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1、第第5 5章章 同步发电机的同步发电机的基本知识及结构基本知识及结构l 同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理l 大型同步发电机的结构大型同步发电机的结构l 大型同步发电机的基本系统大型同步发电机的基本系统火力发电厂的基本生产过程火力发电厂的基本生产过程蒸汽管道蒸汽管道汽轮机汽轮机储煤场储煤场烟囱烟囱输煤皮带输煤皮带升压站升压站锅炉锅炉江河或水库江河或水库冷凝器冷凝器发电机发电机冷却水冷却水压水堆核电站工作原理压水堆核电站工作原理地热能发电原理地热能发电原理水力发电的基本过程水力发电的基本过程潮汐能发电潮汐能发电一、同步发电机的基本工作原理一、同步发电机的基本工作原理l同步发电机的基
2、本结构部件有同步发电机的基本结构部件有定子铁芯定子铁芯、定子三相对称绕组定子三相对称绕组、转子铁芯转子铁芯和和励磁绕励磁绕组组。l励磁绕组中通以直流电流励磁，产生恒励磁绕组中通以直流电流励磁，产生恒定的磁场。当原动机拖动转子以转速定的磁场。当原动机拖动转子以转速n旋转时，定子绕组导体将切割磁力线，旋转时，定子绕组导体将切割磁力线，在定子绕组中将感应出交变电动势。在定子绕组中将感应出交变电动势。5.1 同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理l当导体经过一对磁极，导体中的感应电当导体经过一对磁极，导体中的感应电动势就变化了一个周波，若转子极对数动势就变化了一个周波，若转子极对数为为P，转
3、子旋转一周，导体感应电动势，转子旋转一周，导体感应电动势就变化了就变化了P个周波，设转子转速为个周波，设转子转速为 n，则，则感应电动势的频率为：感应电动势的频率为：f=pn/60。一、同步发电机的基本工作原理一、同步发电机的基本工作原理l同时，同时，当三相对称绕组接有三相对称负当三相对称绕组接有三相对称负载时，绕组中会有三相对称电流流通，载时，绕组中会有三相对称电流流通，形成磁场，其合成磁动势是一个幅值恒形成磁场，其合成磁动势是一个幅值恒定的旋转磁动势，且转速决定于电流的定的旋转磁动势，且转速决定于电流的频率和磁极对数，即转速频率和磁极对数，即转速n1=60f1/p;l 显然，显然，转子的转
4、速与气隙磁场的旋转速转子的转速与气隙磁场的旋转速度相等，所以称之为同步电机度相等，所以称之为同步电机。一、同步发电机的基本工作原理一、同步发电机的基本工作原理用途：用途：同步电机主要作为发电机；作为电同步电机主要作为发电机；作为电动机一般用在恒速的低速大功率机械中；动机一般用在恒速的低速大功率机械中；亦可作同步补偿机，专门用来吸收和输送亦可作同步补偿机，专门用来吸收和输送无功功率。无功功率。一、一、同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理l 同步电机的运行状态同步电机的运行状态发电机发电机把机械能转换为电能把机械能转换为电能 电动机电动机把电能转换为机械能把电能转换为机械能补偿机补偿机
5、没有有功功率的转换，只发出没有有功功率的转换，只发出 或吸收无功功率或吸收无功功率 同步电机运行状态，主要取决于定子合同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁动势与转子磁动势之间的夹角。成磁动势与转子磁动势之间的夹角。一、一、同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理l按按原原动动机机的的类类型型不不同同分分：汽汽轮轮发发电电机机、水水轮发电机等。轮发电机等。l按按转子结构转子结构不同分：不同分：凸极式凸极式和和隐极式隐极式。l按按安装方式安装方式不同分：卧式和立式。不同分：卧式和立式。l按按冷冷却却介介质质不不同同分分：空空气气冷冷却却、氢氢气气冷冷却却、水冷却。水冷却。二、同步发电机的
6、类型二、同步发电机的类型1、型号、型号 例如：例如：QFSN-200-2，TS-900/135-562、额定值、额定值l额定功率额定功率PN（MW）指额定运行时电机指额定运行时电机的输出功率的输出功率l额定电压额定电压UN（kV）指额定运行时定子的指额定运行时定子的线电压线电压l额定电流额定电流IN（A）指额定运行时定子的线指额定运行时定子的线电流电流三、同步发电机的铭牌三、同步发电机的铭牌l额定功率因数额定功率因数指额定运行时电机指额定运行时电机的功率因数的功率因数 l额定频率额定频率fN（HzHz）指额定运行时电枢的频指额定运行时电枢的频率率l额定转速额定转速nN（r/min）指额定运行时
7、电机指额定运行时电机的转速，即为同步转速的转速，即为同步转速3、额定值之间的关系：、额定值之间的关系：三、同步发电机的铭牌三、同步发电机的铭牌5.2 大型同步发电机的结构大型同步发电机的结构l同同步步发发电电机机的的定定子子主主要要由由定定子子铁铁芯芯、定定子子绕绕组、机座、端盖、轴承等部件组成。组、机座、端盖、轴承等部件组成。l发发电电机机的的机机座座与与端端盖盖也也称称为为电电机机外外部部壳壳体体，起起着着固固定定电电机机、保保护护内内部部构构件件以以及及支支撑撑定定子子绕组和铁芯的作用。绕组和铁芯的作用。l定定子子铁铁芯芯是是电电机机的的主主要要部部件件，它它起起着着构构成成主主磁路和固
8、定定子绕组的重要作用。磁路和固定定子绕组的重要作用。l定定子子绕绕组组又又称称电电枢枢绕绕组组，是是发发电电机机进进行行能能量量 转换的心脏部位。转换的心脏部位。一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子l发电机转子的作用是传递原动机供给的机械发电机转子的作用是传递原动机供给的机械转矩，支撑旋转的励磁线圈，形成良好的磁转矩，支撑旋转的励磁线圈，形成良好的磁通路径和转子散热通道。通路径和转子散热通道。l发电机发电机转子：转子铁芯、励磁绕组、护环、转子：转子铁芯、励磁绕组、护环、中
9、心环和阻尼绕组等组成。中心环和阻尼绕组等组成。l转子铁芯分为隐极式和凸极式。转子铁芯分为隐极式和凸极式。隐极式：气隙均匀，适于高速旋转，与汽隐极式：气隙均匀，适于高速旋转，与汽轮机组合；轮机组合；凸极式：气隙不均匀，旋转时阻力大，转凸极式：气隙不均匀，旋转时阻力大，转速低，与水轮机组合；速低，与水轮机组合；二、发电机的转子二、发电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子凸凸极式同步电机的转子极式同步电机的转子卧式凸极同步电机卧式凸极同步电机转子的典型结构转子的典型结构
10、凸凸极式同步电机的转子极式同步电机的转子凸凸极式同步电机的转子极式同步电机的转子三峡电站三峡电站l三三峡峡70万万机机组组左左岸岸发发电电机机由由Alstom/ABB和和VGS联联合合体体供供货货，右右岸岸实实现现国国产产。采采用用推推力力轴轴承承置置于于下下机机架架的的三三导导轴轴承承半半伞伞式式结结构构，由由转转子子、定定子子、上上机机架架、下下机机架架、推推力力轴轴承承、导导轴轴承承、空空气气冷冷却却器器和和永永磁磁机机等等部部分分组组成成。额额定定容容量量777.8MVA/700MW，最最大大容容量量840MVA，额额 定定 电电 压压20kV，额额 定定 电电 流流22453A，额额
11、定定转转速速75rpm，推推力力轴轴承承总总负负荷荷5520吨吨，采采用用定定子子绕绕组组水水冷冷、转转子子空空冷冷的的冷冷却却方方式式，发发电电机机总总重重量量达达3443吨吨，是是世世界界最最大大的的水水轮轮发发电电机机。一一台台机机组组1小小时时发发电电量量约约 为为55万万度度，足足够够10万万户户家家庭庭用用一一天天。三峡电站三峡电站l发电机定子机座外径达发电机定子机座外径达21.4米，在工厂制造完米，在工厂制造完成后，分数瓣运至工地，吊入机坑焊接拼装。成后，分数瓣运至工地，吊入机坑焊接拼装。三峡电站三峡电站l发电机转子发电机转子是水轮机组是水轮机组中，整体吊中，整体吊装重量最重装重
12、量最重的部件，直的部件，直径径18米，重米，重量超过量超过1800吨，安装间吨，安装间隙只有隙只有3厘米。厘米。三、同步发电机的冷却方式三、同步发电机的冷却方式l空气冷空气冷l水氢氢：水氢氢：定子绕组定子绕组水内冷，转子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，铁芯氢内冷，铁芯氢冷却氢冷却l双水内冷：双水内冷：定子绕组、转子绕组定子绕组、转子绕组水内冷，水内冷，铁芯铁芯空气冷却空气冷却l超导发电机超导发电机l励磁系统是指为同步发电机提供可调励磁电励磁系统是指为同步发电机提供可调励磁电流所需设备组成的系统。流所需设备组成的系统。l大型发电机励磁方式分为：大型发电机励磁方式分为：它励励磁系统：它励励磁系统：由一
13、台与发电机同轴的交由一台与发电机同轴的交流发电机产生交流电，经整流变成直流电，流发电机产生交流电，经整流变成直流电，给发电机转子励磁。又分为给发电机转子励磁。又分为静止半导体励静止半导体励磁系统磁系统和和旋转半导体励磁系统旋转半导体励磁系统。自并励励磁系统：自并励励磁系统：将来自发电机机端的交将来自发电机机端的交流电经变压器降压，再整流变成直流电，流电经变压器降压，再整流变成直流电，作为发电机转子的励磁。作为发电机转子的励磁。5.3 大型大型同步电机的基本系统同步电机的基本系统静止半导体励磁系统静止半导体励磁系统交流副励磁机交流副励磁机交流主励磁机交流主励磁机静止硅静止硅整流器整流器励磁励磁调
14、整器调整器主发电机主发电机电电压压互互感感器器电流互感器电流互感器可控可控整流器整流器自励自励恒压器恒压器起起励励电电源源 旋转半导体励磁系统旋转半导体励磁系统交流副励磁机交流副励磁机交流主励磁机交流主励磁机静止硅静止硅整流器整流器励磁励磁调整器调整器主发电机主发电机电电压压互互感感器器电流互感器电流互感器可控可控整流器整流器自励自励恒压器恒压器起起励励电电源源 旋转部分旋转部分自并励励磁系统自并励励磁系统励磁励磁调整器调整器主发电机主发电机电电压压互互感感器器电流互感器电流互感器可控可控整流器整流器起起励励电电源源 励励磁磁变变压压器器l 自自并并励励励励磁磁系系统统目目前前广广泛泛应应用用
15、于于汽汽轮轮发发电电机机、水轮发电机中，它具有以下优点：水轮发电机中，它具有以下优点：优良的动态控制特性，灵活、快速、可靠；优良的动态控制特性，灵活、快速、可靠；良好的传输特性；良好的传输特性；简化机组轴系，轴短，运行维护简单；简化机组轴系，轴短，运行维护简单；能方便地与不同类型和容量的发电机配用；能方便地与不同类型和容量的发电机配用；损耗小。损耗小。5.3 大型同步电机的基本系统大型同步电机的基本系统二、二、300 MW水氢氢机组水系统简介水氢氢机组水系统简介三、三、300 MW水氢氢机组氢气控制系统简介水氢氢机组氢气控制系统简介三、三、300 MW水氢氢机组密封油系统简介水氢氢机组密封油系统简介隐极式同步电机的类型隐极式同步电机的类型NS+隐极式隐极式NSNS+凸极式凸极式凸极式同步电机的类型凸极式同步电机的类型