《电机技术应用》课件 4.1.2 同步电机结构

同步电机结构同步电机

同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速机时得名,主要用作发电机，也可用作电动机。同步电动机将电能转换为机械能，主要用于拖动功率较大，转速不要求调节的生产机械，如大型水泵、空气压缩机、矿井通风机等。同步电机还可用作调相机，同步调相机实际上就是一台空载运转的同步电动机，专门向电网输送感性无功功率，用来改善电网的功率因数，以提高电网的运行经济性及电压的稳定性。同步电机按运行方式不同分为：发电机、电动机和调相机。按结构形式不同分为：旋转电枢式（简称转枢式）和旋转磁极式（简称转场式）。旋转磁极式按转子结构不同又分为凸极式和隐极式。按安装方式不同分为：卧式和立式。

按原动机类型不同分为：汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、太阳能发电机等等。按冷却介质不同分为：空气冷却、氢气冷却、水冷却等。同步电机分类旋转电枢式：磁极装在定子上，用于小容量同步电机中。旋转磁极式：磁极装在转子上，为大中型同步电机的基本形式。隐极式：转子圆柱形，气隙均匀，转子机械强度高，励磁绕组固定容易，适合于高速发电机。凸极式：有明显的凸出的磁极，气隙不均匀，制作简单，适合于低速发电机。凸极式和隐极式电机结构凸极式和隐极式电机应用场合

当电源频率固定，采用转子结构与转速有关。火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通常称为汽轮发电机。

核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。

水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式。定子铁芯：采用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，构成电机主磁路。机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。电枢绕组：三相对称绕组，采用多股导线整体成型，产生电枢磁场并感应电枢电动势。定子转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成。护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出。励磁绕组：铜线制成，通入直流电形成主极磁场。滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组。中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动。转子汽轮发电机结构汽轮发电机结构汽轮发电机定子国产200MW汽轮发电机定子定子包括：定子铁心、定子绕组、机座、端盖等。（1）定子铁心

定子铁心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的电工钢片叠成，用以构成电机主磁路。各段叠片间有宽约10mm的通风槽，以改善定子铁心散热。在铁芯内圆均匀分布着许多槽，用来嵌放定子线圈，每相绕组由多个整体成型的线圈组成，按一定规律排列。

汽轮发电机定子（2）定子绕组

也称电枢绕组，一般采用双层三相对称绕组。大型电机定子电流极大，绕组导线截面大。为减小导体集肤效应带来的附加损耗，定子绕组常由多股截面15平方毫米以下的扁铜线并绕而成。汽轮发电机定子定子绕组端部绕组端部接头机座的作用：固定和支撑定子铁心及定子绕组等部件，通过机座将整个定子安装、固定在基础上。汽轮发电机机座一般采用钢板焊接而成，对机座的要求，除了使安装、运输方便外，还需要有足够的强度和刚度，正常和故障时能承受可能发生的最大应力，保证不产生不允许的变形。端盖的作用：保护定子和转子的端部，使电机内形成一个与外界隔绝的风路系统。

端盖一般用钢板焊接结构，也可采用灰铸铁或硅铝合金铸件，中等容量的电机端盖也有采用玻璃钢压制的，有足够的刚度。（3）机座和端盖汽轮发电机定子汽轮发电机转子功能：传递原动机供给的机械能、支撑旋转的励磁线圈、形成良好的磁通路径和转子散热通道，因此对转子结构、材料和加工工艺要求较高。

转子铁心一般采用优质合金钢锻制，铁心上开有两组对称的槽，槽与槽之间的部分称为齿，有两个齿特别宽称为大齿，其余的叫小齿。小齿嵌放励磁线圈，大齿形成磁极。大型电机为了加强转子表面冷却，大齿区也开有一些较小的槽并不安放线圈，只作通风用，这种槽称为通风槽。（1）转子铁心汽轮发电机转子（2）转子绕组转子励磁绕组由多个线圈组成，嵌放在转子铁芯的槽中，多个线圈串联起来组成转子绕组，通过电刷与外电路连接，通入直流电形成主极磁场。汽轮发电机转子汽轮发电机转子绕组的端部在高速旋转中将承受巨大的离心力，并在通过励磁电流时产生热膨胀，造成径向和轴向位移．护环用来套在转子绕组瑞部外面，防止径向位移，而中心环则用来阻止轴向位移。为了避免因护环偏心引起的振动以及因转子表面感应电流引起配合面上的电灼伤，要求护环与转子本体、护环与中心环之间有较紧密的配合。

（3）护环和中心环

通风口护环中心环风扇汽轮发电机转子滑环与电刷：将直流电引入到转动的励磁绕组。滑环（或称集电环）一般用耐磨的锻钢制成，表面进行硬度处理，加工完的滑环表面要求光洁。汽轮发电机一般采用石墨或电化石墨电刷。虽然每种电刷以石墨粉作为主要原料，但是含量和工艺的不同，在导电率、比重、硬度、强度、伏安特性等方面有不同的性能。为使两滑环磨损均匀，在运行中要定期改变滑环的极性。电刷放在刷盒内，刷盒内有弹簧给电刷一个均匀的压力，以防止电刷正运行时发生振动，使其与滑环间保持有良好的滑动接触。（4）滑环与电刷汽轮发电机转子转子线圈装配发电机转子装配汽轮发电机的装配汽轮发电机的装配发电机总装汽轮发电机的装配水轮发电机(1)立式水轮发电机(2)卧式水轮发电机定子铁芯转子水轮发电机水轮发电机转子水轮发电机定子分段铁心水轮发电机三峡电站发电机定子三峡电站发电机转子三峡电站发电机转子(1100t)葛洲坝电站主发电机

重792t、直径为16.9m的1、2＃发电机转子水轮发电机运行现场1、为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不用电枢旋转式？答

由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较方便。电枢绕组电压高、容量大，放在转子上使结构复杂、引出不方便。故大容量电机将电枢绕组作为定子，磁极作为转子，为旋转磁极式。2、为什么同步电机的气隙要比容量相同的感应电机的大？答

感应电机的励磁电流由电源供给，需要从电网吸取感性无功功率，如果气隙大，则励磁电流大，电机的功率因数低，因此在机械允许的条件下，气隙要尽量小一些。同步电机的气隙磁场由转子电流和定子电流共同激励，从同步电机运行稳定性考虑，气隙大，同步电抗小，短路比大，运行稳定性高。但气隙大，转子用铜量增大，制造成本增加。气隙大小的选择要综合考虑运行性能和制造成本这两方面的要求。

巩固与提高3、什么是感应调压器？答：是一台静止的绕线转子异步电动机，其转子绕组联结成星形，并作