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1、第5章同步发电机的基本知识及结构 同步发电机的基本工作原理大型同步发电机的结构大型同步发电机的基本系统 火力发电厂的基本生产过程 压水堆核电站工作原理 地热能发电原理 水力发电的基本过程 潮汐能发电 一 同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本结构部件有定子铁芯 定子三相对称绕组 转子铁芯和励磁绕组 励磁绕组中通以直流电流励磁 产生恒定的磁场 当原动机拖动转子以转速n旋转时 定子绕组导体将切割磁力线 在定子绕组中将感应出交变电动势 5 1同步发电机的基本工作原理 当导体经过一对磁极 导体中的感应电动势就变化了一个周波 若转子极对数为P 转子旋转一周 导体感应电动势就变化了P个周波 设转子转速为
2、n 则感应电动势的频率为 f pn 60 一 同步发电机的基本工作原理 同时 当三相对称绕组接有三相对称负载时 绕组中会有三相对称电流流通 形成磁场 其合成磁动势是一个幅值恒定的旋转磁动势 且转速决定于电流的频率和磁极对数 即转速n1 60f1 p 显然 转子的转速与气隙磁场的旋转速度相等 所以称之为同步电机 一 同步发电机的基本工作原理 用途 同步电机主要作为发电机 作为电动机一般用在恒速的低速大功率机械中 亦可作同步补偿机 专门用来吸收和输送无功功率 一 同步发电机的基本工作原理 同步电机的运行状态 发电机 把机械能转换为电能 电动机 把电能转换为机械能 补偿机 没有有功功率的转换 只发出
3、或吸收无功功率 同步电机运行状态 主要取决于定子合成磁动势与转子磁动势之间的夹角 一 同步发电机的基本工作原理 按原动机的类型不同分 汽轮发电机 水轮发电机等 按转子结构不同分 凸极式和隐极式 按安装方式不同分 卧式和立式 按冷却介质不同分 空气冷却 氢气冷却 水冷却 二 同步发电机的类型 1 型号例如 QFSN 200 2 TS 900 135 562 额定值额定功率PN MW 指额定运行时电机的输出功率额定电压UN kV 指额定运行时定子的线电压额定电流IN A 指额定运行时定子的线电流 三 同步发电机的铭牌 额定功率因数 指额定运行时电机的功率因数额定频率fN Hz 指额定运行时电枢的频
4、率额定转速nN r min 指额定运行时电机的转速 即为同步转速3 额定值之间的关系 三 同步发电机的铭牌 5 2大型同步发电机的结构 同步发电机的定子主要由定子铁芯 定子绕组 机座 端盖 轴承等部件组成 发电机的机座与端盖也称为电机外部壳体 起着固定电机 保护内部构件以及支撑定子绕组和铁芯的作用 定子铁芯是电机的主要部件 它起着构成主磁路和固定定子绕组的重要作用 定子绕组又称电枢绕组 是发电机进行能量转换的心脏部位 一 发电机的定子 一 发电机的定子 一 发电机的定子 一 发电机的定子 一 发电机的定子 发电机转子的作用是传递原动机供给的机械转矩 支撑旋转的励磁线圈 形成良好的磁通路径和转子
5、散热通道 发电机转子 转子铁芯 励磁绕组 护环 中心环和阻尼绕组等组成 转子铁芯分为隐极式和凸极式 隐极式 气隙均匀 适于高速旋转 与汽轮机组合 凸极式 气隙不均匀 旋转时阻力大 转速低 与水轮机组合 二 发电机的转子 隐极式同步电机的转子 隐极式同步电机的转子 隐极式同步电机的转子 隐极式同步电机的转子 凸极式同步电机的转子 卧式凸极同步电机转子的典型结构 凸极式同步电机的转子 凸极式同步电机的转子 三峡电站 三峡70万机组左岸发电机由Alstom ABB和VGS联合体供货 右岸实现国产 采用推力轴承置于下机架的三导轴承半伞式结构 由转子 定子 上机架 下机架 推力轴承 导轴承 空气冷却器和
6、永磁机等部分组成 额定容量777 8MVA 700MW 最大容量840MVA 额定电压20kV 额定电流22453A 额定转速75rpm 推力轴承总负荷5520吨 采用定子绕组水冷 转子空冷的冷却方式 发电机总重量达3443吨 是世界最大的水轮发电机 一台机组1小时发电量约为55万度 足够10万户家庭用一天 三峡电站 发电机定子机座外径达21 4米 在工厂制造完成后 分数瓣运至工地 吊入机坑焊接拼装 三峡电站 发电机转子是水轮机组中 整体吊装重量最重的部件 直径18米 重量超过1800吨 安装间隙只有3厘米 三 同步发电机的冷却方式 空气冷水氢氢 定子绕组 水内冷 转子绕组 氢内冷 铁芯 氢冷
7、却双水内冷 定子绕组 转子绕组 水内冷 铁芯 空气冷却超导发电机 励磁系统是指为同步发电机提供可调励磁电流所需设备组成的系统 大型发电机励磁方式分为 它励励磁系统 由一台与发电机同轴的交流发电机产生交流电 经整流变成直流电 给发电机转子励磁 又分为静止半导体励磁系统和旋转半导体励磁系统 自并励励磁系统 将来自发电机机端的交流电经变压器降压 再整流变成直流电 作为发电机转子的励磁 5 3大型同步电机的基本系统 静止半导体励磁系统 旋转半导体励磁系统 自并励励磁系统 自并励励磁系统目前广泛应用于汽轮发电机 水轮发电机中 它具有以下优点 优良的动态控制特性 灵活 快速 可靠 良好的传输特性 简化机组轴系 轴短 运行维护简单 能方便地与不同类型和容量的发电机配用 损耗小 5 3大型同步电机的基本系统 二 300MW水氢氢机组水系统简介 三 300MW水氢氢机组氢气控制系统简介 三 300MW水氢氢机组密封油系统简介 隐极式同步电机的类型 N S 隐极式 N S N S 凸极式 凸极式同步电机的类型
