大型同步发电机的基本系统.ppt
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。
18.06.2020
7
三相同步发电机的基本工作原理
N
If
n
Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
18.06.2020
• 同步发电机基本工作原理：导 体切割磁力线感应电动势。
磁势Fa
Fa
18.06.2020
nn11
6600 ff pp
nnnn1 1
(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
eOAEmsi nt
eOB E msi nt (12 )0 eOC E ms（ in t24 ） 0
定子外接负载，形成回路，有三相电流。 机械能转化为电能
18.06.2020
14
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。
大型发电机结构说 图解
一、发电机概述发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。
发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。
发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。
因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。
发电机可分为直流发电机和交流发电机，交流发电机又可分为同步发电机和异步发电机(很少采用) ，还可分为单相发电机与三相发电机。
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。
二、发电机的工作原理按照电磁感应定律，导线切割磁力线感应出电动势，这是发电机的基本工作原理。
图1为同步发电机的工作原理图。
发电机转子与汽轮机转子为同轴连接，当蒸汽推动汽轮机高速旋转时，发电机转子随着转动。
发电机转子绕组内通入直流电源后，便建立了一个磁场，这个磁场有一对主磁极，它随着汽轮机发电机转子旋转。
磁通自转子的一个极（N级）出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙，进入转子另一个极（S极）构成回路。
图1 同步发电机工作原理图2 发电机出线的接线发电机转子具有一对磁极，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势正好交变一次（假如发电机转子为P对磁极是，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势交变P次）。
当汽轮机以每分钟3000转旋转时，发电机转子每秒钟要旋转50周，磁极也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次。
这样，发电机转子以每秒50周的恒速旋转，在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势，即频率为50Hz的三相交变电动势。
这时若将发电机定子三相绕组引出线的末端（即中心点）连在一起，绕组的首端引出线与用电设备相连，就会有电流流过，如图2所示。
同步电机的基本类型和基本结构
采用条件 nm1i≤n1500r/ （2p≥4） 转速较高
实例
水轮发电机，同步 电动机及由内燃机 拖动的同步发电机 和调相机
汽轮机
凸极式
旋转磁极式同步电 机
1－定子 2－凸极转子 3－隐极转子 4－集电环
隐极式
9.2 同步电机的根本构造
转子
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C A
定子绕组
机械端口
B 电端口
定子铁心
副励磁机输出 副励磁机
主励磁机
的也是三相交
流电，须由晶
闸管整流后再
供给主励磁机。
他励式静止半导体励磁系统
同步发电机
2、自励式静止半导体励磁系统
自励式静止半导体励磁：取消交流励磁机，交流励磁电源直接 取自同步发电机本身
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主发电机的励 磁电流以由整 流变压器取自 自身输出端， 经过三相晶闸 管整流后变为 直流电。
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1、汽轮发电机构造
定子铁心
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2、水轮发电机构造 (1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
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3〕水轮发电机构造转子构造 10000kW水轮机转子
4〕现场运行的水轮发电机
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二、静止的交流整流励磁系统
静止的交流整流励磁系统可分为自励式与他励式两种：
1、 他励式静止半导体励磁系统 汽轮发电机的励磁电流由同轴交流主励磁机发出的三相交 流通过静止的半导体硅整流器供给。 供给主励磁机励磁电流的是副励磁机。
副励磁机也是交流发电机共励磁电流在电机运行之初由外界直 流电源供给，待建立输出电压后则改为自励。
电机与拖动第5章同步电机课件
◆结论（对于同步发电机）：
① 交轴电枢反应使气隙磁场发生畸变，F0 始终 超前于 F，即主极磁场超前于气隙合成磁场， 使主磁极始终受到一个制动性质的 Te 的作用， 原动机克服该制动转矩而做功，从而实现了 机械能到电能的转换。
② 直轴电枢反应产生去磁或增磁作用，对同步 电机的运行性能影响很大。
四、三相同步电机的运行状态
Fa = Fad＋Faq I1 Id Iq
Id I1 sin
Iq
I1
cos
2. 基本方程式 电磁关系(不计磁路饱和) ：
Uf If
F0 0 E0
Id Fad ad Ead
E1
U1 I1
Iq Faq aq Eaq
s Es
R1I1
E1 E0 Ead Eaq
因为 Ead ∝ad ∝Fad ∝Id
• 关于相序：
转向及绕组相序已标明；或用相序指示器判断。
• 关于空载端电压： 调节 If → 调节 E0 ；调节瞬时速度→改变相位。
• 关于频率：调节 n →调节 f 。
二、并联运行的方法
1. 准确整步法
方法：把 G 调整到完全符合并网条件时，才投入电网。 缺点：手续繁琐，费时较多。
2. 自整步法
If = f ( I1)
三、效率特性
1
P P2 P
100 %
※ N = 94% ~ 98.5%； 氢冷时，N 增加约 1%。
5.6 同步发电机与电网的并联运行
一、并联运行的条件
1. 发电机的相序与电网相序一致 2. 发电机的频率与电网频率相同 3. 发电机的端电压与电网电压相等
1. 发电机的相序与电网相序一致
5.1 同步电机的基本结构和额定值
大型发电机结构说图解
大型发电机一、发电机概述发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。
发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。
发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。
因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。
发电机可分为直流发电机和交流发电机，交流发电机又可分为同步发电机和异步发电机(很少采用) ，还可分为单相发电机与三相发电机。
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。
二、发电机的工作原理按照电磁感应定律，导线切割磁力线感应出电动势，这是发电机的基本工作原理。
图1为同步发电机的工作原理图。
发电机转子与汽轮机转子为同轴连接，当蒸汽推动汽轮机高速旋转时，发电机转子随着转动。
发电机转子绕组内通入直流电源后，便建立了一个磁场，这个磁场有一对主磁极，它随着汽轮机发电机转子旋转。
磁通自转子的一个极（N级）出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙，进入转子另一个极（S极）构成回路。
图1 同步发电机工作原理图2 发电机出线的接线发电机转子具有一对磁极，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势正好交变一次（假如发电机转子为P对磁极是，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势交变P次）。
当汽轮机以每分钟3000转旋转时，发电机转子每秒钟要旋转50周，磁极也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次。
这样，发电机转子以每秒50周的恒速旋转，在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势，即频率为50Hz的三相交变电动势。
这时若将发电机定子三相绕组引出线的末端（即中心点）连在一起，绕组的首端引出线与用电设备相连，就会有电流流过，如图2所示。
第十三章-同步电机的基本原理PPT课件
E a滞后 a9于 0 0 E a滞后 I9于 0 0
E a 可写成负电抗压降的形式：
Ea jIxa
x a 是对应电枢反应磁通的电抗，
称为电枢反应电抗。
x a 是一相的电抗值，在物理
意义上它综合反应了三相对称电流
产生的电枢反应磁场 B对a 于一相的
影响。
x a 的计算推导如下： 247页
Fa
1.35N1Kdp1 p
是线性叠加的关系。
F
可见：在饱和时：F E0E0 不饱和时： F E0E0
不考虑饱和时磁动势叠加、磁通叠加
转子磁极磁场 I f Ff 1 0 E0
电枢系统电流 I Fa
F
a Ea
E
合成气隙磁动势： F E
1、负载时不考虑饱和磁动势叠加
合成气隙磁动势： F Ff Fa
磁通叠加：
0a
2、电动势叠加
注意：电路中还存在同步电抗
xC
R
E 0
I
00 900 RL
1）三相对称电阻负载
00 900 F Ff1
F
F f 1
电枢反应为去磁
E 0
Fa
I
2）三相对称纯电容性负载；
xC
R
E 0
I
x xc x
2）三相对称纯电容性负载；
E 0
x xc
F
F f 1 Fa I
900
Fa 为直轴助磁磁动势
能从电流、电动势、磁动势等时间矢量间 的相位关系，直接求得电枢磁动势和励磁磁 动势等空间矢量间的相位关系。
由此可见，时—空矢量图是分析交流电机 的一个重要工具，必须很好地掌握。
例题：在下列情况下电枢反应是助磁还是去磁？
《同步发电机简介》课件
机组运行和维护经验
总结词
介绍该大型电厂同步发电机组在运行和维护过程中的经验，包括运行方式、维护周期、常见故障及处 理方法等。
详细描述
该大型电厂的同步发电机组在运行过程中，采用并网运行方式，通过调节励磁电流来控制输出电压和 无功功率。机组需要定期进行维护，包括清洗、检查和更换磨损部件等。在运行过程中，常见的故障 包括转子匝间短路、定子绕组接地等，处理方法包括更换损坏的绕组、加强绝缘等。
环保化
随着环保意识的提高，未来 同步发电机将更加注重环保 设计和制造，减少对环境的 负面影响。
定制化
为了满足不同用户的需求， 未来同步发电机将更加注重 定制化设计和制造，提供更 加多样化的产品选择。
同步发电机的未来展望
广泛应用
随着能源结构的调整和可再生能源的发展，同步发电机将 在更多领域得到应用，如风力发电、水力发电和太阳能发 电等。
无刷同步发电机
采用电子换向器代替机械换向器， 结构简单，维护方便，但成本较高 。
同步发电机的应用场景
01
02
03
04
电力系统
作为大型电站的主要发电设备 ，为电网提供电能。
工业领域
用于驱动各种电动机、压缩机 等设备。
船舶和航空领域
用于船舶和航空器的电源系统 。
科研和军事领域
用于实验室、雷达、通信等设 备和军事用途。
THANKS
感谢观看
环保节能
采用环保材料和节能技术，降低同步 发电机的能耗和排放。
05
同步发电机的发展趋势和未来展 望
同步发电机的发展趋势
高效能
随着技术的进步，同步发电 机在效率和性能方面不断提 高，未来将更加注重高效能 的设计和制造。
发电机原理课件ppt
能开始发电。
启动方式
02
发电机可采用手动或自动启动方式，手动启动需通过人力转动
发电机转子，自动启动则通过控制系统自动完成。
关闭方式
03
发电机关闭时，应先断开输出电源，再关闭发动机，确保安全
。
发电机的正常运行
工作原理
发电机正常运行时，原动机驱动转子旋转，使发电机中的导体产 生感应电动势，通过接线端子输出电能。
风力发电和水力发电中
3
风力发电机和水力发电机的核心部件就是发电 机。
02
发电机的基本结构
旋转磁场与三相发电机
旋转磁场
利用磁极的旋转，产生旋转磁场，是交流发电机的基本原理。
三相发电机
由三相交流电励磁绕组组成，产生旋转磁场。
发电机的转子与定子
转子
由励磁绕组、护环、中心环和风扇组成，是发电机的旋转部分。
工作原理
同步发电机
在原动机的驱动下，转子绕组产生磁场，定子绕组切割磁力线产生感应电动 势，输出电能。
异步发电机
转子在原动机的驱动下转动，定子绕组感应电动势，输出电能。
主要应用场景
1 2
工业领域
作为电力系统的核心设备，为工厂、大型建筑 等提供电力。
电力系统中
作为调峰、调频和事故备用的重要设备，保障
发电机控制系统故障，如断路器故 障、传感器失灵等。
发电机的维护与检修
定期检查
预防性维护
按照规定的时间和项目进行定期检查，包括 发电机内部和外部的检查。
根据发电机的工作状况，进行预防性的维护 和保养，如更换润滑油、清洁冷却系统等。
紧急维修
记录与报告
当发电机出现故障时，应立即停机检查，找 出故障原因并进行修复。
《同步电机》PPT课件
精选ppt
10
5、饱和系数： 饱和电机中E0一定时，气隙线
上的横坐标为气隙磁动势空载特性上的横坐标
为为励磁磁动势
饱和系数k=励磁磁动势/气隙磁动势=ac/ab= E0/UN
三、空载运行时空矢量图（见图6-7）
1、凸极机中： d轴-----直轴，转子磁极轴线
q轴-----交轴，N、S之间的中心线，与d轴垂直。
空载运行：原动机带动发电机在同步转速下运行,励磁（转子）绕组通过适 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 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Ff（励 磁磁势）单独建立，称励磁磁场。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 每极磁通用0表示， 0参与电机的机电能量转换。
E0
3、 E0 = f(Ff)：改变If，可改变0 及E0，由此得空载特性曲线如图66。 空载特性与电机磁路的磁化曲线 具有类似的变化规律。
☆励磁电流较小时，由于磁通 较小，电机磁路没有饱和，空载特 性呈直线（将其延长后的射线称气 隙线）。
精选ppt 图6-6 空载特性曲线 9
随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱和，磁化曲线开始进入饱和段。为合理 利用材料，空载额定电压一般设计在空载特性的弯曲处，如图中的c点。
2、时空矢量图（取定子绕组的时间参考轴即时轴与相轴重合）
Ff中的基波分量Ff1 (空间矢量）与由它产生的Bf1 (空间矢量）
☆空载特性可以通过计算或试验得到。试验测定的方法与直流发电机 类似。同步电机的空载特性也常用标么值表示，空载电势以额定电压为基 值，此时的励磁电流 (称为额定励磁电流)为励磁电流的基值。用标么值表 示的空载特性具有典型性，不论电机容量的大小，电压的高低，其空载特 性彼此非常接近。
同步电机PPT
下面我们分四种情况考虑：
交轴q
•
•
1、 I 和 E0 同相（ 0 0)
交轴电枢反应使合成磁动
势从空载时的直轴处逆转
向后移了一个锐角 ，幅
值有所增加。
直轴d
F
磁极位置
Ff
Bf
•
0
•
E0
•
I
Fa
•
•
2、I 滞后 E 0 90（0 0 90 0 )
直轴去磁性电枢反应
直轴d Ff
交轴q
•
E0
磁极位置
1、定子部分
发电机定子铁芯由导磁良好的 硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀 分布着许多槽，用来嵌放定子 线圈 ，每相绕组由多个整体成 型的线圈组成 ，按一定规律排 列。
大型水轮发电机通常都是立式 结构，整个机组传动部分的重 量以及作用在水轮机转轮上的 水推力均有推力轴承支撑，并 通过机架和机座传递到地基上
3、补偿机状态： δ=0
S
N
ns
No
Te 0
So
补偿机状态时电磁转矩为零，电机内无有功功率的转换。
五、同步电机的励磁方式
供给同步电机励磁的装置，称为励磁系统 。 1、直流励磁机励磁
2、整流器励磁
整流器励磁又分为静止式和旋转式两种。
静止式指的是整流 装置外放静止状态
旋转式指的是整流装置 随主轴一同旋转
3、相量图及等效电路
已知发电机的端电压、负载电流和功率因数cosφ及参数
Ra 、Xs，当功率因数滞后时的相量图：
其等效电路：
E&0
jIX s
IRa
U&
其中E0表示主磁场的作用，Xs表示电枢反
应和电枢漏磁场的作用