电机学第六章同步电机第1讲幻灯片.ppt

电机学,自动化学院电气工程系罗玲324房间88431336(O)luoling2016.11,第6章主要内容,同步电机的结构和额定参数同步电机的运行原理同步发电机的运行特性同步发电机的并联运行同步电动机和调相机,第6章第1讲概述,基本工作原理结构励磁方式冷却方式额定参数,1同步电机的基本工作原理,异步电机的基本工作原理？（以电动机为例进行说明）,1同步电机的基本工作原理,定子磁场如何建立？转子磁场如何建立？定、转子磁场的关系？,异步电机的基本工作原理复习,1同步电机的基本工作原理,结构模型：,电枢：定子槽内嵌放三相对称交流绕组，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。,1同步电机的基本工作原理,结构模型：,磁极：转子铁心制成一定形状的磁极，磁极上绕有励磁绕组。,1同步电机的基本工作原理,结构模型：,气隙：气隙的长度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响,1同步电机的基本工作原理,励磁磁场建立：,转子磁极上的励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场。,1同步电机的基本工作原理,感应电动势的产生：,当励磁磁场与三相对称电枢绕组有相对运动，在电枢绕组中就有三相对称感应电动势产生。,1同步电机的基本工作原理,感应电动势的有效值：,1同步电机的基本工作原理,感应电动势的交变性如何实现？,磁场极性的交变决定了感应电动势的交变性,1同步电机的基本工作原理,磁场分布的对称性和绕组的对称性决定了感应电动势的对称性,感应电动势的对称性如何实现？,1同步电机的基本工作原理,由原动机拖动，使励磁磁场与电枢绕组相对运动，电枢绕组产生对称的交流感应电动势，通过引出线接用电负载，即实现机械能向电能的转换。-发电机,1同步电机的基本工作原理,交流电源给电枢绕组供电，产生旋转的电枢磁场，带动转子磁场旋转，通过转轴带动负载旋转，即实现电能向机械能的转换。-电动机,1同步电机的基本工作原理,同步电机的运行特点：转子的转速始终是同步转速。,1同步电机的基本工作原理,发电机：发出的电频率由原动机转速确定,电动机：转速由电枢电流频率确定,1同步电机的基本工作原理,主要用作发电机,同步电动机：纺织、造纸等,运行方式：,调相机：电网的无功补偿,2同步电机的结构,2同步电机的结构,隐极,凸极,气隙均匀，机械强度高，适于高速旋转,气隙不均匀，空气阻力大，适于中、低速旋转,2.1隐极同步电机的结构,汽轮发电机：以汽轮机为原动机的同步发电机，基本结构为隐极式,多采用具有最高同步转速的两极结构,外形细长，转子长度与直径之比：2.5-6.5,2.1隐极同步电机的结构,汽轮发电机主要部件：定子、转子、端盖和轴承,2.1隐极同步电机的结构,定子：由铁心、绕组、机座和紧固连接件构成。,2.1隐极同步电机的结构,铁心：大体上与异步电机相同，由0.35mm、0.5mm或其它厚度的电工钢片叠成。定子外径较小时，采用圆形冲片，当定子外径大于1m时，采用扇形冲片。,2.1隐极同步电机的结构,铁心：大容量电机定子铁心分组叠成。每组厚度约3-6cm，每组叠片之间有宽1cm的径向通风沟。整个定子铁心用拉紧螺杆和非导磁端压板压紧成整体后固定在机座上。,2.1隐极同步电机的结构,机座：钢板焊接结构，用于支撑定子铁心，构成所需的通风路径，要求有足够的钢度和强度，以满足加工、运输和运行过程中的受力要求。,2.1隐极同步电机的结构,电枢绕组：一般采用双层短距叠绕形式绕组电压很高，对绝缘材料和绝缘结构有特殊要求,2.1隐极同步电机的结构,电枢绕组：导体截面较大，为减少涡流损耗，采用多股并绕；且每股铜线在槽内采用特殊的循环换位形式，使电流密度分布均匀。,2.1隐极同步电机的结构,转子：铁心、励磁绕组、护环、中心环和滑环等。,2.1隐极同步电机的结构,转子铁心：转子磁极的主体，巨大离心力的受体，兼备高导磁性能和高机械强度。铁心表面以主极轴线中心为对称，1/3极距范围内不开槽，形象称之为“大齿”，其余部分均匀铣有许多槽，用于嵌放励磁绕组。,2.1隐极同步电机的结构,励磁绕组：采用同心式线圈结构，由特制扁铜线绕制而成。槽楔必须采用高强度金属材料，以承受高速旋转的离心力。高可靠的绝缘,2.1隐极同步电机的结构,护环：保护励磁绕组的两个端部采用高强度非导磁合金钢,2.1隐极同步电机的结构,中心环：支持护环，阻止励磁绕组的轴向移动,2.1隐极同步电机的结构,滑环：实现励磁绕组与励磁电源的连接,2.1隐极同步电机的结构,端盖：与机座、定子铁心和转子一道构成电机的内通风系统采用非导磁硅铝浇铸而成,轴承：需承受巨大的转子重量和离心力，采用油膜润滑的座式结构，并配有油循环系统。,2.2凸极同步电机的结构,凸极同步电机,卧式,立式,大多数同步电动机、调相机以及内燃机拖动的发电机采用,低速、大型水轮发电机采用,2.2.1卧式凸极同步电机的结构特点,转子：由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕组等组成,2.2.1卧式凸极同步电机的结构特点,磁极：用厚度为13mm的钢板叠成，高速电机采用实心形式，极靴为外圆弧。,2.2.1卧式凸极同步电机的结构特点,励磁绕组：同心式线圈套装结构,2.2.1卧式凸极同步电机的结构特点,磁轭：可用铸钢，也可用冲片叠压,磁轭与磁极连接应牢固,2.2.1卧式凸极同步电机的结构特点,阻尼绕组：同异步电机的笼型结构,2.2.2立式凸极同步电机的结构特点,极数多直径大轴向长度短，呈扁盘形,2.2.2立式凸极同步电机的结构特点,立式凸极,悬式,伞式,推力轴承装在转子上部，整个转子悬挂在上机架上,推力轴承装在转子下部,3同步电机的励磁方式,励磁系统,直流发电机,交流整流成直流,3.1直流发电机励磁系统,直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。,3.2静止式交流整流励磁系统,同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。,副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。,3.2静止式交流整流励磁系统,副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机,2静止式交流整流励磁系统,主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。,2静止式交流整流励磁系统,3.3旋转式交流整流励磁系统,主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。,主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给,3.3旋转式交流整流励磁系统,这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。,3.3旋转式交流整流励磁系统,4同步电机的冷却方式,(1)空气冷却内扇式轴向和径向混合通风系统50MW以下汽轮发电机空气系统应该封闭,4同步电机的冷却方式,(2)氢气冷却冷却效果优于空气内冷式防漏和防爆,4同步电机的冷却方式,(3)水冷却冷却效果优于氢气内冷式泄露和积垢堵塞,4同步电机的冷却方式,水冷却与氢气冷却结合使用-水氢氢定子绕组用内冷定、转子铁心用氢外冷转子励磁绕组用氢内冷,4同步电机的冷却方式,(4)超导发电机选用强磁场、高电密、高温交流超导线材,5同步电机的额定值,电机额定运行时定子的线电压，单位为V/kV,额定电压,5同步电机的额定值,电机额定运行时定子的线电流，单位为A/kA,额定电流,5同步电机的额定值,电机额定运行时的功率因数,额定功率因数,5同步电机的额定值,电机额定运行时的效率,额定效率,5同步电机的额定值,发电机-额定运行出线端的视在功率，单位VA/kVA、MVA,额定容量,调相机-出线端的额定无功功率，单位var/kvar、Mvar,5同步电机的额定值,发电机-额定运行输出的有功电功率，单位W/kW、MW,额定功率,电动机-额定运行时轴上输出的机械功率，单位W/kW、MW,5同步电机的额定值,发电机-额定运行时输出电能的频率，我国标准工业频率规定为50Hz。,额定频率,电动机-额定运行时输入电能的频率，我国标准工业频率规定为50Hz。,5同步电机的额定值,额定运行时电机的转速，单位r/min。,额定转速,5同步电机的额定值,额定励磁电流,额定励磁电压,额定温升,国产同步电机的型号,汽轮发电机QFQ、QFN、QFSQ-氢外冷，N-氢内冷，S-双水内冷QFS-300-2表示容量为300MW双水内冷2极汽轮发电机,国产同步电机的型号,水轮发电机TSSTSS1264/160-48表示双水内冷水轮发电机，定子外径为1264厘米，铁心长为160厘米，极数为48,国产同步电机的型号,同步电动机TDL（立式）、TDG（高速）,同步调相机TT,重点内容,基本工作原理磁极结构额定参数,预习：6.2思考题：6.1-6.4,文献要求：1.文献时间2010.1至今2.文献来源（1）国内：中国电机工程学报、电工技术学报、电机与控制学报、微特电机、微电机、防爆电机、电机技术（2）国外IEEETransactionsonMagneticsIEEETransactionsonIndustryApplicationsIEEETransactionsonIndustrialElectronicsIEEETransactionsonEnergyConversionIEEETransactionsonPowerElectronics