同步发电机的基本工作原理和结构.pptx

同步发电机的基本工作原理和结构会计学第2页/共67页第十三章同步发电机的基本工作原理和结构 同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速时而得名。现代发电厂中所发出的交流电能几乎都是同步发电机的。对于有恒速要求的生产机械，可采用同步电动机作为动力，同步电机也可作为调相机用，向电力系统发出感性或容性无功功率，用于改善电力系统的功率因数及调整电网电压。同步电机无论作发电机、电动机或调相机，其基本原理及结构是相同的，只是运行方式不同而已。本章基本要求：⒈同步发电机的基本工作原理；⒉同步发电机的基本结构；⒊同步发电机的铭牌数据。第3页/共67页第一节 同步发电机的基本工作原理 同步发电机基本原理工作是根据电磁感应现象，即导体切割磁力线产生感应电动势工作的。因此，同步发电机应有产生磁力线的磁场和切割该磁场的导体。定子一、基本结构模型，如图所示: 转子1.定子气隙 图中给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。 滑环第4页/共67页2.转子 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，当通过电刷和滑环通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。主磁场由N极出来经过气隙、定子铁芯，再经过气隙进入S极而构成主磁路。如图中虚线所示(图中p=1)。3.气隙 气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。第5页/共67页二、同步发电机的工作原理1.交变感应电动势的产生 如图所示，外部直流电源通过滑环向转子提供直流励磁电流，并产生磁场；原动机拖动发电机转子以转速n按图示方向作恒向旋转。 定子中三相绕组的导体依次切割磁力线，三相绕组便感应产生各相大小相等、相位彼此相差1200的交流电动势。若气隙磁通密度按正弦波分布，则三相绕组感应电动势波形如图所示，且相序为A→B→C。每相感应电势有效值: 第6页/共67页2.感应电势的频率 交流电动势的频率f可这样确定:当转子为1对极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势变化一个周期；当同步发电机具有p对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p个周期；当转子的转速为每分钟n转时，则交变电动势的频率为:转子的转速(r/min) 由上式可知:同步发电机定子绕组感应电动势的频率取决于它的极对数p和转子的转速n。转子转速越高，定子绕组感应电势E0的频率越高。即 n↑→ f↑。可见，同步发电机极对数p一定时，转速n与电枢电动势的频率f之间具有严格不变的关系。说明: 如果发电机作为电源单独给负载供电，对电源频率的要求并不十分严格，对原动机的转速要求也不很严格。 第7页/共67页3.同步转速 现代的发电机，绝大多数都是向大电网并网供电，这就对同步发电机的频率要求严格了，我国电网频率为50HZ，所以发电机发出的电动势频率也必须为50HZ，如果发电机的频率与电网频率不等将会造成严重事故。 同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： 同步电机的特点要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。第8页/共67页4.电磁过程 转子冲转到额定转速,汽轮发电3000r/min?→ 转子绕组加励磁电流(直流) → 产生旋转磁场 → 定子绕组切割磁力线产生三相对称感应电势 → 发电机出线端三相对称电压。 5.电势的调节 根据E0=4.44fNkw1Φ0 和If → Φ0可知，调节励磁电流If，可改变磁通Φ0，从而改变定子绕组感应电势E0。即If↑→E0↑；If↓→ E0↓。6.相序 相序决定于转子的转向。从励磁端看，汽轮发电机的转向为逆时针方向。 同步发电机原理小结:外部直流电源通过滑环向转子提供直流励磁电流，并产生磁场；原动机拖动转子旋转，转子磁极磁场切割三相定子绕组，感应三相交流电。第9页/共67页第二节 同步发电机的基本结构一、同步电机分类：旋转电枢式：电枢旋转，磁极固定，因电枢功率不易由滑动部分送出，只适于较小容量发电机，实用少。旋转磁极式：磁极旋转，电枢固定，电枢功率由静止部分送出，可传送较大功率，实用广，是同步发