电机及拖动直流发电机

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1、6.1 同步电机的基本工作原理与结构6.2 同步发电机的空载运行6.3 同步发电机的电枢反应6.4 同步发电机的负载运行6.5 同步发电机的并联运行6.6 同步发电机和同步调相机 交流电机分：交流电机分：同步同步电机电机-n=ns(ns为同步转速）为同步转速） 异步异步电机电机-n ns 一、同步电机分类：一、同步电机分类：旋转电枢旋转电枢式：电枢旋转，主极固式：电枢旋转，主极固定，因电枢功率不易由滑动部分送出，只适于较小容定，因电枢功率不易由滑动部分送出，只适于较小容量发电机，实用少。量发电机，实用少。 旋转磁极旋转磁极式：磁极旋转，电枢固定，电枢功率由静止式：磁极旋转，电枢固定，电枢功率由

2、静止部分送出，可传送较大功率，实用广，是同步发电机部分送出，可传送较大功率，实用广，是同步发电机的基本结构型式。的基本结构型式。旋转磁极旋转磁极式式隐极隐极式转子：不计齿槽时气隙均匀；机械强度高，适用于高转式转子：不计齿槽时气隙均匀；机械强度高，适用于高转速；一般用于汽轮发电机；外形细长。速；一般用于汽轮发电机；外形细长。凸极凸极式转子：气隙不均匀，极弧下较小，极间较大；机械强度式转子：气隙不均匀，极弧下较小，极间较大；机械强度比隐极机低，适用于低转速；一般用于水轮发电机，外形扁盘比隐极机低，适用于低转速；一般用于水轮发电机，外形扁盘形。形。二、二、隐极隐极同步电机同步电机（只有卧式支撑）（只

3、有卧式支撑）1、隐极式隐极式转子转子结构：结构： 隐极式隐极式转子上转子上没有凸出的磁极没有凸出的磁极，如图，如图6-1所示。沿所示。沿着转子本体圆周表面上，开有许多槽，着转子本体圆周表面上，开有许多槽，槽中嵌放励磁绕组。在转子表面约槽中嵌放励磁绕组。在转子表面约1/3部分没有开槽，构成部分没有开槽，构成所谓大齿，所谓大齿，是磁极的中心区。励磁绕组通入励磁是磁极的中心区。励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也电流后，沿转子圆周也会出现会出现 N 极极和和 S 极。极。图图6-1 隐极式隐极式转子转子2 2、隐极式隐极式转子特点转子特点：在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周：在大容量高转速汽轮发电

4、机中，转子圆周线速度极高线速度极高，最大可达最大可达170170米米/ /秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成力，大型汽轮发电机都做成细长细长的隐极式的隐极式圆柱体圆柱体转子。考虑到转子冷却和强转子。考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。 转子长度转子长度/ /直径直径=2.5=2.5 6.56.5，且容量愈大比值愈大。，且容量愈大比值愈大。3、汽轮发电机汽轮发电机 （如图（如图6-2） 主要结构部件有：定子、转主要结构部件

5、有：定子、转子、端盖和轴承。子、端盖和轴承。 定子定子定子定子大体上与异步电机相同大体上与异步电机相同，定子铁心由定子铁心由0.35mm,0.5mm0.35mm,0.5mm或或其它厚度的电工钢片叠成。其它厚度的电工钢片叠成。图图6-2 汽轮发电机汽轮发电机 三、三、凸极凸极同步电机（卧式、立式支撑）同步电机（卧式、立式支撑）1支撑支撑：卧式、立式卧式、立式支撑。立式支撑。立式水轮发电机据推力轴承的不同安放位置又分：水轮发电机据推力轴承的不同安放位置又分：悬式（推力轴承在转子上部）、伞式。悬式（推力轴承在转子上部）、伞式。2、水轮发电机的、水轮发电机的特点特点是：极数多，直径大，是：极数多，直径

6、大，轴向长度短轴向长度短，整个转子在外形上，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。3、定子定子：水轮发电机的：水轮发电机的直径很大直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。4、转子转子：水轮发电机由于水轮机的：水轮发电机由于水轮机的转速较低转速较低，要发出工频电能，发电机，要发出工频电能，发电机的极数就比较多，做成凸极式转子结构工艺上较为简单。凸极式转子上的极数就比较多，做成凸极式转子结构工艺上较为简单。凸极

7、式转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，如有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，如图图6-4所示。所示。转子铁心转子铁心：由厚度为：由厚度为13mm的的钢片钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压叠成；磁极两端有磁极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用来抑制短路电流和减弱来抑制短路电流和减弱电机振荡，在电动机中电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。作为起动绕组用。励磁绕组励磁绕组：励磁

8、线圈中：励磁线圈中通过直流励磁电流后，通过直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的每个磁极就出现一定的极性，相邻磁极交替为极性，相邻磁极交替为 N 极和极和 S 极。极。图图6-4 凸极式凸极式转子转子一、同步发电机工作原理一、同步发电机工作原理参考同步电机结构模型图参考同步电机结构模型图6-56-51 1、定子定子上：三相绕组，空间互上：三相绕组，空间互差差1201200 0电角度，匝数相等电角度，匝数相等 转子转子上：上：I If f, ,由由转子转子N N极出极出来来气隙气隙定子铁心定子铁心气隙气隙转转子子S S极极原动机原动机n n逆时针恒速旋转逆时针恒速旋转定子定子上导体切割磁力线上导体

9、切割磁力线产生产生e e 图图6-56-5空载运行：原动机带动空载运行：原动机带动发电机在同步转速下运行发电机在同步转速下运行,励磁（转子）绕组通过适励磁（转子）绕组通过适当的励磁电流当的励磁电流,电枢（定子）绕组不带任何负载（开路）时的运行情况，称电枢（定子）绕组不带任何负载（开路）时的运行情况，称为空载运行。为空载运行。空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势Ff（励（励磁磁势）单独建立，称励磁磁场。磁磁势）单独建立，称励磁磁场。一、空载气隙磁场一、空载气隙磁场 1、主磁通主磁通：既与转子交链，又经气隙与定子交链的

10、磁通。为一以同步转：既与转子交链，又经气隙与定子交链的磁通。为一以同步转速旋转的旋转磁场，磁密波形沿气隙圆周近似作正弦分布，其基波分量的速旋转的旋转磁场，磁密波形沿气隙圆周近似作正弦分布，其基波分量的每极磁通用每极磁通用 0 0表示，表示， 0 0参与电机的机电能量转换。参与电机的机电能量转换。2、漏磁通漏磁通 1 1 ：除：除 0 0外的所有谐波成分，及励磁磁场中仅与转子励磁绕组外的所有谐波成分，及励磁磁场中仅与转子励磁绕组交链而不与定子交链的磁通。交链而不与定子交链的磁通。 1 1 不参与电机的机电能量转换。不参与电机的机电能量转换。二、二、空载空载特性特性E E0 0 = f(If(If

11、 f) )或或E E0 0 = f(Ff(Ff f) ) ：1、空载运行时、空载运行时, 励磁电势随励磁电流变化的关系励磁电势随励磁电流变化的关系 称为同步发电机的空载特性。称为同步发电机的空载特性。2、转子同步速为、转子同步速为n n1 1，三相基波电势有效值为，三相基波电势有效值为E E0 0=4.44fNkN1N1 0 0 3、 E E0 0 = f(Ff(Ff f) )：改变改变If f，可改变，可改变 0 0及及E E0 0，由此得空载特性曲线如图，由此得空载特性曲线如图6-6。 空载特性空载特性与电机磁路的磁化曲线与电机磁路的磁化曲线具有具有类似类似的变化规律。的变化规律。 励磁电