发电机定子铁心由扇形片拼合叠装成定子铁心。2.电枢绕组双层叠绕组，由扁铜线绕制成型后，包以绝缘而成。采用实心导线，空心与实心导线组合绕组，加强冷却。机座、端盖、轴承、轴承座及电刷等。由转子铁心、励磁绕组、阻尼绕组、护环和中心环、滑环和风扇等组成。二、转子

1．转子铁心是磁路的一部分，固定励磁绕组和阻尼绕组作用。汽轮发电机转子铁心由高机械强度和导磁性能好的整块合金钢锻造而成。转子圆周上大齿，做为发电机的主磁极，其余开口槽部分安放励磁绕组。由扁铜线绕成同心式绕组。槽内导体靠槽楔压紧，端部用合金钢护环固定。2．励磁绕组3．阻尼绕组由铜条和端环焊接而成，是短路绕组。相当于异步机的笼形绕组。在同步发电机中，阻尼绕组起抑制转子机械振荡作用；在同步电动机和调相机中，作为起动绕组。电刷和滑环将直流励磁电流引入到转子励磁绕组中。4．滑环(集电环)*11.3同步发电机的励磁系统同步发电机运行时，转子主磁场是由转子励磁绕组通入直流电流建立的。提供励磁电流的装置称为励磁系统。主要有三种：一、直流励磁机励磁系统用直流发电机作为励磁电源向同步发电机提供励磁电流。主励磁机（他励直流发电机）供给同步发电机励磁电流；副励磁机（并励直流发电机）供给主励磁机励磁电流。三者同轴旋转二、静止半导体励磁系统整流器是静止的。分为：他励式、自励式。1．他励式发电机的励磁，由主励磁机（旋转磁极式同步发电机）发出的交流经整流后供给。主励磁机的励磁，由副励磁机（中频同步发电机）发出的交流经整流后供给。副励磁机的励磁，开始时由外部直流电源供给，待电压建起后再转为自励。交流主励磁机交流副励磁机同步发电机同轴2．自励式发电机的励磁电流，由励磁变压器取自自身输出端,经三相可控硅整流变换为直流后提供。这种励磁系统没有旋转的励磁机,便于维护,反应速度快,目前已得到广泛应用。静止半导体励磁系统缺点：由于发电机励磁电流是通过电刷和滑环引入励磁绕组的，当励磁电流过大时，将使滑环产生高温而极易损坏。三、旋转半导体励磁系统主励