同步发电机结构及工作原理概论

ea
N
If
n
S
随转子旋转 角速度ω
22f f
电枢感应 eeOaAEEmmcsoinstt
电势
eeObBEEmmcsoisn(tt112200 )0
ff 6p6p0n0n eeOcBEEmmcsoisn(tt112200 )0
ec
eb
三相对称负 载运行时Fra bibliotek三相对称电 枢电流 iabc
旋磁转势基Fa波Fa
现代发电厂中所发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
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。
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概述
同步电机指电机转子的转速n与旋转磁场 转速n1相同的交流电机。
同步电机的转速：n=60f1/p f1 --电网频 率。
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同 步 电 机篇
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昆明石林
本篇主要内容
•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 •同步发电机并网运行
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概述
同步电机：交流旋转电机。
用途：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 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。
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
N
If
n
S
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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。
• 按冷却介质不同分为：空气冷却、氢气冷却、水冷 却等。
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第二节 同步发电机的基本构造
• 同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极形状 可分为隐极和凸极两种型式。
➢ 凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合。
➢ 隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于高速
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凸极式电机结构特点
气隙不均匀，极弧 底下气隙较小，极间部 分较大。
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1—定子 2—凸极式转子
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隐极式电机结构特点
转子上没有凸出 的磁极，气隙均匀， 转子呈圆柱形。
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1—定子 3—隐极式转子
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凸极式和隐极式电机应用场合
电源频率固定，采用转子结构与转速有关。
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三相同步发电机的基本工作原理
结论：我国标准工频为50Hz，所以同步发电机的极 对数和转速成反比。
p 3000 n
汽轮发电机转速较高，极对数较少，如转速 n=3000r/min，则极对数p=1。 水轮发电机转速较低，极对数较多，如转速 n=125r/min，则极对数p=24。
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同步电机与异步电机
同步电机的气隙较同容量的异步电机大。
异步电机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 功率因数低，因此在机械允许的条件下，气隙要尽 量小一些。
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三相同步发电机的基本工作原理
交流电势频率f的确定
当转子为1对磁极时，转子旋转一周，定子绕组 中感应电势变化一个周期；当同步发电机有p对极 时，转子旋转一周，感应电势交变p个周期。
当转子转速为每分n转时，交变电势频率为：
f pn 60
n 转子转速，r / min
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三相同步发电机的基本工作原理
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。
• 转子：有p对磁极，磁极上有直 流励磁绕组，当直流电流通过 电刷和滑环流入转子绕组后， 产生主磁通，主磁通由N极经气 隙，定子铁心，再经气隙进入S 极，构成主磁路。
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三相同步发电机的基本工作原理
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 If
励磁磁场Bf
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nn11660p0pff
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
eOA Em sin t eOB Em sin( t 120 )
eOC Em sin（t 240 ）
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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第十四章
三相同步发电机的基本 工作原理与结构
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本章主要内容
第一节 三相同步发电机的基本工作原理及分类 第二节 同步发电机的基本结构 第三节 大型同步发电机的基本系统 第四节 同步发电机的型号与额定值
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三相同步发电机的基本工作原理
• 同步发电机(synchronous generator)是将机械 能转变为交流电能的设备。
• 转子：转动的部分，转子上有 磁极和励磁绕组，产生磁场。
• 定子（又叫电枢）：固定的部 分，定子铁心上有齿和槽，槽 内设置有绕组，是切割磁场的 导体。
• 气隙：定转子之间有气隙。
动画
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三相同步发电机的基本工作原理
• 定子：有三相定子绕组，每相 结构完全相同，它们在空间上 互差120°电角度对称分布放置 在定子铁心槽内。
交流电势频率f的确定
f pn 60
n 转子转速，r / min
结论：同步发电机定子绕组感应电势的频率取决于它 的极对数p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 有严格对应关系。
当电力系统频率f一定，发电机转速 n 60 f / p 为恒
定值，这是同步发电机的主要特点。
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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。