同步发电机结构及工作原理讲义

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1、昆明石林同步电机篇8/30/20211同步发电机的基本电磁关系同步发电机对称运行时的特性同步发电机并网运行本篇主要内容8/30/20212概述同步电机：交流旋转电机。用途：主要作发电机用，也可作电动机带动具有恒速要求的机械，还可作调相机，向电力系统发出无功功率，用于改善电力系统的功率因数及调整电网电压。现代发电厂中所发出的交流电能几乎全部是同步发电机发出，尽管目前有其他发电型式，如磁流体发电，太阳能发电等，但电力系统中仍是同步发电机占绝对优势。8/30/20213同步电机指电机转子的转速n与旋转磁场转速n1相同的交流电机。同步电机的转速：n=60f

2、1/pf1--电网频率。概述8/30/20214第十四章三相同步发电机的基本工作原理与结构8/30/20215本章主要内容第一节三相同步发电机的基本工作原理及分类第二节同步发电机的基本结构第三节大型同步发电机的基本系统第四节同步发电机的型号与额定值8/30/20216三相同步发电机的基本工作原理同步发电机(synchronousgenerator)是将机械能转变为交流电能的设备。在火电厂，发电机用汽轮机作原动机，称为汽轮发电机；在核电站是以核反应堆来代替火电站的锅炉，原动机仍然是汽轮机；在水电厂，发电机用水轮机作原动机，称为水轮发电机；有的地方用柴

3、油机用作原动机，称为柴油发电机。8/30/20217SNnIf三相同步发电机的基本工作原理同步发电机基本工作原理：导体切割磁力线感应电动势。转子：转动的部分，转子上有磁极和励磁绕组，产生磁场。定子（又叫电枢）：固定的部分，定子铁心上有齿和槽，槽内设置有绕组，是切割磁场的导体。气隙：定转子之间有气隙。动画8/30/20218三相同步发电机的基本工作原理定子：有三相定子绕组，每相结构完全相同，它们在空间上互差120°电角度对称分布放置在定子铁心槽内。转子：有p对磁极，磁极上有直流励磁绕组，当直流电流通过电刷和滑环流入转子绕组后，产生主磁通，主磁通由N极

4、经气隙，定子铁心，再经气隙进入S极，构成主磁路。8/30/20219同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁转子通直流电流If励磁磁场Bf电枢感应电势随转子旋转角速度ωSNnea三相对称负载运行时旋转基波磁势Fa三相对称电枢电流iabc(同步电机)ebecIf三相同步发电机的基本工作原理8/30/202110定子外接负载，形成回路，有三相电流。机械能转化为电能定子绕组三相感应电势三相同步发电机的基本工作原理8/30/202111交流电势频率f的确定当转子为1对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电势变化一个周期；当同步发电机有p对极

5、时，转子旋转一周，感应电势交变p个周期。当转子转速为每分n转时，交变电势频率为：三相同步发电机的基本工作原理8/30/202112交流电势频率f的确定结论：同步发电机定子绕组感应电势的频率取决于它的极对数p和转子的转速n。同步发电机极对数一定时，转速与电枢电势的频率有严格对应关系。当电力系统频率f一定，发电机转速为恒定值，这是同步发电机的主要特点。三相同步发电机的基本工作原理8/30/202113结论：我国标准工频为50Hz，所以同步发电机的极对数和转速成反比。汽轮发电机转速较高，极对数较少，如转速n=3000r/min，则极对数p=1。水轮发电机

6、转速较低，极对数较多，如转速n=125r/min，则极对数p=24。三相同步发电机的基本工作原理8/30/202114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：电枢旋转式（简称转枢式）和磁极旋转式（简称转场式）。磁极旋转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。同步电机的类型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。8/30/202115第二节同步发电机的基本构造同步电机一般采用旋转磁极式结

7、构，根据磁极形状可分为隐极和凸极两种型式。凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合。隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于高速旋转。8/30/2021161—定子2—凸极式转子气隙不均匀，极弧底下气隙较小，极间部分较大。凸极式电机结构特点8/30/202117转子上没有凸出的磁极，气隙均匀，转子呈圆柱形。1—定子3—隐极式转子隐极式电机结构特点8/30/202118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

8、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