第七章同步发电机的基本工作原理和结构.ppt

四川水利职业技术学院电机教研室 水职院电机教研室 《电机技术》讲稿 （同步发电机的基本原理和结构） 同步发电机的作用是将机械能转换成电能，水能发电机组的工作过程见下图示： 同步电机属交流旋转电机，主要用作发电机，在电力系统的发电厂中，绝大多数机组都是用的同步发电机。 第二篇 同步电机篇 同步电机也可用作电动机，只是使用得不多，只在一些特殊的场所使用。 此外，同步电机还可用作调相机，用作对系统无功进行补偿。 本教材着重讨论同步发电机，对同步电动机和调相机作简单介绍。 通过对本篇内容的学习，要能掌握同步发电机的工作原理、运行特性、调节方法、运行分析，从而能正确使用同步发电机。 第七章 同步发电机的基本工作原理和结构 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。 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： 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，见图7-2和式（7-1），在其引出端就有了三相对称交流电压输出。 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： 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： 750 4 …… 7 1000 3 500 6 1500 2 600 5 3000 1 转速n（转/分） 磁极对数p 转速n（转/分） 磁极对数p 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： 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—— 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。 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。 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—— 定子结构见下图： 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： 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： 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： 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