第十二章_同步电机的基本类型和基本结构

2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,1,第十二章 同步电机的基本类型和结构,12-2 同步电机的基本结构,12-3 同步电机的励磁方式(略),12-4 同步电机的额定值及其主要系列,12-1 同步电机的基本类型,第十二章 同步电机的基本类型和结构,12-2 同步电机的基本结构,12-3 同步电机的励磁方式(略),12-4 同步电机的额定值及其主要系列,12-1 同步电机的基本类型,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,2,本章基本要求：,1. 通过比较同步电机和异步电机结构的异同点，了解同步电机的构造，特别注意同步电机的转子结构形式。,2. 了解同步电机的工作原理、分类。,3. 熟练掌握同步电机的额定值的计算。,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,3,同步电机和直流电机、异步电机一样，也是根据电磁感应原理而工作的一种旋转电机，它是交流电机。,概述,同步电机主要用作发电机，现在全世界的发电量几乎都是由同步发电机发出，对于需要直流电流的地方，如今的趋势也多从交流通过整流装置而获得。,异步电动机因结构简单，运行可靠而得到广泛应用，但它需从电网上吸取滞后的无功电流作为励磁电流，使电网功率因数降低，发电站的装机容量得不到充分利用；,当同步电机作为电动机时，可通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数，因此对于不需调速的大型电动机，一般都采用同步电动机。,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,4,12-1 同步电机的类型,一、同步发电机的工作原理,1. 工作原理：同步电机定子上有AX、BY、CZ三相对称绕组，转子上有磁极。如图所示。,N S,定子,转子,励磁 绕组,如用原动机拖动发电机沿顺时针方向恒速旋转，则磁极的磁力线将切割定子绕组的导体，在定子导体中就会感应出交变电势；,设主极磁场的磁密沿气隙圆周按正弦规律分布，则导体内电势也随时间按正弦规律变化。,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,5,设A相电势的初相位为零，则三相电势的瞬时值为,同步电机的类型,2. 电势频率的确定,当转子为一对极时，转子转一周，绕组中的感应电势正好交变一次，当电机中有p对极时，则转子转一周，绕组中的感应电势变化p次，而转子每分钟转n圈，因此电势的频率为,如果作为电动机运行，则需要在定子绕组中通过三相交流电流，产生旋转磁场，磁场转速,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,6,同步电机的类型,这时转子绕组加上直流励磁，则转子将在定子旋转磁场的带动下，沿定子磁场的旋转方向以相同的转速旋转。,3. 同步电机的特点:,（1）转子的转速n与电网频率f之间具有固定不变的关系，转速n称为同步转速。,（2）若电网的频率不变，则同步电机的转速恒为常值而与负载的大小无关。,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,7,二、同步电机的基本类型,同步电机可以按运行方式和结构形式进行分类。,1. 按运行方式和功率转换方式,同步电机,发电机,电动机,调相机,2. 按结构形式,同步电机,旋转电枢式,旋转磁极式,同步电机的类型,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,8,按照磁极的形状又可分为隐极式和凸极式,N S,+ ,+ ,N S,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,9,励磁机,发电机,水轮机,卧式、立式。 按原动机的不同： 汽轮发电机、水轮发电机。,按安装方式的不同：,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,10,小浪底电站水轮机组安装,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,11,三峡电站首台机组安装,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,12,水力发电厂,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,13,火力发电厂,5.2 三相同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,14,燃烧室,燃料,锅炉的炉膛,循环水,汽轮机,发电机,3000 r/min,升压变压器,超热高压蒸汽,电能输出,电能的产生,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,15,三相同步电机,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,16,同步电机,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,17,12-2 同步电机的基本结构,(2) 转子(隐极式),由硅钢片叠成。 对称三相绕组。,定子铁心： 定子绕组： 机座和端盖等。,转子铁心： 由整块铸（锻）钢制成。 励磁绕组： 工作时施加直流励磁。 阻尼绕组和转轴等。,阻尼绕组,(1) 定子（电枢）,转子 (凸极式),磁极、磁轭、转子支架、阻尼绕组等组成,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,18,同步电机的基本结构,一、隐极同步电机的基本结构,1. 定子,隐极同步电机都采用卧式结构,隐极式的定子与异步电机的基本相同。,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,19,汽轮发电机结构,定子铁心,同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,20,同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,21,同步电机的基本结构,2. 转子：由转子铁心、励磁绕组、护环、中心环、滑环及风扇等部件组成。,转子铁心的材料：既要求有良好的导磁性能，又需要有很高的机械强度，一般都采用整块的高机械强度和良好导磁性能的合金钢锻成，与转轴锻成一个整体。,沿转子铁心表面铣有槽以放置励磁绕组。在一个极距内约有1/3部分没有开槽，叫大齿。大齿的中心实际上就是磁极中心。,励磁绕组：是由扁铜线绕成的同心式线圈。由于隐极电机转速很高，因此励磁绕组在槽内需用不导磁高强度的硬铝槽楔压紧。端部套上用高强度非磁性钢锻成的护环。,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,22,同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,23,汽轮发电机的转子,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,24,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,25,凸极同步电机,推力轴承装在转子上边的上机架上，整个转子是以一种悬吊状态转动,推力轴承装在转子下边的机架上，整个转子是以一种被托架着的状态转动,二、凸极同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,26,1. 定子,定子结构一般和隐极同步电机相同。,大容量的水轮发电机，由于定子直径太大，通常把它分成几瓣，分别制造后，再运到电站拼装成一整体。,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,27,发电机定子总装配,发 电 机 定 子 铁 芯,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,28,定子绕组设计为三相双层波形绕组，每相5支路并联，共1080根罗贝尔线棒组成。绕组轮换数为1814，每极每相槽数为9/4，合成节距为13,发电机定子总装,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,29,发电机定子总装配,发电机定子绕组,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,30,同步电机的基本结构,2. 转子,凸极同步电机的转子主要由磁极、励磁绕组、阻尼绕组和转轴组成。,磁极：由厚1-1.5mm的钢板冲成磁极冲片，用铆钉装成一体，磁极上套装有励磁绕组。,励磁绕组：由扁铜线绕成，各励磁绕组串联后接到集电环上。,磁极的极靴上一般还装有阻尼绕组。,阻尼绕组：由插入极靴阻尼槽内的裸铜条和端部铜环焊接而成。,磁极固定在磁轭上，磁轭常用整块钢板或铸钢做成。,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,31,同步电机的转子,同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,32,水轮发电机结构转子结构（10000kW）,同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,33,左江24MW发电机转子在吊装,同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,34,发电机转子,同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,35,发电机转子磁极,同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,36,同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,37,三、冷却问题简述,在中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。当电机的容量很大时，电机内部的损耗及发热量迅速增加，冷却问题显得格外重要，此时必须加强通风或采用其他的冷却方式。,在大型汽轮发电机中，为了提高其冷却效率，往往用氢气冷却，但氢气与空气混合后，有爆炸危险，必须有一套控制设备来保证外界空气不会渗入到电机内部。,目前在更大容量的发电机中，可以采用导线内部直接冷却。例如采用空心导体，冷却介质直接在导体中流通而把热量带走，这样能更有效地降低电机的温升。所采用的冷却介质一般有氢气及水等。,同步电机的基本结构,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,38,12-3 同步电机的励磁方式,(1) 直流励磁机励磁 励磁绕组由小型直流发电机供电。 (2) 静止整流器励磁 交流励磁机整流直流电 (3) 旋转整流器励磁 交流励磁机整流直流电励磁绕组。,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,39,12-4 同步电机的额定值及主要系列,一、同步电机的额定值,1. 额定容量SN（单位为kVA）或额定功率PN（单位为kW）指输出功率的保证值。,对同步发电机来说，额定容量SN是指出线端的额定视在功率，一般以kVA或MVA为单位；,而额定功率PN是指发电机发出的有功功率，单位为kW或MW；,对同步电动机PN是指轴上输出的机械功率，单位为kW或MW；,对同步调相机则用线端的额定无功功率来表示其容量，单位kVar、MVar。,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,40,2. 额定电压UN：是指额定运行时加在定子的三相线电压，单位V或kV；,3. 额定电流IN：是指额定运行时流过定子的线电流，单位A ；,4. 额定功率因数cosN,电机额定运行时的功率因数；,5. 额定效率N：电机额定运行时的效率；,6. 额定频率fN 我国标准工频为50Hz；,7. 额定励磁电压UfN和额定励磁电流IfN；,8. 额定温升。,对发电机来说,对电动机来说,同步电机的额定值及主要系列,2019年10月10日星期四,山东理工大学电工电子教研室weipeiyu 制作,41,同步电机的额定值及主要系列,二、同步电机的主要系列,1. TF三相同步发电机；T同步；F发电机,2QFQ、QFN、QF