11第11章_同步发电机的基本工作原理和结构.pdfVIP

第3篇 同步电机 现代电力系统中的交流电能几乎都是发电厂中的同步发电机发出的。但从运行原理上讲， 同步电机不仅可以用作发电机运行、也可作为电动机或调相机运行。本篇主要介绍同步发电机 的工作原理、性能、参数及运行方式，对同步电动机和调相机作简要介绍。 大型同步发电机与异步电动机比较，二者的定子相同，其三相绕组流过三相对称电流都将 产生一个旋转磁场；但二者的转子却差别很大。同步发电机转子的主要特点是：①转子绕组外 加直流励磁电流而产生一个恒定磁场；②转子转速与定子旋转磁场转速相同，即转子与定子磁 场严格保持同步旋转。因此称为同步电机。 第11 章 同步发电机的基本工作原理和结构 [内容] 本章论述同步发电机的基本工作原理、分类与额定值，简述其基本结构与励磁方式。 [要求] ● 掌握同步发电机的基本工作原理、类型和额定值。 ● 了解同步发电机的基本结构及各主要部件的作用。 ● 了解同步发电机的励磁系统。 11.1 同步发电机的工作原理、分类与额定值 一、同步发电机的基本工作原理 同步发电机是将机械能转换为电能的电磁装置。三相同 步发电机的基本工作原理可用图 11.1.1 说明。 同步电机的定子铁心槽内安放着空间相隔120o 电角度 的三相对称绕组U1U2 、V1V2 、W1W2 。转子主要由磁极铁 心和励磁绕组组成。当励磁绕组通入直流电流后，建立恒定 的转子磁场。转子由原动机拖动以转速n 匀速旋转时，转子 磁场不断切割定子三相对称绕组，在三相绕组中感应出三相 图11.1.1同步发电机的 交变电动势,其方向可用右手定则确定。由于定子三相绕组 工作原理示意图 在空间位置上互差120o 电角度，所以三相电动势在时间上互差120o相位。 1．感应电动势的波形 253 e Blv l v 根据感应电动势公式 可知,当导体有效长度 和导体切割磁场线速度 为常数时， e ∝B ，即导体感应电动势的波形取决于转子磁场沿气隙空间分布的波形。若把转子磁极的极 弧设计制造成适当的形状，使它产生的磁场沿气隙空间按正弦规律分布，则定子绕组就能得到 正弦波形的感应电动势。 2．感应电动势的频率 由图11.1.1 可知，转子转过一对磁极，电动势就经历了一个周期的变化；若转子有 p 对 磁极，转子以每分钟n 转的转速旋转，则每分钟内感应电动势变化p n 个周期；电动势在 1 秒 钟内所变化的周期数称为交流电的频率，因此感应电动势的频率为 pn f H Z （11.1.1） 60 已经制造好的同步发电机，磁极对数p 一定，f ∝n ，即定子绕组感应电动势的频率和 转子转速之间保持严格的比例关系，这是同步发电机的主要特征。 3．三相电动势的大小和相序 由于三相绕组对称，所以三相绕组中的感应电动势也对称。与异步电动机定子绕组感应电 动势公式相同，同步电机每相绕组感应电动势大小为 E 4.44fN k Φ （11.1.2） 1 w1 0 式中，N 1 为定子每相绕组匝数；k 为定子绕组系数；Φ 为主磁通。 w1 0 转子由原动机拖动旋转，转子磁场切割定子绕组在时间上有先后。如图 11.1.1 中，当转 子逆时针方向旋转时，转子磁场切割定子绕组的先后顺序依次为 U 相、