福州大学_电机学_11同步电机的基本结构和工作原理幻灯片.ppt

第四篇 同 步 电 机 第十五章 同步电机的基本结构和工作原理 电气工程与自动化学院 主讲 黄灿水 2016.3 配套教材：《电机学》，林荣文（福州大学），中国电力出版社，2014.1 第十五章 同步电机的基本结构和工作原理 15.1 同步电机的基本结构形式 15.2 同步电机的基本工作原理 15.3 同步电机的励磁系统 15.4 同步电机的额定值 目 录 第一节 同步电机的基本结构形式 1、基本特点 ①根据电磁感应原理工作的交流旋转电机 ②转子转速固定为同步转速 2、主要用途 ①主要作发电机 ②电动机（无需调速、低速大功率机械、改善功率因数） ③补偿机（空转的同步电动机，向电网输送无功功率） 当f=50Hz时，p=1、2、3、4、5… 则： n=n1=3000、1500、1000、750、600… 3、结构形式分类： A、旋转磁极式 电枢：高电压、大电流，装在定子便于引出 磁极(励磁)：电流小，通过电刷可以引入转子 定子 转子 气隙 B、旋转电枢式 用于小容量或特殊用途同步电机 如同步电机的交流励磁机 定子 转子 气隙 一、定子 （同一般的交流电机相似；尺寸大，常采用拼装） 组成：铁芯、绕组、机座及其他部件 0.35或0.5mm硅钢片，叠压 定子铁心 由扇型片拼成，省材，便于运输 矩形开口槽,径向,轴向通风道 定子绕组 —三相对称双层绕组(电枢） 扁铜线绕制而成,采用成型线圈 机 座 —用钢板焊接而成 其他部件 —隔振结构、电刷等 隐极机定子 (隐)内定子插入外机座 (隐)外机座加工 凸极机定子机座 二、转子 1、隐极式转子结构（汽轮发电机） 最大直径限制在1m左右 细长型：增大长度来增大容量（l/D=2.5~6.5) 材料：良好导磁的合金钢锻成 其它部件：转轴、风扇、集电环 大齿：小齿=1：2 2、凸极式转子结构(水轮发电机） 吊装中的水轮发电机转子(320MW) 结构：凸极、极靴、阻尼绕组、转子支架 粗短型：直径大（10m） 安装：悬式、伞式(见下图) 2、凸极式转子结构(水轮发电机） 阻尼绕组的作用： 抑制转子机械振荡； 启动绕组； 消除不对称运行的影响。 a、悬式： 优—减小振动和增加机械稳定性，用于高速 缺—轴向高度大，投资成本高 b、伞式： 优—减小电机的轴向高度和厂房高度，节约投资 缺—机械稳定性稍差，用于低速 2、凸极式转子结构(水轮发电机） 三、端盖和轴承 端盖：将电机本体两端封闭起来，与机座、定子铁芯和转子一起构成完整的通风系统。 采用无磁性硅铝合金浇铸，减少涡流和磁滞损耗 轴承： （隐）承受巨大转子重量和离心力，采用没膜液体润滑座式轴承； （凸）推力轴承承受旋转部分的重量及水轮机的轴向推力，是凸极机制造关键技术。 N S N S + N S + 隐极式 （Salient-pole） 凸极式 （Cylindrical-Rotor） 类型 隐极式 凸极式 定子 铁芯+三相对称绕组 铁芯+三相对称绕组 转子磁极 细长圆柱形，圆周上铣有 大齿、小齿（1：2） 矮胖凸极形状 转子绕组 分布 集中 气隙 均匀 极弧下小、极间大 速度 离心力小—高速 离心力大—低速 应用 汽轮发电机（p≤2) 水轮发电机(p≥3) 总结对比 电枢磁场 (交流励磁的旋转磁场) 转子磁极磁场 (直流励磁的机械旋转磁场) ★思考：区别（产生机理、转速、分布）？ 一、两种旋转磁场 第二节 同步电机的基本工作原理 二、基本工作原理 A、同步发电机 原动机 拖动转子 转子磁场 切割定子绕组 感应 三相交流电势 转子加 直流励磁 定子 铁芯 电枢绕组 (交流) 转子 铁芯 励磁绕组(直流) 相电势大小： 频率： B、同步电动机： 定子：三相绕组通入三相交流电→产生电枢旋转磁场 转子：磁极的励磁绕组通入直流电产生转子磁场 定子、转子相互吸引，转子跟随定子旋转磁场旋转 可见：无论是同步发电机还是同步电动机，恒有： 同步电机的三种运行方式: 转子磁场Ff超前 于电枢磁场Fa Te与n1反向 转子磁场Ff滞后 于电枢磁场Fa Te与n1同向 第三节 同步发电机的励磁系统 励磁系统—为同步电机提供励磁电流(直流)的整个系统 一、励磁系统应满足的条件: 能稳定提供发电机从空载到满载(及过载)所需的If 当电网电压减小时,能快速强行励磁,提高系统稳定性. 发电机突然甩负荷时能快速减磁，限制电压过高 当电机内部发生短路故障时,能快速灭磁. 多台并联运行时，能够成组配合调节无功功率. 直流励磁机励磁系统 交流励磁机整流励磁系统 静止整流励磁 旋转整流励磁 二、励磁系统分类 直流励磁机与同步发电机同轴 最常用