同步发电机的基本工作原理与结构

《电机学》

§9.1三相同步发电机的基本工作原理

李海娟

2/2/20231临沂电力学校同步发电机的分类及组成：1、同步发电机做为旋转电机其结构？请思考2、同步发电机做为电磁装置可分为？请思考3、同步发电机按使用环境不同又分为？请思考温故：2/2/20232临沂电力学校你了解汽轮机的工作原理吗？汽轮机发电机2/2/20233临沂电力学校本章讨论的内容主要是：同步发电机的工作原理——即同步发电机是如何将机械能转换成电能的；同步发电机的基本结构——同步发电机由哪些主要的部件构成，各部件的作用；同步发电机的励磁方式。知新：2/2/20234临沂电力学校第一节同步发电机的基本工作原理一、三相同步发电机的工作原理三相同步发电机的工作原理示意图见下图示：定子转子滑环2/2/20235临沂电力学校同步发电机的主要构成部件包括两大部分：定子（工作时不运动部分）和转子（工作时转动部分）。定子部分主要有：定子铁心（硅钢片叠成），其内表面开槽用于嵌放定子绕组；定子三相对称绕组，用于切割磁场感应电动势，将动能转换成电能。转子部分主要有：转子铁心及磁极；转子绕组（也称为励磁绕组），用于通过直流电流（励磁电流）形成恒定磁场。对照原理结构图，说明同步发电机的工作过程：电生磁：转子绕组通直流电流后产生恒定磁场。磁生电：该恒定磁场在原动机带动下旋转，切割定子上的三相对称绕组，在定子绕组上产生感应电动势，在其引出端就有了三相对称交流电压输出。2/2/20236临沂电力学校若接上负载，则有电流输出，即有了电能输出，从而将机械能转换成电能。注：本篇同步发电机的三相绕组首尾端标注为：U1U2、V1V2、W1W2，与前述的AX、BY、CZ对应。三相同步发电机的工作过程见下图示：2/2/20237临沂电力学校你学会了吗？谢谢！2/2/20238临沂电力学校三相同步发电机产生感应的交流电动势，电动势的频率f与机组的旋转速度n、磁极对数p有以下关系：我国规定标准工频为50Hz，当发电机的磁极对数p确定时，机组的转速也确定。三者有以下关系：磁极对数p转速n（转/分）磁极对数p转速n（转/分）130005600215006500310007……47502/2/20239临沂电力学校二、同步发电机的类型同步发电机分类方法很多，可按以下方式分类：按原动机的类型不同分：按发电机转子结构不同分，见下图：2/2/202310临沂电力学校2/2/202311临沂电力学校按安装方式不同分：立式、卧式。按发电机冷却方式不同分：对以上分类有一初步了解。三、同步发电机的铭牌与前述变压器相同，同步发电机外壳上也贴有一铭牌，铭牌给出了同步发电机的相关技术数据和使用条件，是正确选购和使用电机的重要依据。（一）额定值——重要的技术参数，掌握含义。（1）额定功率PN，单位kW（或MW），含义——（2）额定电压UN，单位V（或kV），含义——（3）额定电流IN，单位A（或kA），含义——（4）额定功率因数conjN，含义——2/2/202312临沂电力学校同步发电机额定参数满足以下关系：此外，铭牌上还标有同步发电机的额定频率fN、额定转速nN、额定励磁电压UfN、额定励磁电流IfN、额定效率hN及绝缘等级等参数。（二）型号型号是一标明电机结构和性能特点的基本代号，由汉语拼音和数字组成，见书上例，对此作一了解。四、同步发电机的冷却方式同步发电机在运行过程中存在三类损耗，消耗在不同的部件上，最终转换成热量，这些热量若不及时排散，会使相应部件温度升高，会损坏相应部件。2/2/202313临沂电力学校铁损：在定子铁心中，产生原因——铜损：在定、转子绕组中，产生原因——机械损损耗：在机组的轴承中，产生原因——相关部件的散热（冷却）方式：通过空气、水、氢气等冷却介质进行冷却。2/2/202314临沂电力学校第二节同步发电机的基本结构目前电力系统中的发电机主要有两大类：汽轮发电机和水轮发电机，这两类发电机的工作原理是一样的，不同的是在工作过程中一类是高转速发电机，一类是低转速发电机，这使其结构有一点不同。一、汽轮发电机的基本结构汽轮发电机是在高转速下工作，定子结构与水轮发电机是一样的，其转子采用隐极式结构，直径小、轴向尺寸长，全为卧式布置，理由——2/2/202315临沂电力学校2/2/202316临沂电力学校2/2/202317临沂电力学校2/2/202318临沂电力学校定子结构见下图：2/2/202319临沂电力学校二、水轮发电机的基本结构水轮发电机大部分是在低转速下工作，定子结构与汽轮发电机是一样的，包括机座、定子铁心、定子绕组三大主要部件，外形见下图：2/2/202320临沂电力学校定子铁心用硅钢片叠成圆筒形，由于定子铁心的直径很大，硅钢片须冲剪成扇形后叠装成圆筒状，定子冲片形状见下图：2/2/202321临沂电力学校2/2/202322临沂电力学校定子绕组用铜线（铜棒）绕制成形，再嵌放在定子铁心槽内，定子绕组形状见下图：2/2/202323临沂电力学校水轮发电机转速低，因而磁极数多，转子采用凸极式结构，其直径大、轴向尺寸短，凸极式理由——。转子外形见下图：2/2/202324临沂电力学校水轮发电机转子用低碳钢板冲剪成形叠装成转子磁极，套上转子绕组，嵌放在转子磁轭上。每个转子绕组串联在一起构成转子绕组。转子磁极外形见下图：2/2/202325临沂电力学校2/2/202326临沂电力学校注：转子励磁绕组是跟随转子一起旋转的，励磁的直流电源一般是静止的，同步发电机运行时，如何将旋转的励磁绕组与静止的直流电源连接起来？这是通过下图所示装置完成这种连接的：2/2/202327临沂电力学校机组用轴承支撑、约束和维持转动部件的转动。轴承有两类：导轴承和推力轴承。导轴承的作用是约束机组轴线的位移，防止转轴的摆动（即不能左右前后摇摆）。推力轴承的作用是支撑机组转动部分的分部重量和轴向的水推力。根据推力轴承安装位置的不同，立式机组分为悬式和伞式两种，见下图示：伞式悬式2/2/202328临沂电力学校水轮发电机组也有采用卧式机组形式的，主要用于高水头、小流量的小型机组，这样可降低整个厂房的修建高度，从而降低修建成本。如青城电站——2/2/202329临沂电力学校从原理分析已知，同步发电机运行时必须在转子绕组中通入直流电流建立磁场，这个电流就叫励磁电流。我们把供给励磁电流的电源及其附属设备（励磁调节器、灭磁装置）统称为励磁系统。第三节三相同步发电机的励磁方式获取励磁电流的方式有多种，在实际应用中常用的有以下几种：一、直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统的构成见下图示：2/2/202330临沂电力学校该系统中，直流系统的电路部分与同步发电机无关联，相互独立，但直流发电机也由同步发电机的原动机带动工作，工作过程——。如青城电厂的机组。这种励磁方式目前已淘汰，原因是容量有限、维护麻烦、工作性能差。2/2/202331临沂电力学校二、交流励磁机励磁系统（一）交流励磁机静止整流励磁系统的构成见下图示：说明其构成和工作过程——大容量发电机组上使用，不过这种励磁方式容量也不能做到太大，如现在的几十万kW的机组，原因——。2/2/202332临沂电力学校（一）交流励磁机旋转整流励磁系统的构成见下图示：该系统的组成及工作过程——该系统可用于超大型容量的发电机组中。2/2/202333临沂电力学校三、自励磁式励磁系统在中小型同步发电机中，目前用得最多的是可控硅励磁系统，即教材中所介绍的“自励式静止整流励磁系统”，我校教学科研电站即此励磁方式。见下图示：该系统的构成和工作过程——2/2/202334临沂电力学校通过这部