汽轮发电机课程课件

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1、第七章发电机第一节同步发电机概述一、同步发电机的基本工作原理同步发电机是根据导体切割磁力线感应电动势这一基本原理工作的。因此，同步发电机应具有产生磁力线的磁场和切割该磁场的导体。通常前者是转动的，称为转子，后者是固定的，称为定子（或称电枢），定、转子之间有气隙，如图7-1所示。定子上有AX、BY、CZ三相定子绕组，它们在空间是互差1200电角度对称分布放置在定子铁芯槽中，每相的结构参数都完全相同。转子具有p对磁极，上面装有直流励磁的转子绕组，当直流电流通过电刷和集电环流入转子绕组后，产生的主磁通由N极出来经过气隙、定子铁芯，再经过气隙进入S极构成主磁路，如图

2、7-1中虚线所示（图中p＝1）。第一节同步发电机概述图7-1同步电机的工作原理图1一定子；2—转子；3一滑环当发电机的转子由原动机驱动，以转速n按图示方向作恒速旋转时，定子中三相绕组的导体依次切割气隙磁场，于是，三相绕组便感应出各相大小相等、相位彼此相差120°的交流电动势。据图7-1所示转子的转向，若气隙磁通密度按正弦波分布，则三相绕组感应电动势波形如图7-2所示，相序为A→B→C。交流电动势的频率f可这样确定：当转子为1对极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势变化一个周期；当同步发电机具有p对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p个周期；当转子的转速为

3、每分n转时，则交变电动势的频率为（7—1）式中n—转子的转速，r/min。第一节同步发电机概述第一节同步发电机概述由上式（7—1）可知：同步发电机定子绕组感应电动势的频率取决于它的极对数p和转子的转速n。可见，同步发电机极对数p一定时，转速n与电枢电动势的频率f之间具有严格不变的关系。亦即当电力系统频率f一定时，电机的转速亦为恒值，这就是同步电机的主要特点。我国标准工频为50Hz。因此同步发电机的极对数和转速成反比，即。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，转速较低，极对数较多，如转速n＝125r/min，

4、则极对数p＝24。习惯上称此转速n为同步转速。第一节同步发电机概述图7-2定子三相电动势波形如果同步发电机作电动机运行，必须在定子绕组加以三相交流电源，电机内部便产生一个旋转磁场。这时转子绕组加直流励磁，则转子将在定子旋转磁场的带动下，沿定子磁场的方向以相同的转速旋转，转子的转速仍由式（7-1）决定，即（7—2）由上两式可见，同步电机无论是作为发电机使用，还是作为电动机使用，其转速和交流电频率之间都将保持严格不变的关系，也就是说，电枢磁动势为一同步旋转的旋转磁动势，它与转子同速同方向旋转，定子和转子磁动势之间保持相对静止并产生恒定的电磁转矩。同步电机在恒定频

5、率下的转速恒为同步速度，是同步电机和感应电机的基本区别之一。第一节同步发电机概述二、同步发电机的类型同步发电机因用途不同，结构也相差甚大，一般可按其原动机的类别、本体结构和安装方式等进行分类。（1）按原动机的类别，同步发电机可分为汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机及柴油发电机等。（2）按冷却介质，可分为空气冷却、氢气冷却和水冷却等。（3）按主轴安装方式，可分为卧式安装和立式安装等。（4）按本体结构，可分为旋转电枢式和旋转磁极式等。同步发电机的结构，主要是由原动机的特性决定的。如汽轮发电机，由于转速高达3000r/nun，故极对数少，转子采用一隐极式，卧式安

6、装；水轮发电机由于转速低（一般在500r/min以下）故其极对数多，转子采用凸极式，立式安装。第一节同步发电机概述三、同步发电机的主要技术数据为使发电机按设计技术条件运行，在发电机出厂时都在其铭牌上标注出额定技术数据。这些额定技术数据主要有：（1）额定容量（或额定功率）。额定容量是指发电机在设计技术条件下运行时输出的视在功率，用kV·A或MV·A表示；额定功率是指发电机输出的有功功率，用kW或MW表示。（2）额定定子电压。指发电机在设计技术条件下运行时，定子绕组出线端的线电压，用kV表示。（3）额定定子电流。指发电机定子绕组出线的额定线电流，单位为A。（4）

7、额定功率因数。指发电机在额定功率下运行时，定子电压和定子电流之间允许的相角差的余弦值，即值。第一节同步发电机概述（5）额定转速。指正常运行时发电机的转速，用r/min（每分钟转数）表示。我国生产的汽轮发电机转速均3000r/min。（6）额定频率。我国电网的额定频率为50Hz（即每秒50周）。（7）额定励磁电压。指发电机励磁电流达到额定值时，额定出力运行在稳定温度时的励磁电压。（8）额定励磁电流。指发电机在额定出力时，转子绕组通过的励磁电流，用A或kA表示。（9）额定温度。指发电机在额定功率运转时的最高允许温度（℃）。（10）效率。指发电机输出与输入能量之比

8、百分值，一般额定效率在93%～98％之间。第一节同步