同步发电机的基本结构和工作原理

同步发电机的基本结构和工作原理同步发电机的基本结构和工作原理 一、一、同步发电机的类型同步发电机的类型 同步发电机按其原动机的不同，可分为汽轮发电机和水轮发电机两种。在火电厂中，用 汽轮机作为发电机的原动机，转速高（常为 15003000r/min） ；在水力发电站中，用水轮机 作为发电机的原动机，转速低（通常在 1000r/min 以下） 。按发电机转子结构的不同，同步 发电机可分为隐极式和凸极式两种，如图 1-1 所示。隐极式转子呈圆形，转速高，转子直径 小，但长度长，汽轮发电机通常为隐极式。凸极式转子具有突出的磁极，发电机的励磁绕组 绕在磁极上，转速低，常用于水轮发电机。按发电机与原动机的连接方式不同，同步发电机 又有立式和卧式之分，汽轮发电机均为卧式的，水轮发电机两种型式都有；按冷却介质及冷 却方式可分为： 空气冷却、 氢气冷却、 水冷却和混合冷却方式等； 按照发电机励磁方式来分， 同步发电机可分为他励方式和自励方式； 按发电机旋转部分划分， 有旋转磁场式和旋转电枢 式，以旋转磁场式发电机居多，其电枢绕组是定子的一部分，又叫定子绕组。 图 1-1 （a）隐极式； （b）凸极式 二、同步发电机的基本结构二、同步发电机的基本结构 同步发电机由定子(固定部分)和转子(转动部分)两部分组成。 1.定子 定子是同步发电机的电枢部分,用以产生三相交流电能。定子由定子铁芯、定子绕组、 机座等组成。定子铁芯由内圆冲有嵌线槽的硅钢片叠装而成,定子绕组用绝缘扁铜线或漆包 线绕制而成,并三相对称地嵌放在定子铁芯槽内,如图 1-1、图 1-2 所示。定子三相绕组通常接 成星形,机座是用来固定铁芯和承受荷重的 2.转子 由上述,同步发电机的转子有两种结构型式,即凸极式和隐极式。 水轮发电机的转子是凸极式,凸极式转子由磁极铁芯、磁轭、励磁绕组、转子支架、转 轴等主要部分组成。磁极是用 11.5mm 厚的钢板冲成磁极冲片后铆装成一个整体。在磁极 铁芯上套有励磁绕组。励磁绕组是由扁铜线绕成,匝间垫有绝缘,励磁绕组与磁极本身之间隔 有绝缘。各励磁绕组串联后接到滑环上。磁轭通常由整块钢板或用铸钢做成,它用来固定磁 极,是磁路的一部分。 图 1-2 三、同步发电机的工作原理三、同步发电机的工作原理 1.电磁感应定律的应用 图 1-2 所示的是一台有一对磁极的同步发电机原理图,同步发电机定子槽中对称放置着 三相绕组(互差 120电角度),将 X、Y、Z 连在一起,组成星形连接。转子和定子之间留有很小 的空气隙,当励磁绕组中通入直流电流后建立了磁场,由于转子磁极采用了特殊的结构,使磁 场的磁感应强度沿空气隙近似于按正弦规律分布。当转子由原动机拖动旋转时,这个按正弦 规律的旋转磁场就依次切割定子三相对称绕组,而在定子绕组中感应出对称的三相正弦交变 电动势,其瞬时值为 三相电动势的波形和相量图如图 1-3 所示。 图 1-3 （a）波形图； （b）相量图 当合上发电机出口开关，带上负载后，发电机即向负载输出电能。 2、转子转速 感应电动势的频率 f 决定于发电机的磁极对数 p 和转子的转速 n，转子为一对磁极时，转子 旋转一周，定子绕组的感应电动势正好交变一次（即一个周期） ，当转子有 p 对磁极时，转 子旋转一周，感应电动势就交变 p 个周期，因此为保持一定的频率，发电机的转速必须符合 下列关系 当定子三相对称绕组中有三相对称交流电流通过时,则在空间产生了一个旋转磁场,这个 磁场的转速也由上式决定。由于同步发电机定子三相绕组是按转子磁极的