同步发电机结构及工作原理.ppt

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1、2023-2-1312023-2-132同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系同步发电机对称运行时的特性同步发电机对称运行时的特性同步发电机并网运行同步发电机并网运行本篇主要内容本篇主要内容2023-2-133u同步电机：同步电机：交流旋转电机。交流旋转电机。u用途：用途：主要作发电机用，也可作电动机带主要作发电机用，也可作电动机带动具有恒速要求的机械，还可作调相机，向动具有恒速要求的机械，还可作调相机，向电力系统发出无功功率，用于改善电力系统电力系统发出无功功率，用于改善电力系统的功率因数及调整电网电压。的功率因数及调整电网电压。 现代发电厂中所发出的交流电能几乎全现代发电厂中所发

2、出的交流电能几乎全部是同步发电机发出，尽管目前有其他发电部是同步发电机发出，尽管目前有其他发电型式，如磁流体发电，太阳能发电等，但电型式，如磁流体发电，太阳能发电等，但电力系统中仍是同步发电机占绝对优势。力系统中仍是同步发电机占绝对优势。2023-2-134u 同步电机指电机同步电机指电机转子的转速转子的转速n与与旋转磁场旋转磁场转速转速n1相同的交流电机。相同的交流电机。u同步电机的转速：同步电机的转速：n=60f1/p f1 -电网频电网频率率。2023-2-1352023-2-136第一节第一节 三相同步发电机的基本工作原理及分类三相同步发电机的基本工作原理及分类第二节第二节 同步发电机

3、的基本结构同步发电机的基本结构第三节第三节 大型同步发电机的基本系统大型同步发电机的基本系统第四节第四节 同步发电机的型号与额定值同步发电机的型号与额定值 2023-2-137三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理 同步发电机同步发电机(synchronous generator)是将机械是将机械能转变为能转变为交流电能交流电能的设备。的设备。 在火电厂，发电机用汽轮机作原动机，称为在火电厂，发电机用汽轮机作原动机，称为汽汽轮发电机轮发电机；在核电站是以核反应堆来代替火电站的；在核电站是以核反应堆来代替火电站的锅炉，原动机仍然是汽轮机；锅炉，原动机仍然是汽轮机； 在水电厂，发

4、电机用水轮机作原动机，称为在水电厂，发电机用水轮机作原动机，称为水水轮发电机轮发电机； 有的地方用柴油机用作原动机，称为有的地方用柴油机用作原动机，称为柴油发电柴油发电机机。2023-2-138SNnIf三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理 同步发电机基本工作原理：同步发电机基本工作原理：导导体切割磁力线感应电动势。体切割磁力线感应电动势。 转子：转子：转动的部分，转子上有转动的部分，转子上有磁极和励磁绕组，产生磁场。磁极和励磁绕组，产生磁场。 定子（又叫电枢）：定子（又叫电枢）：固定的部固定的部分，定子铁心上有齿和槽，槽分，定子铁心上有齿和槽，槽内设置有绕组，是切割磁场的

5、内设置有绕组，是切割磁场的导体。导体。 气隙：气隙：定转子之间有气隙。定转子之间有气隙。动画动画2023-2-139三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理 定子：定子：有三相定子绕组，每相有三相定子绕组，每相结构完全相同，它们在空间上结构完全相同，它们在空间上互差互差120电角度对称分布放置电角度对称分布放置在定子铁心槽内。在定子铁心槽内。 转子：转子：有有p对磁极，磁极上有直对磁极，磁极上有直流励磁绕组，当直流电流通过流励磁绕组，当直流电流通过电刷和滑环流入转子绕组后，电刷和滑环流入转子绕组后，产生主磁通，主磁通由产生主磁通，主磁通由N极经气极经气隙，定子铁心，再经气隙进入

6、隙，定子铁心，再经气隙进入S极，构成主磁路。极，构成主磁路。2023-2-1310同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁转子通直流电流转子通直流电流 If励磁磁场励磁磁场Bf电枢感应电枢感应电势电势tEemacos)120cos(tEemb)120cos(tEemcf260pnf 随转子旋转随转子旋转 角速度角速度SNnea三相对称负三相对称负 载运行时载运行时旋转基波旋转基波 磁势磁势FaaF三相对称电三相对称电 枢电流枢电流 iabcpfn6011nn (同步电机同步电机)ebecIf00120sin120sinsi

7、ntEetEetEemOBmOBmOAf260pnf pfn6011nn 三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理 2023-2-1311 定子外接负载，形成回路，有三相电流。定子外接负载，形成回路，有三相电流。u 机械能转化为电能机械能转化为电能)120sin(tEemOBtEemOAsin）（240sintEemOCu 定子绕组三相感应电势定子绕组三相感应电势三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理 2023-2-1312u交流电势频率交流电势频率f的确定的确定 当转子为当转子为1对磁极时，转子旋转一周，定子绕组对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电势变化

8、一个周期；当同步发电机有中感应电势变化一个周期；当同步发电机有p对极对极时，转子旋转一周，感应电势交变时，转子旋转一周，感应电势交变p个周期。个周期。 当转子转速为每分当转子转速为每分n转时，交变电势频率为：转时，交变电势频率为：min/60rnpnf转子转速，三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理 2023-2-1313u交流电势频率交流电势频率f的确定的确定min/60rnpnf转子转速，结论：结论：同步发电机定子绕组感应电势的频率取决于它同步发电机定子绕组感应电势的频率取决于它的极对数的极对数p和转子的转速和转子的转速n。 同步发电机极对数一定时，转速与电枢电势的频率同

9、步发电机极对数一定时，转速与电枢电势的频率有严格对应关系。有严格对应关系。 当电力系统频率当电力系统频率f一定，发电机转速一定，发电机转速 为恒为恒定值，这是同步发电机的主要特点。定值，这是同步发电机的主要特点。pfn/60三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理 2023-2-1314结论：结论：我国标准工频为我国标准工频为50Hz，所以同步发电机的极，所以同步发电机的极对数和转速成反比。对数和转速成反比。np3000l 汽轮发电机转速较高，极对数较少，如转速汽轮发电机转速较高，极对数较少，如转速n=3000r/min，则极对数，则极对数p=1。l 水轮发电机转速较低，极对数

10、较多，如转速水轮发电机转速较低，极对数较多，如转速n=125r/min，则极对数，则极对数p=24。三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理 2023-2-1315 按按运行方式不同运行方式不同分为：发电机、电动机和调相机。分为：发电机、电动机和调相机。 按按结构形式不同结构形式不同分为：电枢旋转式（简称转枢式）分为：电枢旋转式（简称转枢式）和磁极旋转式（简称转场式）。磁极旋转式按和磁极旋转式（简称转场式）。磁极旋转式按转转子结构不同子结构不同又分为凸极式和隐极式。又分为凸极式和隐极式。 按按安装方式安装方式不同分为：卧式和立式。不同分为：卧式和立式。 同步电机的类型同步电机的

11、类型 按按原动机类型不同原动机类型不同分为：汽轮发电机、水轮发电分为：汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、太阳能发电机等等。太阳能发电机等等。 按按冷却介质不同冷却介质不同分为：空气冷却、氢气冷却、水分为：空气冷却、氢气冷却、水冷却等。冷却等。 2023-2-1316第二节第二节 同步发电机的基本构造同步发电机的基本构造 2023-2-13171定子定子 2凸极式转子凸极式转子 气隙不均匀，极弧气隙不均匀，极弧底下气隙较小，极间部底下气隙较小，极间部分较大。分较大。凸极式电机结构特点凸极式电机结构特点2023-2-1318 转

12、子上没有凸出转子上没有凸出的磁极，气隙均匀，的磁极，气隙均匀，转子呈圆柱形。转子呈圆柱形。1定子定子 3隐极式转子隐极式转子隐极式电机结构特点隐极式电机结构特点2023-2-1319l电源频率固定，采用转子结构与转速有关。电源频率固定，采用转子结构与转速有关。 火电厂和核电站的汽轮机火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转拖动的发电机，转速高，速高，转子宜作成细而长的隐极式转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通，这种发电机通常称为汽轮发电机。常称为汽轮发电机。 核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都用的大同小异

13、，所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。站的大。 水轮机拖动的发电机水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较，转速低，因而要求有较多的磁极，多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式转子宜作成短而胖的凸极式。 凸极式和隐极式电机应用场合凸极式和隐极式电机应用场合2023-2-1320l同步电机的气隙较同容量的异步电机大。同步电机的气隙较同容量的异步电机大。 异步电机异步电机励磁电流由电网供给，需从电网吸取励磁电流由电网供给，需从电网吸取感性无功功率，若气隙大，则励磁电流大，电机的感性无功功率，若气隙大，则励磁电流大

14、，电机的功率因数低，因此在机械允许的条件下，功率因数低，因此在机械允许的条件下，气隙要尽气隙要尽量小一些量小一些。 同步电机同步电机气隙磁场由转子电流和定子电流共同气隙磁场由转子电流和定子电流共同激励，从运行稳定性考虑，气隙大，同步电抗小，激励，从运行稳定性考虑，气隙大，同步电抗小，短路比大，运行稳定性高。但气隙大，转子用铜量短路比大，运行稳定性高。但气隙大，转子用铜量增大，制造成本增加。所以增大，制造成本增加。所以气隙大小的选择要综合气隙大小的选择要综合考虑运行性能和制造成本这两方面的要求考虑运行性能和制造成本这两方面的要求。 同步电机与异步电机同步电机与异步电机2023-2-1321火电厂

15、火电厂(heat-engine plant)的生产现场的生产现场汽轮发电机结构汽轮发电机结构2023-2-1322大亚湾核电站发电机组大亚湾核电站发电机组2023-2-1323岭澳一期核电站发电机组岭澳一期核电站发电机组2023-2-1324国产国产300MW汽轮发电机外汽轮发电机外(turbonator)形结构图形结构图2023-2-13252023-2-1326l 用途：多用于汽轮发电机，一般为两极，转速为用途：多用于汽轮发电机，一般为两极，转速为3000r/min。体积和造价运行效率发电机转速容量一定，电机长度转子直径发电机转速 一般汽轮发电机转子长一般汽轮发电机转子长度度L和定子内径和

16、定子内径D之比为之比为2-6.5。2023-2-13271.定子定子(stator) 机座机座(baseframe)、端盖端盖(end closure)、定子铁心定子铁心(stator core)和和定子绕组定子绕组(stator windings)等。等。汽轮发电机结构汽轮发电机结构2023-2-1328发电机定子发电机定子2023-2-1329（1）机座和端盖）机座和端盖 机座的作用机座的作用：固定和支撑定子铁心及定子绕组等部：固定和支撑定子铁心及定子绕组等部件，通过机座将整个定子安装、固定在基础上。件，通过机座将整个定子安装、固定在基础上。 机座内部有冷却风道。汽轮发电机机座一般采用钢机座内部有冷却风道。汽轮发电机机座一般采用钢板焊接而成。对机座的要求，除了使安装、运输方板焊接而成。对机座的要求，除了使安装、运输方便外，还需要有足够的强度和刚度。便外，还需要有足够的强度和刚度。 正常和故障时能承受可能发生的最大应力，保证不正常和故障时能承受可能发生的最大应力，保证不产生不允许的变形。产生不允许的变形。汽轮发电机结构汽轮发电机结构2023-2-1330 端盖的作用端盖的作用: :保