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电机极数多-直径大-轴向长度度短-立式。定子铁心心由扇形电工钢片片拼叠。。有径向通风风沟。转子采用凸极式，磁极由由厚度为为1～2mm的钢片叠叠成，阻尼绕绕组(起动绕绕组)抑制短路电电流和减弱弱电机振振荡，磁极极与磁极轭轭部采用用T形或鸽鸽尾形形连接接。汽轮发发电机机插转转子水轮发发电机机转子子吊装装三、励磁方方式简介直流励励磁机机通常与与同步步发电电机同轴，采用用并励励或者者他励励接法法。采采用他他励接接法时时，励励磁机机的励励磁电电流由由另一一台被被称为为副励磁磁机的同轴轴的直直流发发电机机供给给。获得励励磁电电流的的方法法称为为励磁方方式。目前采采用的的励磁方方式分为两两大类类：一一类是是用直直流发发电机机作为为励磁磁电源源的直流励励磁机机励磁磁系统统；另一一类是是用硅整流流装置置将交流流转化化成直直流后后供给给励磁磁的整流器器励磁磁系统统。(1)直流励励磁机机励磁磁(2)静止整整流器器励磁磁同一轴轴上有有三台台交流流发电电机，，即主发电电机、交流主主励磁磁机和交流副副励磁磁机。副励励磁机机的励励磁电电流开开始时时由外外部直直流电电源提提供，，待电电压建建立起起来后后再转转为自自励(有时采采用永永磁发发电机机)。副励励磁机机的输输出电电流经经过静静止晶晶闸管管整流流器整整流后后供给给主励励磁机机，而而主励励磁机机的交交流输输出电电流经经过静静止的的三相相桥式式硅整整流器器整流流后供供给主主发电电机的的励磁磁绕组组。(3)旋转整整流器器励磁磁静止整整流器器的直流流输出出必须须经过过电刷刷和集集电环环才能能输送送到旋旋转的的励磁磁绕组组，对对于大大容量量的同同步发发电机机，其其励磁磁电流流达到到数千千安培培，使使得集集电环环严重重过热热。因因此，，在大大容量量的同同步发发电机机中，，常采采用不不需要要电刷刷和集集电环环的旋转整整流器器励磁磁系统统。主励磁磁机是是旋转电电枢式式三相同同步发发电机机，旋旋转电电枢的的交流流电流流经与与主轴轴一起起旋转转的硅硅整流流器整整流后后，直直接送送到主主发电电机的的转子子励磁磁绕组组。交交流主主励磁磁机的的励磁磁电流流由同同轴的的交流流副励励磁机机经静静止的的晶闸闸管整整流器器整流流后供供给。。由于于这种种励磁磁系统统取消消了集集电环环和电电刷装装置，，故又又称为为无刷刷励磁磁系统统。小型同同步发发电机机励磁磁系统统15-3三相同同步电电机的的额定值值和型号一、额额定值值额定容容量SN(VA,kVA,MVA等)或额定功功率PN(W,kW,MW等)：指电电机输输出功功率的的保证值值。发电电机通通过额定容容量值可以以确定定电枢电电流，通过过额定功功率可以确确定配配套原动机的容容量。电动机的额定容量量一般用kW数表示，补偿机则用kVAR表示。额定电压UN(V,kV等)：指额定运运行时定子子输出端的的线电压。额定电流IN(A)：指额定运行行时定子的的线电流。额定功率因因数cosjN额定运行时时电机的功功率因数。。额定频率fN(Hz)：额定运行时时电机电枢枢端电能的的频率，我我国标准工工业频率规规定为50Hz。额定转速nN：额定运行时时电机的转转速，即同同步转速。。除上述额定定值外，同同步电机铭铭牌上还常常列出一些些其它的运运行数据，，例如额定定负载时的的温升tN、励磁容量PfN和励磁电压压UfN等。二、国产同同步电机型型号汽轮发电机机有QFQ、QFN、QFS等系列，前前两个字母母表示汽轮发电机机；第三个字字母表示冷却方式，Q表示氢外冷，N表示氢内冷，S表示双水内内冷。大型水轮发发电机为TS系列，T表示同步，S表示水轮。举例：QFS-300-2表示容量为为