第3章同步交流发电机.ppt

第3章 同步交流发电机 3.1 同步发电机的基本类型 3.2 同步发电机的结构和参数 3.3 简单三相交流同步发电机工作原理 3.4 运行特性 3.5 同步发电机的励磁系统 3.1 同步发电机的基本类型 同步发电机按结构可分为： 旋转电枢式(简称转枢式)和旋转磁极式(简称转磁式)两种。 旋转电枢式同步发电机如图3-1 所示。 在工作过程中， 电枢是转动的， 磁极是固定的， 电枢电势通过集电环和电刷引出。 因为采用电刷和集电环引出大电流时， 容易产生火花和磨损， 因此， 转枢式只适用于小容量同步发电机。 旋转磁极式同步发电机如图 3-2 所示。 在工作过程中， 磁极是旋转的， 电枢是固定的， 电枢电势直接输出， 励磁电流经电刷和集电环输入。 由于励磁电流比电枢电流小得多， 所以流过电刷和集电环的电流很小， 因此这种结构适用于大、 中容量的同步发电机。 ? 3.2 同步发电机的结构和参数 3.2.1 定子组件 在工作过程中， 同步发电机固定不动的部分称为定子， 定子可为电枢， 也可为磁极， 如图 3-3 所示。 转磁式发电机的定子为电枢。 电枢通常由电枢铁芯(或定子铁芯)和电枢绕组等组成。 定子铁芯一般用 0.35～0.5 mm厚的硅钢片叠成。 硅钢片冲成一定的形状并涂有绝缘漆， 以减小铁芯的涡流损耗。 为了防止运行中硅钢片因受磁极磁场的吸力而发生径向移动， 或者因硅钢片松动而产生振动， 从而破坏片间绝缘， 引起铁芯发热， 电枢铁芯都通过压板或穿孔螺钉固定在底座上。 电枢铁芯为一空圆柱体， 内圆周上冲有放置定子绕组的槽。 为了将绕组嵌入槽中和减小气隙磁阻， 中小型发电机的定子一般采用开口槽。 电枢绕组由高强度漆包线绕制而成。 按照设计要求安放在电枢槽内， 并正确地连接起来，用来产生交流电动势， 给负载供电。 3.2.2 转子组件 工作过程中， 发电机的旋转部分称为转子。 转子可为发电机的磁极， 也可为发电机的电枢。 转磁式发电机的转子由磁极、 转子磁轭、 转轴和集电环等组成， 如图 3-4 所示。 转轴用来传递转矩并承受转动部分的重量。 一般中小容量同步发电机的转轴用中碳钢制成。 转子磁轭用来组成磁路并固定磁极。 3.2.3 机座和端盖 发电机的机座与端盖通常由铸铁或铝合金制成， 完成支撑和保护定子与转子的作用。发电机的定子固定在机座内， 转子安装在前后端盖上的轴承孔内， 端盖固定在机座上。 发电机转子的外沿与定子内沿之间必须保持一定的间隙。 间隙过大， 磁阻增大。 间隙也不能过小， 以免转子旋转过程中与定子铁芯产生摩擦。 3.2.4 发电机的额定参数 发电机的铭牌上都给出了主要的额定值。 为了保证发电机可靠运行， 必须严格遵守这些参数。 额定功率PN——在额定运行(额定电压、 电流、 频率和功率因数)条件下， 发电机能发出的最大功率。 单位为kW， 也有用视在功率表示的， 此时以kVA为单位。 额定电压UN——在额定运行条件下， 电机定子三相线电压值， 单位为V或kV。 额定电流IN——额定运行时， 流过定子绕组的线电流， 单位为A或kA。 在此值运行， 线圈的温升不会超过允许范围。 功率因数——额定运行情况下， 有功功率和视在功率的比值， 即： 额定频率fN——额定运行情况下输出交流电的频率。 我国电网的频率为 50 Hz。 ?额定转速nN——额定运行时转子的转速， 单位为r/min。 相数m——即发电机的相绕组数。 常用的是三相交流同步发电机。 根据上面的定义， 对三相交流同步发电机来说， 额定电压、 额定电流和额定功率之间有下面关系： 3.3 简单三相交流同步发电机工作原理 3.3.1 基本工作原理 简单的转磁式三相交流同步发电机如图 3-5 所示。 直流励磁机供给的直流电流通过电刷和滑环输入励磁绕组(也叫转子绕组)， 以产生磁场。 在定子槽里放着三个结构相同的绕组AX、 BY、 CZ(A、 B、 C为绕组始端， X、 Y、 Z为绕组的末端)。 三个绕组的空间位置互差120°电角度。 当原动机拖动电机转子和励磁机旋转时， 励磁机输出的直流电流流入转子绕组，