同步电机原理及结构课件

第15章

同步电机原理和结构

概述同步电机是又一类非常重要的交流电机。同步电机主要作发电机，用来生产交流电能。现代电力网中的巨大的电能几乎全部由同步发电机提供。同步电机有三种运行方式：发电机、电动机、补偿机同步发电机与配套的原动机一起构成发电机机组。15-1

同步电机原理简述

定子上有三相对称交流绕组（电枢绕组）。转子上有成对磁极、励磁绕组。通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。定转子之间的气隙层的厚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。

除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机。一、结构模型

图四极同步电机实际的水轮发电机转子照片二、工作原理励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即主磁场。

原动机拖动转子旋转,主磁场随轴旋转并顺次被电枢各相绕组切割。交变电势的产生：电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。感应电势有效值:感应电势频率:交变性与对称性三、同步转速

交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz，故转子的转速为:三相同步发电机工作原理动画：二极模型，四极模型要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速，即与定子旋转磁场的转速n1相同。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。

四、运行方式

发电机、电动机、补偿机

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同步电机型式和结构

一、转子型式

同步电机定子结构与异步电机相似。而转子结构有着自己的特点。

根据原动机的特点(汽轮机、水轮机)，同步电机的转子也制成两种型式与之配套。

（1）凸极式

凸极式转子（1，2）上有明显凸出的成对磁极和集中励磁绕组。多极电机做成凸极结构，工艺较为简单，所以凸极电机与转速较低的水轮机相配套。

正在检修中的同步发电机定子照片正在加工的大型同步发电机定子机座（2）隐极式

隐极式转子（1，2）上没有凸出的磁极。转子本体表面开有槽，槽中嵌放励磁绕组。隐极转子适合于2极高速电机，常与大容量高转速汽轮机(线速度可达170米/秒)配套。考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。

二、结构特点

汽轮发电机

定子铁心：叠片结构：圆形或扇形冲片。机座：由钢板焊接而成-能满足强度-刚度-通风-散热的需要。定子绕组：要有足够的绝缘强度(高压)，一般采用B级或F级绝缘。转子：采用隐极式。细长-铣槽-槽型-同心式励磁绕组-不导磁槽楔。

凸极式转子隐极式转子水轮发电机

极数多-直径大-轴向长度短-立式。定子铁心由扇形电工钢片拼叠。有径向通风沟。转子采用凸极式，磁极由厚度为1～2mm的钢片叠成，阻尼绕组(起动绕组)抑制短路电流和减弱电机振荡，磁极与磁极轭部采用T形或鸽尾形连接。

汽轮发电机插转子水轮岭发电拘机转膀子吊备装三、励磁迫方式简介直流艘励磁浩机通常它与同蕉步发旧电机同轴，采除用并忆励或绢者他含励接喂法。滚采用搭他励尚接法岔时，窗励磁衔机的始励磁丈电流芬由另缠一台漫被称腿为副励买磁机的同钳轴的粘直流臭发电咏机供搞给。获得想励磁钢电流懂的方阳法称俊为励磁竞方式。目前搂采用蓝的励磁顷方式分为营两大考类：亚一类森是用境直流培发电绝机作锤为励炮磁电乓源的直流凯励磁晋机励惰磁系待统；另剑一类付是用硅整家流装忧置将交引流转供化成姨直流陡后供讨给励衔磁的整流怨器励章磁系绞统。(1霉)直流鞭励磁弓机励盲磁(2缩慧)静止尺整流药器励烂磁同一葡轴上抛有三摇台交最流发喊电机单，即主发卖电机、交流清主励词磁机和交流恐副励逐磁机。副险励磁博机的瓶励磁纽奉电流凑开始奋时由义外部达直流干电源槽提供佩，待宝电压望建立煎起来坚后再撇转为亭自励(有时请采用剥永磁愤发电梅机)。副哀励磁秩机的盐输出朗电流禁经过始静止宗晶闸兼管整糠流器索整流出后供俱给主啄励磁弓机，横而主嗓励磁上机的崖交流左输出却电流削经过钥静止傻的三灰相桥支式硅甜整流辣器整剖流后稳供给骡主发霸电机帝的励驼磁绕疼组。(3哲)旋转半整流凤器励刷磁静止瓜整流每器的直乡丰流输莲出必右须经锄过电街刷和震集电摩环才锯能输斧送到巾旋转羞的励旷磁绕清组，珍对于怖大容串量的流同步荣发电叮机，亲其励屿磁电谁流达晋到数山千安牵培，预使得赞集电吃环严物重过能热。植因此描，在丛大容霸量的拜同步翅发电不机中奖，常彩采用赚不需匆要电穿刷和匙集电姨环的旋转桂整流撑器励冻磁系不统。主励御磁机扮是旋转村电枢你式三相抬同步哑发电假机，间旋转锦电枢符的交恋流电窃流经症与主姑轴一巧起旋惕转的俯硅整真流器把整流搭后，亚直接办送到政主发遣电机群的转趴子励傲磁绕斥组。巧交流拜主励醋磁机缴的励召磁电医流由眨同轴校的交录流副饭励磁六机经贵静止用的晶恨闸管枝整流碌器整钟流后错供给呀。由桑于这巷种励巴磁系造统取球消了淋集电征环和由电刷仪装置毕，故丘又称雄为无魂刷励浪磁系胶统。小型坛同步返发电棉机励鸦磁系怒统15耽-3三相祸同步毙电机则的额定立值和型号一、希额定痕值额定呜容量SN(VA糠,k西VA优,M刑VA等)或额定滚功率PN(W,kW,MW等)：指翠电机烈输出头功率钓的保证次值。发潮电机丘通过额定僻容量值可滥以确氏定电枢详电流，通脂过额定故功率可以塑确定死配套原动昆机的它容量。电动纤机的额令定容肿量一茧般用kW数表织示，补偿猾机则用kV偿AR表示峰。额定策电压UN(V,kV等)：指横额定袍运行悟时定页子输帖出端厉的线电稳压。额定凶电流IN(A)：指额恋定运定行时雀定子请的线电笨流。额定董功率姓因数co沉sjN额定挂运行砖时电剖机的捏功率娇因数锋。额定村频率fN(Hz)：额定衬运行低时电惯机电白枢端修电能旋的频向率，极我国田标准剑工业广频率哗规定筋为50Hz。额定园转速nN：额定截运行应时电方机的霉转速梦，即外同步慢转速悠。除上许述额及定值瓜外，蚂同步割电机葬铭牌先上还保常列饮出一狱些其撤它的年运行委数据吸，例裙如额转定负禽载时惑的温理升tN、励磁豪容量PfN和励匆磁电肾压UfN等。二、趁国产罢同步谊电机遣型号汽轮巡寿发电当机有QF薯Q、QF辉N、QF金S等系第列，扶前两惩个字抖母表嚷示汽轮治发电辨机；第来三个鸡字母幸表示冷却召方式，Q表示氢外飞冷，N表示氢内屑冷，S表示鼓双水阔内冷送。大型坡水轮膏发电纵机为TS系列根，T表示同步，S表示水轮。举例诉：QF兵S-递30浊0-证2表示搬容量坟为30啄0M誉W双水思内冷2极汽巷轮发匆电机。TS爱S1必26炎4/贸16愈0-眠48表示双水哑内冷寻水轮