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1、汽轮发电机工作原理讲座 发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备 它由汽轮机 水轮机 柴油机或其他动力机械驱动 将水流 气流 燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机 再由发电机转换为电能 发电机动力设备 发电机工作示意图 若果外动力使得转子线圈转动 切割磁场 转子线圈中就生产了电流 定子磁场 转子线圈 滑环 发电机是由定子 转子 励磁机等部分组成 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 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 通以直流电流时 将会在电机的
2、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 主磁场的建立 励磁绕组通以直流励磁电流 建立极性相间的励磁磁场 即建立起主磁场 转子磁场 载流导体 三相对称的电枢绕组充当功率绕组 成为感应电势或者感应电流的载体 定子线圈一般为短接距叠绕线圈 线圈为双层单线圈 切割运动 原动机拖动转子旋转 给电机输入机械能 极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组 相当于绕组的导体反向切割励磁磁场 交变电势的产生 由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动 电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势 通过引出线 即可提供交流电源 感应电势有效值 由第11章可知 每相感
3、应电势的有效值为 感应电势频率 感应电势的频率决定于同步电机的转速n和极对数p 即 交变性与对称性 由于旋转磁场极性相间 使得感应电势的极性交变 由于电枢绕组的对称性 保证了感应电势的三相对称性 同步转速 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 15 3 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
4、行 这也是同步电机名称的由来 电磁感应定律磁铁 或通电线圈 与线圈有相对运动时 线圈中产生了电流 电流的方向 总是阻止磁场变化的方向 电流导线磁场 通电导线周围产生磁场 磁场的方向是阻止电流发生变化的方向 通电线圈周围磁场 发电机通常由定子 转子 端盖 机座及轴承等部件构成 定子由机座 定子铁芯 线包绕组 以及固定这些部分的其他结构件组成 转子由转子铁芯 有磁扼 磁极绕组 滑环 又称铜环 集电环 风扇及转轴等部件组成 由轴承及端盖将发电机的定子 转子连接组装起来 使转子能在定 1 子中旋转 做切割磁力线的运动 从而产生感应电势 通过接线端子引出 接在回路中 便产生了电流 电磁感应定律 当穿过闭
5、合回路所围面积的磁通量发生变化时 不论这种变化是什么原因引起的 回路中都会建立起感应电动势 且此感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值 数学表达式 当采用国际单位制时 比例系数为1 数学表达式为 行方向成右手螺旋关系的磁通量为正 反之为负 如果回路由N匝密绕线圈组成 则通过线圈的磁通用磁链表示 感应电流和感应电量 1 感应电流 回路中的总电阻为R 则回路中的感应电流为 2 感应电量 在时间内 通过回路截面的感应电量为 感应电量仅与回路中磁通量的变化量有关 而与磁通量变化的快慢无关 磁通计及其应用 四 楞次定律 闭合回路中感应电流的方向 总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化
6、两种表述 用楞次定律判断感应电流方向的步骤 1 判断穿过闭合回路的磁通沿什么方向 发生什么变化 增加或减少 2 根据楞次定律来确定感应电流所激发的磁场沿什么方向 与原来的磁场反向还是同向 3 根据右手螺旋法则从感应电流产生的磁场方向确定感应电流的方向 发电机的分类 发电机分 直流发电机和交流发电机交流发电机分 同步发电机和异步发电机 很少采用 交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机 发电机结构及工作原理发电机通常由定子 转子 端盖及轴承等部件构成 定子由定子铁芯 线包绕组 机座以及固定这些部分的其他结构件组成 转子由转子铁芯 或磁极 磁扼 绕组 护环 中心环 滑环 风扇及转轴等部件组成 由轴
7、承及端盖将发电机的定子 转子连接组装起来 使转子能在定子中旋转 做切割磁力线的运动 从而产生感应电势 通过接线端子引出 接在回路中 便产生了电流 同步发电机工作原理 主磁场的建立 励磁绕组通以直流励磁电流 建立极性相间的励磁磁场 即建立起主磁场 载流导体 三相对称的电枢绕组充当功率绕组 成为感应电势或者感应电流的载体 切割运动 原动机拖动转子旋转 给电机输入机械能 极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组 相当于绕组的导体反向切割励磁磁场 交变电势的产生 由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动 电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势 通过引出线 即可提供交流电源 蒸汽轮机是用蒸汽来推动轮机转动的 它运转的基本原理和常见的风车相似 蒸汽轮机是由一个中央很厚的钢盘及钢盘外沿有很多密排的叶片组成的主体结构 从锅炉里出来的高压过热蒸汽从喷嘴喷到叶片上时 轮机就转动起来 蒸汽速度越大 轮机转动得越快 也就是蒸汽的内能在喷射中变成蒸汽的动能 它的动能又转变为机轴旋转的机械能 汽轮机
