同步電機(jī)原理和結(jié)構(gòu)

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1、第15章同步電機(jī)原理和結(jié)構(gòu)概述同步電機(jī)是又一類非常重要的交流電機(jī)。同步電機(jī)主要作發(fā)電機(jī)，用來生產(chǎn)交流電能?，F(xiàn)代電力網(wǎng)中的巨大的電能幾乎全部由同步發(fā)電機(jī)提供。同步電機(jī)有三種運(yùn)行方式：發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、補(bǔ)償機(jī)同步發(fā)電機(jī)與配套的原動機(jī)一起構(gòu)成發(fā)電機(jī)機(jī)組。15-1同步電機(jī)原理簡述定子上有三相對稱交流繞組（電樞繞組）。轉(zhuǎn)子上有成對磁極、勵(lì)磁繞組。通以直流電流時(shí)，將會在電機(jī)的氣隙中形成磁場，稱為勵(lì)磁磁場(也稱主磁場、轉(zhuǎn)子磁場)。定轉(zhuǎn)子之間的氣隙層的厚度和形狀對電機(jī)內(nèi)部磁場的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。除了轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)外,還有轉(zhuǎn)樞式同

2、步電機(jī)。一、結(jié)構(gòu)模型圖四極同步電機(jī)實(shí)際的水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子照片二、工作原理勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場，即主磁場。原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),主磁場隨軸旋轉(zhuǎn)并順次被電樞各相繞組切割。交變電勢的產(chǎn)生：電樞繞組中將會感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。感應(yīng)電勢有效值:感應(yīng)電勢頻率:交變性與對稱性三、同步轉(zhuǎn)速交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是一個(gè)不變的值，這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。我國電網(wǎng)的頻率為50Hz，故轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為:三相同步發(fā)電機(jī)工作原理動畫：二極模型，四極模型要使得發(fā)電機(jī)

3、供給電網(wǎng)50Hz的工頻電能，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為某些固定值，這些固定值稱為同步轉(zhuǎn)速，即與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1相同。只有運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)才能正常運(yùn)行，這也是同步電機(jī)名稱的由來。四、運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、補(bǔ)償機(jī)15-2同步電機(jī)型式和結(jié)構(gòu)一、轉(zhuǎn)子型式同步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)相似。而轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有著自己的特點(diǎn)。根據(jù)原動機(jī)的特點(diǎn)(汽輪機(jī)、水輪機(jī))，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子也制成兩種型式與之配套。（1）凸極式凸極式轉(zhuǎn)子（1，2）上有明顯凸出的成對磁極和集中勵(lì)磁繞組。多極電機(jī)做成凸極結(jié)構(gòu)，工藝較為簡單，所以凸極電機(jī)與轉(zhuǎn)速較低的水輪機(jī)相配套。

4、正在檢修中的同步發(fā)電機(jī)定子照片正在加工的大型同步發(fā)電機(jī)定子機(jī)座（2）隱極式隱極式轉(zhuǎn)子（1，2）上沒有凸出的磁極。轉(zhuǎn)子本體表面開有槽，槽中嵌放勵(lì)磁繞組。隱極轉(zhuǎn)子適合于2極高速電機(jī)，常與大容量高轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)(線速度可達(dá)170米/秒)配套?？紤]到轉(zhuǎn)子冷卻和強(qiáng)度方面的要求，隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜。二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心：疊片結(jié)構(gòu)：圓形或扇形沖片。機(jī)座：由鋼板焊接而成-能滿足強(qiáng)度-剛度-通風(fēng)-散熱的需要。定子繞組：要有足夠的絕緣強(qiáng)度(高壓)，一般采用B級或F級絕緣。轉(zhuǎn)子：采用隱極式。細(xì)長-銑槽-槽型-同心式勵(lì)磁繞組-

5、不導(dǎo)磁槽楔。凸極式轉(zhuǎn)子隱極式轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機(jī)極數(shù)多-直徑大-軸向長度短-立式。定子鐵心由扇形電工鋼片拼疊。有徑向通風(fēng)溝。轉(zhuǎn)子采用凸極式，磁極由厚度為1～2mm的鋼片疊成，阻尼繞組(起動繞組)抑制短路電流和減弱電機(jī)振蕩，磁極與磁極軛部采用T形或鴿尾形連接。汽輪發(fā)電機(jī)插轉(zhuǎn)子水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吊裝三、勵(lì)磁方式簡介直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或者他勵(lì)接法。采用他勵(lì)接法時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由另一臺被稱為副勵(lì)磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給。獲得勵(lì)磁電流的方法稱為勵(lì)磁方式。目前采用的勵(lì)磁方式分為兩大類：一類是用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源的直

6、流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；另一類是用硅整流裝置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵(lì)磁的整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。(1)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁(2)靜止整流器勵(lì)磁同一軸上有三臺交流發(fā)電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)和交流副勵(lì)磁機(jī)。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流開始時(shí)由外部直流電源提供，待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)(有時(shí)采用永磁發(fā)電機(jī))。副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵(lì)磁機(jī)，而主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。(3)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁繞組，對于大容量的同步發(fā)電機(jī)，

7、其勵(lì)磁電流達(dá)到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過熱。因此，在大容量的同步發(fā)電機(jī)中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。主勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。小型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)15-3三相同步電機(jī)的額定值和型號一、額定值額定容量SN(VA,kVA,MVA等)或額定功率PN(W,kW,MW等)：指電機(jī)輸出功率

8、的保證值。發(fā)電機(jī)通過額定容量值可以確定電樞電流，通過額定功率可以確定配套原動機(jī)的容量。電動機(jī)的額定容量一般用kW數(shù)表示，補(bǔ)償機(jī)則用kVAR表示。額定電壓UN(V,kV等)：指額定運(yùn)行時(shí)定子輸出端的線電壓。額定電流IN(A)：指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流。額定功率因數(shù)cosjN額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功