电工学及电器设备第八章同步电机详解

二、隐极同步发电机（只有卧式支撑）的基本结构
Electrical machinery principle
1.隐极式转子结构：主要由铁芯、励磁 绕组、阻尼绕组、紧固件和风扇组成。 它是汽轮发电机的重要部件，如图所示。
一对极隐极式 转子示意图
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第二节 同步发电机的基本结构
一、同步电机分类：
同步电机
旋转电枢式：电枢旋转，磁极固定，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。
旋转磁极式：磁极旋转，电枢固定，电枢功率由 静止部分送出，可传送较大功率，实用广，是同 步发电机的基本结构型式。
① 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应该 和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有：
n 60 f 3000 pp
同步电机的特点
② 要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须
为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同
旋转磁极式
隐极式转子：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。
凸极式转子：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，外形扁盘形。
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每相感应电势有效值: E0 4.44 fNKw10
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2.感应电势的频率 交流电动势的频率f可这样确定:当转子为1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；当同步发电机具 有p对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p个周期；当转 子的转速为每分钟n转时，则交变电动势的频率为:
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f pn 60
转子的转速(r/min)
由上式可知:同步发电机定子绕组感应电动势的频率取决于它
的极对数p和转子的转速n。转子转速越高，定子绕组感应电势
E0的频率越高。即 n↑→ f↑。可见，同步发电机极对数p一定时， 转速n与电枢电动势的频率f之间具有严格不变的关系。
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不
十分严格，对原动机的转速要求也不很严格。
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3.同步转速 现代的发电机，绝大多数都是向大电网并网供电，这就对同步
发电机的频率要求严格了，我国电网频率为50HZ，所以发电机 发出的电动势频率也必须为50HZ，如果发电机的频率与电网频 率不等将会造成严重事故。
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，并产生磁场；原 动机拖动发电机转子以转速n按图示方向 作恒速旋转。
定子中三相绕组的导体依 次切割磁力线，三相绕组便感 应产生各相大小相等、相位彼 此相差1200的交流电动势。 若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 图所示，且相序为A→B→C。
3.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,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，这种同步电机的转 子充当了电枢。
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二、同步发电机的工作原理 1.交变感应电动势的产生
同步发电机的结构模型，其定
滑环
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。
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2.转子
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，称 为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。 主磁场由N极出来经过气隙、定子铁芯， 再经过气隙进入S极而构成主磁路。如 图中虚线所示(图中p=1)。
步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，
依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这
也是同步电机名称的由来。
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4.电磁过程 转子冲转到额定转速,汽轮发电3000r/min → 转子绕组加励
磁电流(直流) → 产生旋转磁场 → 定子绕组切割磁力线产生三相 对称感应电势 → 发电机出线端三相对称电压。
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第八章 同步电机
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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，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，只是运行 方式不同而已。
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第一节 同步发电机的基本工作原理
同步发电机基本工作原理是根据电磁感应现象，即导体切割
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。
一、基本结构模型，如图所示: 1.定子 图中给出了最常用的转场式
定子 转子 气隙
5.电势的调节 根据E0=4.44fNkw1Φ0 和If → Φ0可知，调节励磁电流If，可 改变磁通Φ0，从而改变定子绕组感应电势E0。即If↑→E0↑；If↓→ E0↓。
6.相序 相序决定于转子的转向。从励磁端看，汽轮发电机的转向为 逆时针方向。
同步发电机原理小结:外部直流电源通过滑环向转子提供直流 励磁电流，并产生磁场；原动机拖动转子旋转，转子磁极磁场切 割三相定子绕组，感应三相交流电。