西安交大的电机学课件16第五篇、第16章同步电机原理和结构

第五篇同步电机SynchronousMachines概述同步电机是又一类非常重要的交流电机。与异步电机不同，同步电机主要用作发电机，用来生产交流电能。现代电力网中的巨大的电能几乎全部由同步发电机提供。同步电机有三种运行方式：发电机、电动机、补偿机同步发电机与配套的原动机一起构成发电机机组。1第16章同步电机原理和结构16-1同步电机(SynchronousMachines)原理简述一、结构模型定子上有三相对称交流绕组（电枢绕组）;转子上有成对磁极、励磁绕组。通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。定、转子之间的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。2二、工作原理（动画15021）原动机拖动转子以n(r/min)旋转；电机内部有磁场存在；（励磁绕组通过滑环接通直流电励磁，建立极性相间的励磁磁场，即主磁场；微型电机也有用永久磁钢产生主磁场的。）电枢导体被磁场切割感应电势，由于三相绕组对称故可发出三相交流电能。感应电势有效值:014.44fwENfK感应电势频率:60pnf同步（这里的属于同步机转子的转速）n同步3二、工作原理（动画15021）原动机拖动转子以n(r/min)旋转；电机内部有磁场存在；（励磁绕组通过滑环接通直流电励磁，建立极性相间的励磁磁场，即主磁场；微型电机也有用永久磁钢产生主磁场的。）电枢导体被磁场切割感应电势，由于三相绕组对称故可发出三相交流电能。感应电势有效值:014.44fwENfK感应电势频率:60pnf同步（这里的属于同步机转子的转速）n同步4三、同步转速交流电网的频率f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，故同步电机转子的转速为:50Hz的工频时，同步电机的转速永远是固定不变的，这些固定值也称为同步转速，即与定子旋转磁场的转速n1同步。这也是同步电机名称的由来。四、运行方式发电机、电动机、补偿机603000fnpp同步1716-2同步电机型式和结构一、概述1、特点发电机GSor.TF—机械能交流电能同步电动机MSor.TD—交流电能机械能调相机——功率因数补偿同步电机的转速永远是固定不变的。2、发展倾向于制造单机容量较大的GS；推广高、精、尖技术。18（1）通风冷却问题（容量增大后，大了，发热量增加）；（2）绝缘问题（电压升高了）；（3）机械强度问题（转速高了）。二、同步电机的型式和结构1、转场式和转枢式（前者为多）2、汽轮发电机组（Turbogenerator）卧式，用于火（核、热）电厂，n高，用隐极式转子。p19隐极式转子（1，2）上没有凸出的磁极。转子本体表面开有槽，槽中嵌放励磁绕组。隐极转子适合于2极高速电机。凸极式转子（1，2）上有明显凸出的成对磁极和集中励磁绕组。多极电机做成凸极结构，工艺较为简单，所以凸极电机与转速较低的水轮机相配套。3、水轮发电机组（Hydraulicturbinegenerator）立式（悬式和伞式），用于水电站，n低，用凸极式转子。4、其他型式核能-潮汐-柴油-风力-地热-太阳能………20三、基本结构汽轮发电机定子：定子绕组：要有足够的绝缘强度（高压），一般采用B级或F级绝缘。定子铁心叠片结构，圆形或扇形冲片。机座：由钢板焊接而成-能满足强度-刚度-通风-散热的需要。转子：采用隐极式。转子槽有大齿和小齿，细长----铣槽----槽型-------同心式励磁绕组-----不导磁槽楔。21水轮发电机极数多-直径大-轴向长度短-立式装配。定子铁心由扇形电工钢片拼叠。有径向通风沟。转子采用凸极式，磁极由厚度为1～2mm的钢片叠成，阻尼绕组（起动绕组）抑制短路电流和减弱电机振荡，磁极与磁极轭部采用T形或鸽尾形连接。22四、励磁方式简介直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。目前发电厂采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。(1)直流励磁机励磁23(2)静止整流器励磁同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。24(3)旋转整流器励磁静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。2516-3三相同步电机的额定值和型号一、额定值（Rating）额定容量SN(VA，kVA，MVA等)或额定功率PN(W，kW，MW等)：指电机输出功率的保证值。电动机的额定容量的量纲一般用kW表示，补偿机的量纲则用kVAR表示。对于三相同步发电机：对于三相同步电动机：13cos3cosNNPNPNNNNNNPUIUIP3cos3cosNNPNPNNPUIUI26额定电压UN(V，kV)：正常运行时电枢绕组输出端的线电压；额定电流IN(A):额定运行时电枢绕组的线电流；额定功率因数：额定运行时电机的功率因数；额定频率fN（Hz）:额定运行时电机电枢端电量的频率，我国标准工业频率规定为50Hz；额定转速nN：额定运行时电机转子的转速，即同步转速。还有：额定负载时的温升tN、励磁电压UfN及励磁电流IfN等。Ncos二、国产同步电机型号汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，Q表示氢外冷，N表示氢内冷，S表示双水内冷。大型水轮发电机为TS系列，T表示同步，S表示水轮。27二、国产同步电机型号（续）举例：1、QFS-300-2表示容量为300MW的双水内冷2极汽轮发电机。2、TSS1264/160-48表示双水内冷水轮发电机，定子外径为1264厘米，铁心长为160厘米，极数为48。同步电动机系列有TD、TDL等，TD表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途。如TDG表示高速同步电动机；TDL表示立式同步电动机。同步补偿机为TT。思考题：三相同步发电机的转速为什么必须为常数？125转/分的水轮发电机应该是多少极？（其他思考题见p273）28凸极式同步发电机转子29四极转子30水轮发电机转子31汽轮发电机转子32汽轮发电机转子33汽轮发电机插转子34大型汽发机座加工35东方电机制造的1000MW核电机座运出厂36青山电厂发电机定子37定子检修中38