同步发电机的基本工作原理和结构 2

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1、第 一 篇第一章同步发电机的基本工作原理和结构第一章同步发电机的基本工作原理和结构本章基本教学要求本章基本教学要求1.1.理解同步电机的基本工作原理；理解同步电机的基本工作原理；2.2.掌握基本结构各部件的特点和作用；掌握基本结构各部件的特点和作用；3.3.了解冷却方式、掌握同步发电机的铭牌；了解冷却方式、掌握同步发电机的铭牌；4.4.知道同步发电机的励磁方式及励磁系统的作用与要求。知道同步发电机的励磁方式及励磁系统的作用与要求。本章重点和难点本章重点和难点重点：重点：1.1.同步发电机的主要结构和基本工作原理；同步发电机的主要结构和基本工作原理；2.2.主要结构部件特点和作用；主要结构部件特

2、点和作用；3.3.励磁系统的作用与要求。励磁系统的作用与要求。难点：难点：1.1.同步发电机的基本工作原理；同步发电机的基本工作原理；2.2.励同步发电机的磁系统。励同步发电机的磁系统。 同步电机是交流旋转电机的一种同步电机是交流旋转电机的一种, ,因其转速恒等于同步速时而因其转速恒等于同步速时而得名。现代发电厂中所发出的交流电能几乎都是同步发电机的。得名。现代发电厂中所发出的交流电能几乎都是同步发电机的。对于有恒速要求的生产机械，可采用同步电动机作为动力，同步对于有恒速要求的生产机械，可采用同步电动机作为动力，同步电机也可作为调相机用，向电力系统发出感性或容性无功功率，电机也可作为调相机用，

3、向电力系统发出感性或容性无功功率，用于改善电力系统的功率因数及调整电网电压。同步电机无论作用于改善电力系统的功率因数及调整电网电压。同步电机无论作发电机、电动机或调相机，其基本原理及结构是相同的，只是运发电机、电动机或调相机，其基本原理及结构是相同的，只是运行方式不同而已。行方式不同而已。本章基本要求：本章基本要求：同步发电机的基本工作原理；同步发电机的基本工作原理；同步发电机的基本结构；同步发电机的基本结构；同步发电机的铭牌数据。同步发电机的铭牌数据。定子定子转子转子滑环滑环 同步发电机基本原理工作是根据电磁感应现象，即导体切同步发电机基本原理工作是根据电磁感应现象，即导体切割磁力线产生感应

4、电动势工作的。因此，同步发电机应有产生割磁力线产生感应电动势工作的。因此，同步发电机应有产生磁力线的磁场和切割该磁场的导体。磁力线的磁场和切割该磁场的导体。一、基本结构模型，如图所示一、基本结构模型，如图所示: : 气隙气隙 图中给出了最常用的转场图中给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为种同步电机的定子又称为电枢电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。心

5、和电枢绕组。 1.1.定子定子2.2.转子转子 转子铁心上装有制成一定形状的成转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，当通过对磁极，磁极上绕有励磁绕组，当通过电刷和滑环通以直流电流时，将会在电电刷和滑环通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场称为励磁磁场( (也称主磁场、转子磁场也称主磁场、转子磁场) )。主磁场由主磁场由N N极出来经过气隙、定子铁芯，极出来经过气隙、定子铁芯，再经过气隙进入再经过气隙进入S S极而构成主磁路。如极而构成主磁路。如图中虚线所示图中虚线所示( (图中图中p=1)p=1)。3.3.气

6、隙气隙 气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 除了转场式同步电机外除了转场式同步电机外, ,还有转枢式同步电机，其磁极安装还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。转子充当了电枢。二、同步发电机的工作原理二、同步发电机的工作原理 如图所示，外部直流电源通过滑环向如图所示，外部直流电源通过滑环向转子提供直流励磁电流，并产生磁

7、场；原转子提供直流励磁电流，并产生磁场；原动机拖动发电机转子以转速动机拖动发电机转子以转速n n按图示方向按图示方向作恒向旋转。作恒向旋转。 定子中三相绕组的导体依定子中三相绕组的导体依次切割磁力线，三相绕组便感次切割磁力线，三相绕组便感应产生各相大小相等、相位彼应产生各相大小相等、相位彼此相差此相差1201200 0的交流电动势。的交流电动势。若若气隙磁通密度按正弦波分布气隙磁通密度按正弦波分布，则三相绕组感应电动势波形如则三相绕组感应电动势波形如图所示，且相序为图所示，且相序为A AB BC C。1.1.交变感应电动势的产生交变感应电动势的产生每相感应电势有效值每相感应电势有效值: : 0

8、10444wfNKE.2.2.感应电势的频率感应电势的频率 交流电动势的频率交流电动势的频率f f可这样确定可这样确定: :当转子为当转子为1 1对极时，转子旋对极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势变化一个周期；当同步发电机转一周，定子绕组中感应电动势变化一个周期；当同步发电机具有具有p p对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p p个周期；当个周期；当转子的转速为每分钟转子的转速为每分钟n n转时，则交变电动势的频率为转时，则交变电动势的频率为: :60pnf 转子的转速转子的转速(r/min)(r/min) 由上式可知由上式可知: :同步发电机定子

9、绕组感应电动势的同步发电机定子绕组感应电动势的频率频率取决于取决于它的它的极对数极对数p p和和转子的转速转子的转速n n。转子转速越高，定子绕组感应电势。转子转速越高，定子绕组感应电势E E0 0的频率越高。即的频率越高。即 n fn f。可见，同步发电机极对数。可见，同步发电机极对数p p一定一定时，转速时，转速n n与电枢电动势的频率与电枢电动势的频率f f之间具有严格不变的关系。之间具有严格不变的关系。说明说明: : 如果发电机作为电源单独给负载供电，对电源频率的要求并如果发电机作为电源单独给负载供电，对电源频率的要求并不十分严格，对原动机的转速要求也不很严格。不十分严格，对原动机的转

10、速要求也不很严格。 3.3.同步转速同步转速 现代的发电机，绝大多数都是向大电网并网供电，这就对同现代的发电机，绝大多数都是向大电网并网供电，这就对同步发电机的频率要求严格了，我国电网频率为步发电机的频率要求严格了，我国电网频率为50HZ50HZ，所以发电机，所以发电机发出的电动势频率也必须为发出的电动势频率也必须为50HZ50HZ，如果发电机的频率与电网频率，如果发电机的频率与电网频率不等将会造成严重事故。不等将会造成严重事故。 同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率流电网的

11、频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz 50Hz ，故有：，故有： ppfn300060要使得发电机供给电网要使得发电机供给电网50Hz50Hz的工频电能，发电机的转速必须的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为为某些固定值，这些固定值称为同步转速同步转速。例如。例如2 2极电机的同极电机的同步转速为步转速为3000r/min3000r/min，4 4极电机的同步转速为极电机的同步转速为1500r/min1500r/min，依次，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也类推