同步发电机的基本结构和工作原理.pdf

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1、同步发电机的基本结构和工作原理一、同步发电机的类型同步发电机按其原动机的不同，可分为汽轮发电机和水轮发电机两种。在火电厂中，用汽轮机作为发电机的原动机，转速高（常为1500~3000r/min）；在水力发电站中，用水轮机作为发电机的原动机，转速低（通常在1000r/min以下）。按发电机转子结构的不同，同步发电机可分为隐极式和凸极式两种，如图1-1所示。隐极式转子呈圆形，转速高，转子直径小，但长度长，汽轮发电机通常为隐极式。凸极式转子具有突出的磁极，发电机的励磁绕组绕在磁极上，转速低，常用于水轮发电机。按发电机与原动机的连接方式不同，同步发电机又有立式和卧式之分，汽轮发电机均

2、为卧式的，水轮发电机两种型式都有；按冷却介质及冷却方式可分为：空气冷却、氢气冷却、水冷却和混合冷却方式等；按照发电机励磁方式来分，同步发电机可分为他励方式和自励方式；按发电机旋转部分划分，有旋转磁场式和旋转电枢式，以旋转磁场式发电机居多，其电枢绕组是定子的一部分，又叫定子绕组。图1-1（a）隐极式；（b）凸极式二、同步发电机的基本结构同步发电机由定子(固定部分)和转子(转动部分)两部分组成。1.定子定子是同步发电机的电枢部分,用以产生三相交流电能。定子由定子铁芯、定子绕组、机座等组成。定子铁芯由内圆冲有嵌线槽的硅钢片叠装而成,定子绕组用绝缘扁铜线或漆包线绕制而成,并三相对称地

3、嵌放在定子铁芯槽内,如图1-1、图1-2所示。定子三相绕组通常接成星形,机座是用来固定铁芯和承受荷重的2.转子由上述,同步发电机的转子有两种结构型式,即凸极式和隐极式。水轮发电机的转子是凸极式,凸极式转子由磁极铁芯、磁轭、励磁绕组、转子支架、转轴等主要部分组成。磁极是用1~1.5mm厚的钢板冲成磁极冲片后铆装成一个整体。在磁极铁芯上套有励磁绕组。励磁绕组是由扁铜线绕成,匝间垫有绝缘,励磁绕组与磁极本身之间隔有绝缘。各励磁绕组串联后接到滑环上。磁轭通常由整块钢板或用铸钢做成,它用来固定磁极,是磁路的一部分。图1-2三、同步发电机的工作原理1.电磁感应定律的应用图1-2所示的是一

4、台有一对磁极的同步发电机原理图,同步发电机定子槽中对称放置着三相绕组(互差120°电角度),将X、Y、Z连在一起,组成星形连接。转子和定子之间留有很小的空气隙,当励磁绕组中通入直流电流后建立了磁场,由于转子磁极采用了特殊的结构,使磁场的磁感应强度沿空气隙近似于按正弦规律分布。当转子由原动机拖动旋转时,这个按正弦规律的旋转磁场就依次切割定子三相对称绕组,而在定子绕组中感应出对称的三相正弦交变电动势,其瞬时值为三相电动势的波形和相量图如图1-3所示。图1-3（a）波形图；（b）相量图当合上发电机出口开关，带上负载后，发电机即向负载输出电能。2、转子转速感应电动势的频率f决定于发电

5、机的磁极对数p和转子的转速n，转子为一对磁极时，转子旋转一周，定子绕组的感应电动势正好交变一次（即一个周期），当转子有p对磁极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p个周期，因此为保持一定的频率，发电机的转速必须符合下列关系当定子三相对称绕组中有三相对称交流电流通过时,则在空间产生了一个旋转磁场,这个磁场的转速也由上式决定。由于同步发电机定子三相绕组是按转子磁极的对数来布置的,因此三相绕组所产生的旋转磁场的极对数和转子磁极对数一样。即定子旋转磁场的转速和转子转速相等,称为同步转速。同步发电机就是因此而得名的。