丰城电厂660MW发电机组培训教材 电气一次部分.doc

电气一次系统 第一章 发电机、励磁系统及其运行 第一节 汽轮发电机基本工作原理与结构 1.1 同步电机的基本特点 同步电机的基本特点：同步电机转子的转速恒等于定子旋转磁场的同步转速，它和电网频率之间严格遵守下式的关系； （1-1-1） ――转子的转速（圈/分钟）； ——定子旋转磁场的转速； ——转子的极对数； ——频率； 同步电机即由此得名。我国工业频率规定为＝50Hz，而电机极对数户是整数，因 此，对某一台同步电机其转速总为一固定值，例如：二极同步电机的转速为3000r／min，四极同步电机的转速为1500r／min，依此类推。 同步电机主要用来作为产生三相交流电的发电机，现代工农业所用的交流电能几乎 全由同步电机供给，所以同步电机的作用和价值是极其重要的。 同步电机和其他所有电机一样，从原理上讲也是可逆的，它不仅可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行。 同步电机的另一种特殊运行方式为同步调相机，或称同步补偿机，专门用来向电网发送 送滞后无功功率，以改善电网的功率因数。 1.2 同步电机的基本工作原理 同步电机主要分定子和转子两部分。一般同步电机的定子(又称电枢)与异步电机的定子相同，在定子铁心内腔均匀冲槽，槽中嵌放对称三相绕组。同步电机的转子结构与异步电机转子完全不同，如图1-1所示，图中定子只画出d相的两个等效集中绕组。转子为凸极式。 图1-1 同步电机结构原理图 同步电机的转子由铁心和励磁绕组构成．励磁绕组靠外接直流电源供给励磁电流。当励磁绕组中流过直流电流后，产生磁极磁场或称为励磁磁场，原动机拖动转子旋转时，主磁场同转子一起旋转，就得到一个机械旋转磁场，该磁场对定子发生相对运动，在定子绕组中感应出三相对称的交流电势。由于定子三相对称绕组在空间相差120电角度，因此三相电势也在时间上相差120电角度，分别用表示．则 （1-1-2） ——为定子绕组中最大电势； 如果同步发电机接上负载，就有三相电流流过，这时同步发电机将机械能转换为电 能。接入电网的同步发电机，在一定条件下也可作电动机运行，这时同步电动机便将电旋 转变为机械能。 1.3 同步电机的构造特点 现代同步电机绝大部分都是做成电枢固定而磁场旋转的，称为转场式，如有特殊要求 时，可作为转枢式，如交流励磁机。 在旋转磁极式的同步电机中，按磁极的形状又可分为隐极式和凸极式两种，如图1-2 所示。 图1-2 同步电机的基本型式 1一定子： 2一凸极转子， 3一隐极转子； 4一滑环 在固定的电源频率下，采用哪一种形式的转子和电机的转速有关。对于用汽轮机拖动 的同步发电机，由于汽轮机转速较高(如 ＝l，转子直径为1米时转子圆周的线速度就达到157m／sec)，要求有足够的机械强度，所以转子磁极宜作成隐极式，这种电机通常称为汽轮发电机。对于用水轮机拖动的发电机，由于水轮机转速较低，因而要求有较多的磁极，转子宜作成凸极式，凸极式的转子在结构和加工工艺上都比隐极式的简单，这种电机通常称为水轮发电机。 无论是汽轮发电机还是水轮发电机，它们都含有共同的三个部分，即：定子、转子和气 隙。依靠转子磁场旋转，在定于绕组中产生电磁感应，实现能量转换。 由于同步电机的励磁功率是由直流电源供给的，不像异步电机那样由电网供给无功励磁功率；同时为了满足同步电机运行性能的要求，电机应具有较大的气隙。按容量大小不同，气隙长度约在0.5～8cm范围内。而异步电机气隙较小，其长度很少有超过0.3cm 同步电机的定子铁心和绕组就其结构原理而言，与异步电机没有本质的区别，只是由于同步电机容量大，电压高，因而要求一些特殊的通风冷却和绝缘结构以及专门的加工工艺。 1.4汽轮发电机的特点 本教材主要介绍汽轮发电机的特点。 汽轮发电机是以汽轮机为原动机的同步发电机，其基本结构为隐极式。因为隐极式转子适合高速旋转，而提高转速可以提高发电机的组的效率、减小尺寸并降低造价，所以汽轮发电机大多都做成具有最高转速的两极结构。 汽轮发电机的主要结构部件有定子、转子、端盖和轴承等，简介如下： 1.定子 定子由铁心、绕组、机座以及若干紧固连接件构成。 定子铁心一般采用含硅量极高的无取向冷轧硅钢片分组叠压而成，整个铁心用拉紧螺杆和非导磁端压板压紧成整体后固定在机座上。 定子机座为钢板焊接结构，用于支撑定子铁心，并构成所需的通风路径，因此要求它由足够的刚度和强度。 定子绕组一般采用双层短距叠绕形式，由于绕组的电压都设计得很高，因此对绝缘材料和绝缘结构有特殊的要求，此外，为了限制电流密度，绕组导体得截面都比较大，但出于减少涡流损耗方面得考虑，每根导体由多股扁铜线并联而成，而且每股铜线在槽内的位置不固定，并且采用特殊的循环换位方式，使电流密度分布趋