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1、会计学1同步电机的基本类型同步电机的基本类型(lixng)和基本结和基本结构构第一页，共22页。9.1 9.1 9.1 9.1 同步电机的基本同步电机的基本同步电机的基本同步电机的基本(jbn)(jbn)(jbn)(jbn)类型类型类型类型9.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 同步电机的特点同步电机的特点同步电机的特点同步电机的特点(tdin)(tdin)(tdin)(tdin)通常三相同步电机的定子是电枢，在定子铁心上开有槽，槽内安置三相绕组（图中只画出了一相），转子上装有磁极和励磁(l c)绕组。当励磁(l c)绕组通以直流电流后，转子即建立恒定磁场。式中 p电机的极对数；n转速
2、，单位为r/min；f频率，单位为Hz。1)1)1)1)作为发电机作为发电机作为发电机作为发电机，当用原动机拖动施转时，定子导体由于与此磁场有相对运动而感生交流电动势，电动势的频率电动势的频率:电机的极对数、转速一定，电机发出的交流电动动势的频率一定电机的极对数、转速一定，电机发出的交流电动动势的频率一定极同步电机的构造原理图第1页/共22页第二页，共22页。则需要在定子绕组上施以三相交流电压，电机内部便产生(chnshng)一个旋转磁场。这时转子绕组加上直流励磁，则转子将在定子旋转磁场的带动下，沿定子磁场的旋转方向以相同的转速旋转同步电机的特点同步电机的特点:1)1)转子的转速转子的转速n
3、n与电网频率与电网频率f f之间具有固定不变的关系，转速之间具有固定不变的关系，转速n n称为称为同步转速。同步转速。2)2)若电网的频率不变，则同步电机的转速恒为常值而与负载若电网的频率不变，则同步电机的转速恒为常值而与负载(fzi)(fzi)的大小无关。的大小无关。2)2)2)2)作为同步作为同步作为同步作为同步(tngb)(tngb)(tngb)(tngb)电动机运行电动机运行电动机运行电动机运行第2页/共22页第三页，共22页。9.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 同步电机的基本同步电机的基本同步电机的基本同步电机的基本(jbn)(jbn)(jbn)(jbn)类型类型类型类型
4、同步电机可以(ky)按运行方式和结构形式进行分类。1 1 1 1）按运行方式和功率）按运行方式和功率）按运行方式和功率）按运行方式和功率(gngl)(gngl)(gngl)(gngl)转换方式转换方式转换方式转换方式同步电机机械能转换成电能电能转换为机械能发电机电动机调相机专门用来调节电网的无功功率，改善电网的功率因数，在调相机内基本上不转换有功功率。2 2 2 2）按结构形式）按结构形式）按结构形式）按结构形式同步电机小容量同步电机中得到某些应用旋转电枢式旋转磁极式应用比较广泛，并成为同步电机的基本结构形式第3页/共22页第四页，共22页。3 3 3 3）旋转磁极旋转磁极旋转磁极旋转磁极(c
5、j)(cj)(cj)(cj)式结构式结构式结构式结构按照磁极的形状按照磁极的形状(xngzhun)又可分为隐极式和凸极式又可分为隐极式和凸极式气隙特性气隙特性转子形转子形状状结构结构特性特性采用条件采用条件实例实例凸极式不均匀，极弧底下气隙较小，极间部气隙较大结构制造简单n11500r/min（2p4）水轮发电机，同步电动机及由内燃机拖动的同步发电机和调相机隐极式均匀圆柱形转速较高汽轮机隐极式旋转磁极式同步电机凸极式1定子 2凸极转子 3隐极转子 4集电环第4页/共22页第五页，共22页。9.2 9.2 9.2 9.2 同步电机的基本同步电机的基本同步电机的基本同步电机的基本(jbn)(jbn
6、)(jbn)(jbn)结构结构结构结构机械端口机械端口转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心电端口电端口ABC第5页/共22页第六页，共22页。第6页/共22页第七页，共22页。1 1 1 1、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构、汽轮发电机结构(jigu)(jigu)(jigu)(jigu)定子铁心第7页/共22页第八页，共22页。2 2 2 2、水轮、水轮、水轮、水轮(shu ln)(shu ln)(shu ln)(shu ln)发电机发电机发电机发电机结构结构结构结构(1)立式(l sh)水轮发电机(2)卧式水轮(shu ln)发电机第8页/共22页第九页，共22页。3 3
7、3 3）水轮）水轮）水轮）水轮(shu ln)(shu ln)(shu ln)(shu ln)发电机结构转子结发电机结构转子结发电机结构转子结发电机结构转子结构构构构10000kW10000kW水轮机转子水轮机转子第9页/共22页第十页，共22页。4 4 4 4）现场）现场）现场）现场(xinchng)(xinchng)(xinchng)(xinchng)运行的水轮发电机运行的水轮发电机运行的水轮发电机运行的水轮发电机第10页/共22页第十一页，共22页。9.2.1 9.2.1 9.2.1 9.2.1 隐极同步电机的基本隐极同步电机的基本隐极同步电机的基本隐极同步电机的基本(jbn)(jbn)
8、(jbn)(jbn)结构结构结构结构本节以常见的旋转磁极式同步电机为例，说明同步电机的基本本节以常见的旋转磁极式同步电机为例，说明同步电机的基本(jbn)(jbn)结构结构一）定子一）定子一）定子一）定子(dngz)(dngz)隐极同步电机都采用卧式结构，有定子和转子两大部分定子：定子：由定子铁心、定子绕组、机座、端盖、挡风装置等部件组成。定子铁心：定子铁心：由厚0.5mm的硅钢片叠成，整个铁心则固定于机座上。定子铁心的内圆槽内安放定子绕组。第11页/共22页第十二页，共22页。二）转子二）转子二）转子二）转子(zhun z)(zhun z)转子(zhun z)由转子(zhun z)铁心、励磁
9、绕组、护环、中心环、滑环及风扇等部件组成转子铁心的材料：既要求有良好的导磁性能，又需要有很高的机械转子铁心的材料：既要求有良好的导磁性能，又需要有很高的机械(jxi)强度一般都采用整块的高机械强度一般都采用整块的高机械(jxi)强度和良好导磁性能的强度和良好导磁性能的合金钢锻成，与转轴锻成一个整体合金钢锻成，与转轴锻成一个整体沿转子铁心表面铣有槽以安放励磁绕组（见右图）。由图可见在一个极距内约有1/3部分没有开槽，叫大齿大齿。大齿的中心实际上就是磁极中心磁极中心。励磁绕组：励磁绕组：是由扁铜线绕成的同心式线圈。由于隐极电机转束速很高，因此励磁绕组在槽内需用不导磁高强度的硬铝槽楔压紧。端部套上用
10、高强度非磁性钢锻成的护环。隐极机的转速较高，所以转子的直径较小而长度较长。隐极发电机转子铁心第12页/共22页第十三页，共22页。9.2.2 9.2.2 9.2.2 9.2.2 凸极同步电机的基本凸极同步电机的基本凸极同步电机的基本凸极同步电机的基本(jbn)(jbn)(jbn)(jbn)结构结构结构结构凸极同步电机卧式结构立式结构除立式结构外的绝大多数的凸极同步电机低速、大容量的水轮发电机和大型水泵用的同步电动机推力轴承装在转子(zhun z)上边的上机架上，整个转子(zhun z)是以一种悬吊状态转动转动推力轴承(zhuchng)装在转子下边的机架上，整个转子是以一种被托架着的状态转动悬式
11、伞式悬式伞式1推力轴承 2导轴承第13页/共22页第十四页，共22页。运转时机械稳定性运转时机械稳定性机组的轴向高度机组的轴向高度采用条件采用条件悬式好大转速较高的电机（150r/min以上）伞式差小，厂房的高度和造价低转速较低的电机（125r/min以下）一）定子一）定子一）定子一）定子(dngz)(dngz)定子结构一般和隐极同步电机相同。大容量的水轮发电机，由于定子直径太大，通常把它分成(fn chn)几瓣，分别制造后，再运到电站拼装成一整体。第14页/共22页第十五页，共22页。二）转子二）转子二）转子二）转子(zhun z)(zhun z)凸极同步电机的转子主要(zhyo)由磁极、励
12、磁绕组和转轴组成。磁极：由厚磁极：由厚1-15mm1-15mm的钢板冲成磁极冲片，用铆钉装成一体的钢板冲成磁极冲片，用铆钉装成一体磁极上套装有励磁磁极上套装有励磁(l c)(l c)绕组绕组励磁励磁(l c)(l c)绕组：由扁铜线绕成，各励磁绕组：由扁铜线绕成，各励磁(l c)(l c)绕组串联后接到集电环绕组串联后接到集电环上上磁极的极靴上一般还装有阻尼绕组。阻尼绕组：阻尼绕组：由插入极靴阻尼槽内的裸铜条和端部铜环焊接而成磁极固定在磁轭上，磁轭磁轭常用整块钢板或铸钢做成励磁绕组磁极铁心阻尼绕组磁极钢板T尾阻尼绕组第15页/共22页第十六页，共22页。9.3 9.3 9.3 9.3 同步电机
13、的额定值及励磁同步电机的额定值及励磁同步电机的额定值及励磁同步电机的额定值及励磁(l c)(l c)(l c)(l c)方式方式方式方式9.3.1 9.3.1 9.3.1 9.3.1 同步电机的额定值同步电机的额定值同步电机的额定值同步电机的额定值1 1）额定容量）额定容量SNSN（单位为（单位为kVAkVA）或额定功率）或额定功率PNPN（单位为（单位为kWkW）指）指南输出功率的保证值。对发电机通过额定容量可确定额定电流，南输出功率的保证值。对发电机通过额定容量可确定额定电流，通过通过PNPN数可以确定配套数可以确定配套(pi to)(pi to)原动机的容量。电动机的额定原动机的容量。电
14、动机的额定容量一般都用容量一般都用kWkW表示。调相机则用表示。调相机则用kVAkVA表示。表示。2 2）额定电压）额定电压UNUN（单位为（单位为V V）电机在额定运行时定子三相的线电机在额定运行时定子三相的线电压电压3 3）额定电流）额定电流ININ（单位为（单位为A A）电机在额定运行时定子的线电流。电机在额定运行时定子的线电流。4 4）额定频率）额定频率fN fN 我国标准工频为我国标准工频为50Hz50Hz。5 5）额定功率因数。）额定功率因数。6 6）额定转速）额定转速nNnN（单位为（单位为r/minr/min）。）。7 7）额定励磁电压）额定励磁电压UfNUfN和额定励磁电流和
15、额定励磁电流IfNIfN。8 8）额定温升。）额定温升。第16页/共22页第十七页，共22页。9.3.2 9.3.2 9.3.2 9.3.2 励磁励磁励磁励磁(l c)(l c)(l c)(l c)方式简介方式简介方式简介方式简介励磁电流：同步电机运行励磁电流：同步电机运行(ynxng)时，必须在励磁绕组中通入的直时，必须在励磁绕组中通入的直流电流流电流励磁方式励磁方式(fngsh)：指同步电机获得直流励磁电流的方：指同步电机获得直流励磁电流的方式式(fngsh)励磁系统是同步电机的一个重要组成部分。它直接影响同步电机的运行可靠性和经济性，并对同步电机的运行特性如电压主调整率、短路特性、过载能
16、力等有重大影响。同步电机的励磁方式有以下几种。同步电机的励磁方式有以下几种。一、直流励磁机励磁系统一、直流励磁机励磁系统一、直流励磁机励磁系统一、直流励磁机励磁系统励磁系统：励磁系统：供给励磁电流的整个系统直流励磁机一般与同步发电机同轴，由同一原动机施动。其本身所需励磁电流通常由并励方式供给。直流励磁机励磁系统与外部交流电网无直接联系，整个系统运行可靠且比较简单，在中小型汽轮发电机中广泛采用。大容量的汽轮发电机不宜采用同轴直流励磁机的励磁方式。第17页/共22页第十八页，共22页。二、静止的交流整流励磁二、静止的交流整流励磁二、静止的交流整流励磁二、静止的交流整流励磁(l c)(l c)系统系
17、统系统系统 静止的交流整流励磁(l c)系统可分为自励式与他励式两种：1 1 1 1、他励式静止半导体励磁他励式静止半导体励磁他励式静止半导体励磁他励式静止半导体励磁(l c)(l c)(l c)(l c)系统系统系统系统副励磁机也是交流发电机共励磁电流在电机运行之初由外界直流电源供给，待建立输出电压后则改为自励。汽轮发电机的励磁电流由同轴交流主励磁机发出的三相交流通过静止的半导体硅整流器供给。供给主励磁机励磁电流的是副励磁机。副励磁机输出的也是三相交流电，须由晶闸管整流后再供给主励磁机。同步发电机主励磁机副励磁机他励式静止半导体励磁系统第18页/共22页第十九页，共22页。2 2 2 2、自
18、励式静止、自励式静止、自励式静止、自励式静止(jngzh)(jngzh)(jngzh)(jngzh)半导体励磁系统半导体励磁系统半导体励磁系统半导体励磁系统 自励式静止半导体励磁自励式静止半导体励磁(l c)：取消交流励磁：取消交流励磁(l c)机，交流励磁机，交流励磁(l c)电电源直接取自同步发电机本身源直接取自同步发电机本身主发电机的励磁电流以由整流变压器取自自身输出(shch)端，经过三相晶闸管整流后变为直流电。静止的交流整流励磁系统没有直流励磁机的换向器火花等问题，运行维护方便，技术性能较好国内外已广泛使用。同步发电机整流变压器整流装置自励式静止半导体励磁系统第19页/共22页第二十
19、页，共22页。三、旋转的交流整流励磁三、旋转的交流整流励磁三、旋转的交流整流励磁三、旋转的交流整流励磁(l c)(l c)系统系统系统系统 旋转的交流整流励磁系统：用一台旋转电枢式的交流主动旋转的交流整流励磁系统：用一台旋转电枢式的交流主动磁机，和主发电机同轴联接，半导体整流装置安装在主发电磁机，和主发电机同轴联接，半导体整流装置安装在主发电机转子上，这样就用固定联接代替机转子上，这样就用固定联接代替(dit)了电刷和滑环，因了电刷和滑环，因此又称为无刷励磁。此又称为无刷励磁。主励磁机的主励磁机的励磁电流可励磁电流可由主发电机由主发电机输出端取得输出端取得(qd)，也，也可通过同轴可通过同轴交
20、流副励磁交流副励磁机供给。机供给。无刷励磁优点：无刷励磁优点：整个励磁系统没有触点，运行比较可靠，维护也比较方便。在国内外大型汽轮发电机中已广泛采用。旋转部分副励磁机旋转电枢式主动磁机半导体整流装置主发电机转子励磁绕组第20页/共22页第二十一页，共22页。四、三次谐波四、三次谐波四、三次谐波四、三次谐波(xi b)(xi b)励磁励磁励磁励磁 同步发电机的气隙磁通密度同步发电机的气隙磁通密度(md)分布，不可避免地存在三分布，不可避免地存在三次谐波分量。这个谐波分量在同步发电机的电枢绕组内虽然感次谐波分量。这个谐波分量在同步发电机的电枢绕组内虽然感应出三次谐波电动势，但经过三相联接，电枢绕组
21、输出线上并应出三次谐波电动势，但经过三相联接，电枢绕组输出线上并不存在三次谐波电动势，即不影响供电质量。不存在三次谐波电动势，即不影响供电质量。三次谐波励磁系统：利用三次谐波磁通密度，在定子槽中专门嵌放一套三次谐波励磁系统：利用三次谐波磁通密度，在定子槽中专门嵌放一套三次谐波绕组，其节距取极距的三次谐波绕组，其节距取极距的1/31/3，基波气隙磁场在该绕组中的合成感，基波气隙磁场在该绕组中的合成感应电动势等于零。三次谐波磁场则在该绕组中感应一个应电动势等于零。三次谐波磁场则在该绕组中感应一个(y)(y)三倍基波三倍基波频率的三次谐波电动势。三次谐波励磁就是将这个绕组中的三次谐波电频率的三次谐波电动势。三次谐波励磁就是将这个绕组中的三次谐波电动势经过半导体整流装置后转换为直流电流，再接到发电机的励磁绕组。动势经过半导体整流装置后转换为直流电流，再接到发电机的励磁绕组。三次谐波励磁是一种自励方式，它和直流发电机的电压建立过程相同，由于磁路具有剩磁和饱和现象，所以能自励并具有稳定工作点。三次谐波励磁在单机运行的小型同步发电机中广泛使用第21页/共22页第二十二页，共22页。