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同步发电机的基本工作原理和结构
时间:2020-07-28 08:14

  第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 [内容] 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 *11.3 同步发电机的励磁系统 [要求] ? 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。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 同步发动机工作原理图 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 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 120? 电角度, 所以三相电动势在时间上互差 120? 电角度。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 1.感应电动势的波形 ? e ? Blv ? B ?e 的波形取决于 B 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 。 2.感应电动势的频率 f ? pn HZ 60 为了发出50HZ交流电,同步发电机转速与极对数关系 极对数 p n(r/min) 1 3000 2 1500 3 1000 4 750 5 600 6 500 3.三相电动势的大小和相序 大小: E ? 4.44 fN 1kw1 Φ0 相序:与转子转向一致,即相序由转子的转向决定。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 二、同步发电机的分类 1.按结构型式分 旋转磁极式(大容量同步电机采用) 旋转电枢式(小容量同步电机采用) 隐极式(火电机组) 凸极式(水电机组) ~ 隐极式 旋转磁极式 凸极式 旋转电枢式 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 2.按原动机类型分 2p =2,n=3000r/min; 汽轮发电机:原动机为汽轮机。 特点: 隐极转子: 细长,卧式安装; 用在火力发电厂中。 极数多,转速低,几十转到数百转; 水轮发电机:原动机为水轮机。 特点: 凸极转子: 短粗,立式安装; 用在水力发电厂中。 n=500~1500r/min; 柴油发电机:原动机为柴油机。 特点: 容量较小; 主要作为自备电源、移动电源。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 水轮发电机 上游水 下游水 水轮机 水轮发电机工作原理图 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 水轮发电机转子 转轴 水轮机 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 同步发动机结构示意图 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 同步发动机结构示意图 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 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)。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 三、同步发电机的额定值 1.额定功率 PN (kW、MW):额定运行时发电机的输出电功率。 2.额定电压 U N(V、kV):额定运行时定子三相绕组上的线.额定电流 I N (A、kA):额定运行时流过定子绕组的线. 额定频率 f N ? 50 HZ 5.额定功率因数 cos? N : 额定运行时输出有功功率和视在功率比值。 6. 额定转速 n N (r/min): 额定运行时的转速,为同步转速。 额定值关系: PN ? 3U N I N cos? N 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 11.2 同步发电机的基本结构 汽轮发电机外形 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 汽 轮 发 电 机 定 子 汽 轮 发 电 机 转 子 水 轮 发 电 机 外 形 水 轮 发 电 机 转 子 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 一、定子(电枢) 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。 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。 3. 机座、端盖、轴承、轴承座及电刷等。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 三相绕组结构示意图 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 二、转子 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。 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。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 2.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。 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。 4.滑环(集电环) 电刷和滑环将直流 励磁电流引入到转 子励磁绕组中。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 *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 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 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 交流主励磁机 交流副励磁机 同步发电机 同轴 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。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 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。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 三、旋转半导体励磁系统 在他励式静止半导体励磁系统基础上, 将主励磁机改为旋转电枢式同步发电机, 且将整流器装在发电机转子上。 主励磁机三相绕组 整流器 发电机励磁绕组 同轴旋转 主励磁机发出的三相交流电经过整流后直接送入发电机励磁绕组。 不需要电刷和滑环,提高了发电机运行可靠性。 第11章 同步发电机的基本工作原理和结构 本章结束