同步发电机的基本工作原理和结构
同步发电机基本工作原理及运行特性

同步发电机基本工作原理及运行特性一、基本工作原理及结构同步发电机是利用电磁感应原理,将机械能转变为电能的装置。
所谓电磁感应就是导体切割磁力线的能产生感应电势,将导体连接成闭合回路,就有电流通过的现象。
导体镶嵌在铁芯的槽里,铁芯是固定不动的称为定于(静子)。
磁极是转动的,称为转子。
它是由励磁绕组和铁芯组成的。
励磁绕组通过滑环与外部励磁回路相连,定子和转子是发电机的基本组成部分。
那么,三相交流电是如何产生的呢?直流电通入转子绕组后,就产生了稳恒的磁场,沿定于铁芯内圆,每相隔120度,分别安放三相绕组A-X、B-Y、C-Z。
当转子被汽轮机拖动以3000r/min旋转时,定子绕组便切割磁力线,产生感应电势,感应电势的方向可由右手定则来确定。
由于转子产生的磁场是旋转磁场,所以定子绕组切割磁力线的方向不断变化,在其中感应的电势方向就不断变化,因而形成交变电势即交流电势。
交流电势的额定频率为f,它决定于发电机的极对数P和转速n,其计算公式为:f=np/60HZ,我国规定交流电的频率为50HZ。
即:p=1,n=3000r/min交流电势的相位关系:转子以3000r/min的转速不停地旋转A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线,所以三相绕组中电势的相位是不同的,因为定子绕组在安放时,空间角度相差120°相序为A-B-C。
何为同步呢?当发电机并列带负荷后,三相绕组中的定子电流(电枢电流)将合成一个旋转磁场,交流磁场与转子同速度,同方向旋转,这就是同步。
二、同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性,一般是指发电机的空载特性、短路特性、负载特性、外特性和调整特性等五种。
其中,外特性和调整特性是主要的运行特性,根据这些特性,运行人员可以判断发电机的运行状态是否正常,以便及时调整,保证高质量安全发电。
而空载特性、短路特性、负载特性则是检验发电机基本性能的特性,用于测量,计算发电机的各项基本参数。
1、外特性所谓外特性,就是励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下,负荷变化时发电机端电压U的变化曲线。
同步发电机的基本工作原理和结构

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同步发电机的主要构成部件包括两大部分:定子 (工作时不运动部分)和转子(工作时转动部分)。 定子部分主要有:定子铁心(硅钢片叠成),其 内表面开槽用于嵌放定子绕组;定子三相对称绕组, 用于切割磁场感应电动势,将动能转换成电能。
转子部分主要有:转子铁心及磁极;转子绕组( 也称为励磁绕组),用于通过直流电流(励磁电流) 形成恒定磁场。 对照原理结构图,说明同步发电机的工作过程: 电生磁:转子绕组通直流电流后产生恒定磁场。 磁生电:该恒定磁场在原动机带动下旋转,切割 定子上的三相对称绕组,在定子绕组上产生感应电动 势,在其引出端就有了三相对称交流电压输出。
相关部件的散热(冷却)方式:通过空气、水、 氢气等冷却介质进行冷却。
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第二节 同步发电机的基本结构 目前电力系统中的发电机主要有两大类:汽轮发 电机和水轮发电机,这两类发电机的工作原理是一样 的,不同的是在工作过程中一类是高转速发电机,一 类是低转速发电机,这使其结构有一点不同。 一、汽轮发电机的基本结构 汽轮发电机是在高转速下工作,定子结构与水轮 发电机是一样的,其转子采用隐极式结构,直径小、 轴向尺寸长,全为卧式布置,理由——
推力轴 承 上机 架 转子
转子
下机架
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推力轴承
悬式
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伞式
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水轮发电机组也有采用卧式机组形式的,主要用 于高水头、小流量的小型机组,这样可降低整个厂房 的修建高度,从而降低修建成本。如青城电站——
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第三节 三相同步发电机的励磁方式 从原理分析已知,同步发电机运行时必须在转子 绕组中通入直流电流建立磁场,这个电流就叫励磁电 流。我们把供给励磁电流的电源及其附属设备(励磁 调节器、灭磁装置)统称为励磁系统。 获取励磁电流的方式有多种,在实际应用中常用 的有以下几种: 一、直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统的构成见下图示:
同步发电机结构及工作原理PPT

火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机,转
速高,转子宜作成细而长的隐极式,这种发电机通 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
用的大同小异,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 站的大。
水轮机拖动的发电机,转速低,因而要求有较 多的磁极,转子宜作成短而胖的凸极式。
在火电厂,发电机用汽轮机作原动机,称为汽 轮发电机;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;
在水电厂,发电机用水轮机作原动机,称为水 轮发电机;
有的地方用柴油机用作原动机,称为柴油发电 机。
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三相同步发电机的基本工作原理
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• 同步发电机基本工作原理:导 体切割磁力线感应电动势。
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(同步电机) 10
三相同步发电机的基本工作原理
定子绕组三相感应电势
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定子外接负载,形成回路,有三相电流。 机械能转化为电能
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同步电机的类型
• 按运行方式不同分为:发电机、电动机和调相机。
• 按结构形式不同分为:电枢旋转式(简称转枢式) 和磁极旋转式(简称转场式)。磁极旋转式按转 子结构不同又分为凸极式和隐极式。
• 按安装方式不同分为:卧式和立式。
• 按原动机类型不同分为: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、 太阳能发电机等等。
同步电机的基本工作原理和结构

同步电机的基本工作原理和结构第一节精编资料本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理,同步电机的电动势和磁动势,异步电动...二,同步电机的工作原理1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场...原理,结构同步电机的基本工作原理和结构本章主要介绍同步电机的结构和基本工作原理、同步电机的电动势和磁动势、异步电动机的电势平衡,磁势平衡、等值电路及相量图、功率转矩、同步发电机运行原理等内容。
本章共有10节课,内容和时间分配如下:1.掌握同步电机的结构特点及工作原理。
(2节)2.掌握同步电机绕组有关的结构、额定参数(1节)3.掌握同步电机机绕组的磁动势、等效电路,一般掌握相量图。
(3节)4.掌握同步电机功率、转矩和同步电机启动特性。
(2节)5.了解同步发电机的运行原理。
(2节)一、简介交流电机,根据用途,可以分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三类。
(交流电能几乎全部是由同步发电机提供的。
目前电力系统中运行的发电机都是三相同步发电机。
同步电动机可以通过调节其励磁电流来改善电网的功率因数,因而在不需要调速的低速大功率机械中也得到较广泛的应用。
随着变频技术的不断发展,同步电动机的起动和调速问题都得到了解决,从而进一步扩大了其应用范围。
同步补偿机实质上是接在交流电网上空载运行的同步电动机,其作用是从电网汲取超前无功功率来补偿其它电力用户从电网汲取的滞后无功功率,以改善电网的供功率因数。
) 二、同步电机的工作原理1磁场:三相同步电机运行时存在两个旋转磁场: 定子旋转磁场和转子旋转磁场。
定子旋转磁场—又常称为电枢磁势,而相应的磁场称为电枢磁场60f1n,速度:同步速度,即 1p方向:从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相。
形成原因:以电气方式形成。
(当对称三相电流流过定子对称三相绕组时,将在空气隙中产生旋转磁通势。
它的旋转速度60f1n,1p为同步速度,即;它的旋转方向是从具有超前电流的相转向具有滞后电流的相;当某相电流达到最大值的瞬间,旋转磁势的振幅恰好转到该相绕组轴线处。
同步发电机的结构和工作原理

同步发电机的结构和工作原理一、引言同步发电机是一种常见的发电机类型,它在电力系统中扮演着重要的角色。
本文将介绍同步发电机的结构和工作原理。
二、结构同步发电机由转子、定子和励磁系统组成。
其中,转子是旋转部件,定子是静止部件,励磁系统用于提供磁场。
1. 转子同步发电机的转子通常采用三相交流发电机,它由轴心线上的几个铜棒组成。
这些铜棒被称为“极”,每个极之间都有一个空隙,用于安装定子绕组。
2. 定子同步发电机的定子通常采用三相绕组,这些绕组被称为“臂”。
臂的数量与极数相等,并且它们都均匀地分布在整个定子上。
3. 励磁系统励磁系统用于提供磁场。
它通常由直流励磁机和调节器组成。
直流励磁机负责产生直流电流,而调节器则控制直流励磁机输出的电流大小。
三、工作原理同步发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力。
当转子旋转时,它会切割定子绕组中的磁场,从而在定子绕组中产生电动势。
这个过程可以用法拉第电磁感应定律来描述。
同时,当电流通过定子绕组时,它会产生磁场。
这个磁场与转子极的磁场相互作用,从而产生一个力,即洛伦兹力。
这个力将使得转子继续旋转,并且将机械能转化为电能。
同步发电机的输出电压和频率取决于旋转速度和极数。
具体来说,输出频率等于旋转速度乘以极数除以120。
四、总结同步发电机是一种常见的发电机类型,在电力系统中扮演着重要的角色。
它由转子、定子和励磁系统组成。
同步发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力。
当转子旋转时,它会切割定子绕组中的磁场,从而在定子绕组中产生电动势。
同时,当电流通过定子绕组时,它会产生磁场,并且与转子极的磁场相互作用,从而产生一个力,将机械能转化为电能。
同步发电机的输出电压和频率取决于旋转速度和极数。
三相同步发电机的结构和工作原理

发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。
定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。
转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。
由轴承及端盖将发电机的定子,转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做切割磁力线的运动,从而产生感应电势。
发电机曲轴带动发电机的转子,利用“电磁感应”原理,发电机就会输出感应电动势,经闭合的负载回路就能产生电流。
主磁场的建立:励磁绕组通入直流励磁电流,建立极性相间的励磁磁场,即建立起主磁场。
载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组,成为感应电势或者感应电流的载体。
切割运动:引擎曲轴拖动转子旋转(给电球输入机械能),极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。
交变电势的产生:由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动,电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。
通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流。
励磁机整流器 转子 定子AVR (自动电压调节器)风扇 飞轮连接盘出线端子向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。
励磁系统是同步发电机的重要组成部分。
转子的励磁绕组通入直流电流,产生接近于正弦分布磁场(称为转子磁场),其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。
转子旋转时,转子磁场随同一起旋转、每转一周,磁力线顺序切割定子的每相绕组,在三相定子绕组内感应出三相交流电势。
发电机带对称负载运行时,三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。
定子磁场和转子磁场相互作用,会产生制动转矩。
从引擎输入的机械转矩克服制动转矩而作功。
发电机可发出有功功率和无功功率。
转子磁场的强弱直接影响定子绕组的电压,所以,调发电机端电压或调发电机的无功功率必须调节转子电流。
发电机的有功功率和无功功率几何相加之和称为视在功率。
有功功率和视在功率之比称为发电机的功率因数,发电机的额定功率因数一般为0.8。
同步电机的基本工作原理与结构_图文

额定运行时加在 在额定运行状
三相定子绕组上 态下三相定子
的线电压。
绕组的线电流
对同步发电机额定值.之间关系为:
6.2 同步发电机的空载运行
同步发电机被原动机拖动到同步转速,励磁绕组中通入直流 电流 ,定子绕组开路的运行称为空载运行。 电磁关系:
空载电动势 大小:
空载特性:
此种情况下
---直轴分量 ---交轴分量
--直轴同步电抗 --交轴同步电抗
分别表征在对称负载下,单位直轴或 交轴三相电流产生的总电枢磁场在电 枢每一相绕组中感应的电动势。
二、凸极同步发电机的相量图 作图步骤
6.4.2隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路
一、电动势方程
电磁关系:
令
电动势平衡方程
不计磁路饱和时有下列关系
--同步电抗
称为“V”形
曲线。
对于一个给定的有功功率输出就有一条V形曲线,有功功率 越大,曲线向上移,因此可是以得到一簇“V”形曲线。
6.6 同步电动机和同步调相机
6.6.1 同步电动机
一、同步电机的可逆原理
同步电机的运行是可逆 的,既可以用作发电机,还 可以用作电动机。
同步电机运行于发电 机状态时,如图所示。
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
返回
1、汽轮发电机结构 (1)定子铁心
返回
1、汽 轮发电 机结构
返回
2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
2、水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
1.发电环节——各种电机 引进600MW汽轮发电机
国产300MW汽轮发电机
同步电机原理和结构

6018.1同步电机原理和结构1 •同步发电机原理简述(1)结构模型:同步发电机和其它类型的旋转电机一样, 由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。
最常用的转场式同步电机的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排 列的三相对称交流绕组。
这种同步电机的定子又称为电枢,定子铁心和绕组又称为电枢铁 心和电枢绕组。
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,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,称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。
除了转场式同步电机外, 还有转枢 式同步发电机,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 转子充当了电枢。
图 8-1-1给出了典型的转场 式同步发电机的结构模型。
图中用 AX 、BY , CZ 共3个在空间错开120°电角度分布的线 圈代表三相对称交流绕组。
(2 )工作原理同步电机电枢绕组是三相对称交流绕组,当 原动拖动转子旋转时,通入三相对称电流后,会产生高速旋转磁场,随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场),会在其中感应出大小和方向按周期性变化的交变电势,每相感应电势的有效值为, E o = 4.44fN ① f k w( 8-1-1 )式中f ――电源频率;①f ――每极平均磁通; N ——绕组总导体数;k w ---------------- 绕组系数;E 0是由励磁绕组产生的磁通 ①f 在电枢绕组中感应而得,称为 励磁电势(也称主电势、 空载电势、转子电势)。
由于三相电枢绕组在空间分布的对称性,决定了三相绕组中的感应 电势将在的时间上呈现出对称性,即在时间相位上相互错开 1/3周期。
通过绕组的出线端将三相感应电势引出后可以作为交流电源。
可见,同步发电机可以将原动机提供给转子的 旋转机械能转化为三相对称的交变电能。
感应电势的频率决定于同步电机的转速 n 和极对数p ,即同步电机图8-1-1 同步电机结构模型2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应该和电网的频率一致。
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隐极式 旋转磁极式
凸极式
旋转电枢式
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
2.按原动机类型分 2p =2,n=3000r/min;
汽轮发电机:原动机为汽轮机。 特点: 隐极转子: 细长,卧式安装; 用在火力发电厂中。
极数多,转速低,几十转到数百转; 水轮发电机:原动机为水轮机。 特点: 凸极转子: 短粗,立式安装;
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
三、旋转半导体励磁系统
在他励式静止半导体励磁系统基础上, 将主励磁机改为旋转电枢式同步发电机, 且将整流器装在发电机转子上。
主励磁机三相绕组
整流器 发电机励磁绕组 同轴旋转
主励磁机发出的三相交流电经过整流后直接送入发电机励磁绕组。 不需要电刷和滑环,提高了发电机运行可靠性。
2.额定电压 U N(V、kV):额定运行时定子三相绕组上的线电压。 3.额定电流 I N (A、kA):额定运行时流过定子绕组的线电流。 4. 额定频率
f N 50 HZ
5.额定功率因数 cos N : 额定运行时输出有功功率和视在功率比值。 6. 额定转速 n N (r/min): 额定运行时的转速,为同步转速。
极对数 p n(r/min)
1 3000
2 1500
3 1000
4 750
5 600
6 500
3.三相电动势的大小和相序 大小: E 4.44 fN 1kw1 Φ0
相序:与转子转向一致,即相序由转子的转向决定。
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
二、同步发电机的分类
1.按结构型式分
旋转磁极式(大容量同步电机采用) 旋转电枢式(小容量同步电机采用) 隐极式(火电机组) 凸极式(水电机组)
电刷和滑环将直流
励磁电流引入到转 子励磁绕组中。
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
*11.3 同步发电机的励磁系统
同步发电机运行时,转子主磁场是由转子励磁绕组通入直流电流建立的。 提供励磁电流的装置称为励磁系统。主要有三种:
一、直流励磁机励磁系统
用直流发电机作为励磁电源向同步发电机提供励磁电流。
120 电角度,
所以三相电动势在时间上互差 120 电角度。
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
1.感应电动势的波形
e Blv B
e
的波形取决于 B 的波形。
设计适当的转子极弧形状,使 B 沿气隙正弦分布,可得到正弦波形的 e 。 2.感应电动势的频率
f
pn HZ 60
为了发出50HZ交流电,同步发电机转速与极对数关系
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
2.自励式 发电机的励磁电流,由励磁变压器取自自身输出端, 经三相可控硅整流变换为直流后提供。
这种励磁系统没有旋转的励磁机, 便于维护, 反应速度快, 目前已得到广泛应用。
静止半导体励磁系统缺点: 由于发电机励磁电流是通过
电刷和滑环引入励磁绕组的,
当励磁电流过大时,将使滑 环产生高温而极易损坏。
额定值关系:
PN 3U N I N cos N
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
11.2 同步发电机的基本结构
汽轮发电机外形
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
汽 轮 发 电 机 定 子 汽 轮 发 电 机 转 子
水 轮 发 电 机
外 形
水 轮 发 电 机 转 子
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
② 定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定转子铁心氢外冷(水一氢一氢);
③ 定、转子绕组水内冷,定子铁心氢冷(水一水一氢); ④ 定、转子绕组水内冷、定子铁心空冷(水一水一空)。
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
三、同步发电机的额定值
1.额定功率 PN (kW、MW):额定运行时发电机的输出电功率。
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
2.励磁绕组 由扁铜线绕成同心式绕组。槽内导体靠槽楔压紧,端部用合金钢护环固定。 3.阻尼绕组
由铜条和端环焊接而成,是短路绕组。相当于异步机的笼形绕组。
在同步发电机中,阻尼绕组起抑制转子机械振荡作用; 在同步电动机和调相机中,作为起动绕组。 4.滑环(集电环)
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
本章结束
一、定子(电枢)
其结构与异步电机相同,由定子铁心、电枢绕组、机座和端盖等组成。 1. 定子铁心 是磁路的一部分,由硅钢片叠装而成。内圆槽安放电枢绕组。 定子铁心沿轴向每隔一段,留有径向通风沟,以利于散热。 大型同步发电机定子铁心由扇形片拼合叠装成定子铁心。 2. 电枢绕组 双层叠绕组,由扁铜线绕制成型后,包以绝缘而成。 采用实心导线,空心与实心导线组合绕组,加强冷却。 3. 机座、端盖、轴承、轴承座及电刷等。
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
三相绕组结构示意图
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
二、转子
由转子铁心、励磁绕组、阻尼绕组、护环和中心环、滑环和风扇等组成。
1.转子铁心
是磁路的一部分,固定励磁绕组和阻尼绕组作用。 汽轮发电机转子铁心由高机械强度和导磁性能好的整块合金钢锻造而成。 转子圆周上大齿,做为发电机的主磁极, 其余开口槽部分安放励磁绕组。
同步发动机工作原理图
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
11.1 同步发电机的工作原理、分类与额定值
一、同步发电机的基本工作原理
定子:三相对称绕组:U1-U2、V1-V2、W1-W2 转子:磁极铁心、励磁绕组。
励磁绕组通入直流电流,建立转子磁场。
原动机拖动转子以转速 n 匀速旋转时,转子磁场切 割定子三相绕组,在三相绕组中感应出交变电动势。 由于定子三相绕组在空间位置上互差
用在水力发电厂中。
n=500~1500r/min; 柴油发电机:原动机为柴油机。 特点: 容量较小; 主要作为自备电源、移动电源。
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
水轮发电机
上游水
下游水 水轮机
水轮发电机工作原理图
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
水轮发电机转子
转轴
水轮机
第11章示意图
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
同步发动机结构示意图
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
3.按冷却介质和冷却方式分
空气冷却(空冷):主要采用内扇式轴向和径向混合通风系统。 氢气冷却(氢冷):定、转子绕组采用空心导线,将氢气压缩进导体带走热量。 水 冷 却(水冷):主要是定子绕组水内冷。 冷却组合方式: ① 定、转子绕组和定子铁心均氢外冷;
主励磁机(他励直流发电机)供给同步发电机励磁电流;
副励磁机(并励直流发电机)供给主励磁机励磁电流。
三者同轴旋转
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
二、静止半导体励磁系统
整流器是静止的。分为:他励式、自励式。 1.他励式
交流主励磁机
交流副励磁机 同步发电机
同轴
发电机的励磁,由主励磁机(旋转磁极式同步发电机)发出的交流经整流后供给。 主励磁机的励磁,由副励磁机(中频同步发电机)发出的交流经整流后供给。 副励磁机的励磁,开始时由外部直流电源供给,待电压建起后再转为自励。
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构
[内容]
11.1 同步发电机的工作原理、分类与额定值 11.2 同步发电机的基本结构 *11.3 同步发电机的励磁系统
[要求]
• 掌握同步发电机的基本工作原理、类型和额定值。
• 了解同步发电机的基本结构及各主要部件的作用。 • 了解同步发电机的励磁系统。
第11章 同步发电机的基本工作原理和结构