福州大学-电机学-11同步电机的基本结构和工作原理

第四篇同步电机第十五章同步电机的基本结构和工作原理电气工程与自动化学院主讲黄灿水2016.3配套教材：《电机学》，林荣文（福州大学），中国电力出版社，2014.1第十五章同步电机的基本结构和工作原理15.1同步电机的基本结构形式15.2同步电机的基本工作原理15.3同步电机的励磁系统15.4同步电机的额定值目录第一节同步电机的基本结构形式1、基本特点①根据电磁感应原理工作的交流旋转电机②转子转速固定为同步转速2、主要用途①主要作发电机②电动机（无需调速、低速大功率机械、改善功率因数）③补偿机（空转的同步电动机，向电网输送无功功率）pfnn601当f=50Hz时，p=1、2、3、4、5…则：n=n1=3000、1500、1000、750、600…3、结构形式分类：A、旋转磁极式电枢：高电压、大电流，装在定子便于引出磁极(励磁)：电流小，通过电刷可以引入转子定子转子气隙B、旋转电枢式用于小容量或特殊用途同步电机如同步电机的交流励磁机定子转子气隙一、定子（同一般的交流电机相似；尺寸大，常采用拼装）组成：铁芯、绕组、机座及其他部件0.35或0.5mm硅钢片，叠压定子铁心由扇型片拼成，省材，便于运输矩形开口槽,径向,轴向通风道定子绕组—三相对称双层绕组(电枢）扁铜线绕制而成,采用成型线圈机座—用钢板焊接而成其他部件—隔振结构、电刷等隐极机定子(隐)内定子插入外机座(隐)外机座加工凸极机定子机座二、转子1、隐极式转子结构（汽轮发电机）最大直径限制在1m左右细长型：增大长度来增大容量（l/D=2.5~6.5)材料：良好导磁的合金钢锻成其它部件：转轴、风扇、集电环大齿：小齿=1：22、凸极式转子结构(水轮发电机）吊装中的水轮发电机转子(320MW)结构：凸极、极靴、阻尼绕组、转子支架粗短型：直径大（10m）安装：悬式、伞式(见下图)2、凸极式转子结构(水轮发电机）阻尼绕组的作用：抑制转子机械振荡；启动绕组；消除不对称运行的影响。a、悬式：优—减小振动和增加机械稳定性，用于高速缺—轴向高度大，投资成本高b、伞式：优—减小电机的轴向高度和厂房高度，节约投资缺—机械稳定性稍差，用于低速2、凸极式转子结构(水轮发电机）三、端盖和轴承端盖：将电机本体两端封闭起来，与机座、定子铁芯和转子一起构成完整的通风系统。采用无磁性硅铝合金浇铸，减少涡流和磁滞损耗轴承：（隐）承受巨大转子重量和离心力，采用没膜液体润滑座式轴承；（凸）推力轴承承受旋转部分的重量及水轮机的轴向推力，是凸极机制造关键技术。NSNS+NS+隐极式（Salient-pole）凸极式（Cylindrical-Rotor）类型隐极式凸极式定子铁芯+三相对称绕组铁芯+三相对称绕组转子磁极细长圆柱形，圆周上铣有大齿、小齿（1：2）矮胖凸极形状转子绕组分布集中气隙均匀极弧下小、极间大速度离心力小—高速离心力大—低速应用汽轮发电机（p≤2)水轮发电机(p≥3)总结对比电枢磁场(交流励磁的旋转磁场)aF转子磁极磁场(直流励磁的机械旋转磁场)1fF★思考：区别（产生机理、转速、分布）？一、两种旋转磁场第二节同步电机的基本工作原理二、基本工作原理A、同步发电机原动机拖动转子转子磁场切割定子绕组感应三相交流电势转子加直流励磁定子铁芯电枢绕组(交流)转子铁芯励磁绕组(直流)mNphfNKE144.4相电势大小：频率：60pnfB、同步电动机：•定子：三相绕组通入三相交流电→产生电枢旋转磁场•转子：磁极的励磁绕组通入直流电产生转子磁场•定子、转子相互吸引，转子跟随定子旋转磁场旋转pfnFIaABC6011ffFIpfnn601可见：无论是同步发电机还是同步电动机，恒有：pfnn601同步电机的三种运行方式:转子磁场Ff超前于电枢磁场FaTe与n1反向转子磁场Ff滞后于电枢磁场FaTe与n1同向第三节同步发电机的励磁系统励磁系统—为同步电机提供励磁电流(直流)的整个系统一、励磁系统应满足的条件:能稳定提供发电机从空载到满载(及过载)所需的If当电网电压减小时,能快速强行励磁,提高系统稳定性.发电机突然甩负荷时能快速减磁，限制电压过高当电机内部发生短路故障时,能快速灭磁.多台并联运行时，能够成组配合调节无功功率.直流励磁机励磁系统交流励磁机整流励磁系统静止整流励磁旋转整流励磁二、励磁系统分类直流励磁机与同步发电机同轴最常用直流并励发电机;也有采用它励直流发电机一般带有自动电压调节器(AVR)1、直流励磁机励磁系统注：红色为转动部件2、交流励磁机整流励磁系统1）静止整流励磁系统(他励)交流励磁机与整流装置相配合又可分为静止整流励磁和旋转整流励磁无电刷和集电环，系统运行可靠，励磁容量高交流副励磁机500Hz交流主励磁机100Hz主发电机自动电压调节器同轴连接电压输出图12-11他励式静止整流励磁系统2）旋转整流励磁系统(无刷励磁系统)主励磁机采用旋转电枢式三相同步发电机无电刷和集电环，运行可靠，适用于防燃防爆场合但灭磁时间常数大，转子绕组保护困难交流副励磁机500Hz图12-12旋转整流励磁系统主发电机交流主励磁机100Hz旋转电枢绕组电压输出自动电压调节器同轴连接•额定容量SN(或功率PN)：额定运行时的输出容量（或功率）•额定电压UN——额定运行时的电枢绕组线电压•额定电流IN——额定运行时的电枢绕组线电流•额定功率因数cosθN——额定运行时电枢绕组功率因数•额定频率fN——我国标准工频50Hz•额定转速nN——即为同步转速（r/min）•额定效率ηN（发电机：)（电动机：)•额定励磁电压UfN和额定励磁电流IfNNNNNNNIUSPcos3cosNNNNNNNNIUSPcos3cos第四节同步电机的额定值