同同 步步 电电 机机 篇篇11同步发电机的基本电磁关系同步发电机的基本电磁关系同步发电机对称运行时的特性同步发电机对称运行时的特性同步发电机并网运行同步发电机并网运行本篇主要内容本篇主要内容2?2概概述述?同步电机：同步电机：交流旋转电机交流旋转电机用途：用途：主要作发电机用，也可作电动机带主要作发电机用，也可作电动机带动具有恒速要求的机械，还可作调相机，向动具有恒速要求的机械，还可作调相机，向电力系统发出无功功率，用于改善电力系统电力系统发出无功功率，用于改善电力系统的功率因数及调整电网电压的功率因数及调整电网电压现代发电厂中所发出的交流电能几乎全现代发电厂中所发出的交流电能几乎全部是同步发电机发出，尽管目前有其他发电部是同步发电机发出，尽管目前有其他发电型式，如磁流体发电，太阳能发电等，但电型式，如磁流体发电，太阳能发电等，但电力系统中仍是同步发电机占绝对优势力系统中仍是同步发电机占绝对优势33概概述述? 同步电机指电机同步电机指电机转子的转速转子的转速n与与旋转磁场旋转磁场转速转速n1相同的交流电机相同的交流电机同步电机的转速：同步电机的转速：n=60f1/pf1 -电网频电网频率。
率44第十四章第十四章三相同步发电机的基本三相同步发电机的基本工作原理与结构工作原理与结构55本章主要内容本章主要内容第一节第一节 三相同步发电机的基本工作原理及分类三相同步发电机的基本工作原理及分类第二节第二节第三节第三节第四节第四节6同步发电机的基本结构同步发电机的基本结构大型同步发电机的基本系统大型同步发电机的基本系统同步发电机的型号与额定值同步发电机的型号与额定值6三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理? 同步发电机同步发电机(synchronous generator)是将机械是将机械能转变为能转变为交流电能交流电能的设备在火电厂，发电机用汽轮机作原动机，称为在火电厂，发电机用汽轮机作原动机，称为 汽汽轮发电机轮发电机；在核电站是以核反应堆来代替火电站的；在核电站是以核反应堆来代替火电站的锅炉，原动机仍然是汽轮机；锅炉，原动机仍然是汽轮机；在水电厂，发电机用水轮机作原动机，称为在水电厂，发电机用水轮机作原动机，称为 水水轮发电机轮发电机；有的地方用柴油机用作原动机，称为有的地方用柴油机用作原动机，称为 柴油发电柴油发电机机77三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理NIfnS? 同步发电机基本工作原理：同步发电机基本工作原理： 导导体切割磁力线感应电动势。
体切割磁力线感应电动势 转子：转子：转动的部分，转子上有转动的部分，转子上有磁极和励磁绕组，产生磁场磁极和励磁绕组，产生磁场 定子（又叫电枢）：定子（又叫电枢）： 固定的部固定的部分，定子铁心上有齿和槽，槽分，定子铁心上有齿和槽，槽内设置有绕组，是切割磁场的内设置有绕组，是切割磁场的导体 气隙：气隙：定转子之间有气隙定转子之间有气隙动画动画88三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理? 定子：定子：有三相定子绕组，每相有三相定子绕组，每相结构完全相同，它们在空间上结构完全相同，它们在空间上互差互差120电角度对称分布放置电角度对称分布放置在定子铁心槽内在定子铁心槽内 转子：转子：有有p对磁极，磁极上有直对磁极，磁极上有直流励磁绕组，当直流电流通过流励磁绕组，当直流电流通过电刷和滑环流入转子绕组后，电刷和滑环流入转子绕组后，产生主磁通，主磁通由产生主磁通，主磁通由N极经气极经气隙，定子铁心，再经气隙进入隙，定子铁心，再经气隙进入S极，构成主磁路极，构成主磁路99三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁eaNIfnSeceb转子通直流电流转子通直流电流If励磁磁场励磁磁场Bf随转子旋转随转子旋转电枢感应电枢感应eea?EEmcos?tOAmsin?t角速度角速度电势电势ee?0?OBb?EEmmcos(sin?tt?120120)?e?0?22?ffeOBc?EEcos(sin?tt?120120)?ff?pnpn?mm6060三相对称负三相对称负载运行时载运行时三相对称电三相对称电旋转基波旋转基波枢电流枢电流i磁势磁势F?abcaFann6060ff11?ppnn?n1n1(同步电机同步电机)10?10三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理? 定子绕组三相感应电势定子绕组三相感应电势eOA? Emsin?teOB? Emsin(?t ?120?)eOC? Emsin （?t ? 240? ）定子外接负载，形成回路，有三相电流。
定子外接负载，形成回路，有三相电流 机械能转化为电能机械能转化为电能1111三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理?交流电势频率交流电势频率f的确定的确定当转子为当转子为1对磁极时，转子旋转一周，定子绕组对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电势变化一个周期；当同步发电机有中感应电势变化一个周期；当同步发电机有p对极对极时，转子旋转一周，感应电势交变时，转子旋转一周，感应电势交变p个周期当转子转速为每分当转子转速为每分n转时，交变电势频率为：转时，交变电势频率为：pnf ?60n?转子转速，r /min1212三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理?交流电势频率交流电势频率f的确定的确定pnf ?60n?转子转速，r /min结论：结论：同步发电机定子绕组感应电势的频率取决于它同步发电机定子绕组感应电势的频率取决于它的极对数的极对数p和转子的转速和转子的转速n同步发电机极对数一定时，转速与电枢电势的频率同步发电机极对数一定时，转速与电枢电势的频率有严格对应关系有严格对应关系当电力系统频率当电力系统频率f一定，发电机转速一定，发电机转速n?60f / p为恒为恒定值，这是同步发电机的主要特点。
定值，这是同步发电机的主要特点1313三相同步发电机的基本工作原理三相同步发电机的基本工作原理结论：结论：我国标准工频为我国标准工频为50Hz，所以同步发电机的极，所以同步发电机的极对数和转速成反比对数和转速成反比p?3000n?汽轮发电机转速较高，极对数较少，如转速汽轮发电机转速较高，极对数较少，如转速n=3000r/min，则极对数，则极对数p=1水轮发电机转速较低，极对数较多，如转速水轮发电机转速较低，极对数较多，如转速n=125r/min，则极对数，则极对数p=241414同步电机的类型同步电机的类型?按按运行方式不同运行方式不同分为：发电机、电动机和调相机分为：发电机、电动机和调相机按按结构形式不同结构形式不同分为：电枢旋转式（简称转枢式）分为：电枢旋转式（简称转枢式）和磁极旋转式（简称转场式）磁极旋转式按和磁极旋转式（简称转场式）磁极旋转式按 转转子结构不同子结构不同又分为凸极式和隐极式又分为凸极式和隐极式按按安装方式安装方式不同分为：卧式和立式不同分为：卧式和立式按按原动机类型不同原动机类型不同分为：汽轮发电机、水轮发电机、分为：汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、太阳能燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、太阳能发电机等等。
发电机等等按按冷却介质不同冷却介质不同分为：空气冷却、氢气冷却、水冷分为：空气冷却、氢气冷却、水冷却等1515第二节第二节 同步发电机的基本构造同步发电机的基本构造?同步电机一般采用同步电机一般采用 旋转磁极式结构旋转磁极式结构，根据磁极形状，根据磁极形状可分为隐极和凸极两种型式可分为隐极和凸极两种型式凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于高速隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于高速旋转1616凸极式电机结构特点凸极式电机结构特点气隙不均匀，极弧气隙不均匀，极弧1定子定子2凸极式转子凸极式转子17底下气隙较小，极间部底下气隙较小，极间部分较大17隐极式电机结构特点隐极式电机结构特点转子上没有凸出转子上没有凸出1定子定子3隐极式转子隐极式转子18的磁极，气隙均匀，的磁极，气隙均匀，转子呈圆柱形转子呈圆柱形18凸极式和隐极式电机应用场合凸极式和隐极式电机应用场合?电源频率固定，采用转子结构与转速有关电源频率固定，采用转子结构与转速有关火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通常称为汽轮发电机。
常称为汽轮发电机核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式1919同步电机与异步电机同步电机与异步电机?同步电机的气隙较同容量的异步电机大同步电机的气隙较同容量的异步电机大异步电机异步电机励磁电流由电网供给，需从电网吸取励磁电流由电网供给，需从电网吸取感性无功功率，若气隙大，则励磁电流大，电机的感性无功功率，若气隙大，则励磁电流大，电机的功率因数低，因此在机械允许的条件下，功率因数低，因此在机械允许的条件下， 气隙要尽气隙要尽量小一些量小一些同步电机同步电机气隙磁场由转子电流和定子电流共同气隙磁场由转子电流和定子电流共同激励，从运行稳定性考虑，气隙大，同步电抗小，激励，从运行稳定性考虑，气隙大，同步电抗小，短路比大，运行稳定性高。
但气隙大，转子用铜量短路比大，运行稳定性高但气隙大，转子用铜量增大，制造成本增加所以增大，制造成本增加所以 气隙大小的选择要综合气隙大小的选择要综合考虑运行性能和制造成本这两方面的要求考虑运行性能和制造成本这两方面的要求 2020汽轮发电机结构汽轮发电机结构汽轮机汽轮机同步发电机同步发电机励磁机励磁机火电厂火电厂(heat-engine plant)的生产现场的生产现场2121大大亚亚湾核湾核电电站站发电发电机机组组2222岭澳一期核岭澳一期核电电站站发电发电机机组组2323国产国产300MW汽轮发电机外汽轮发电机外(turbonator) 形结构图形结构图24242525隐极式同步发电机隐极式同步发电机?用途：多用于汽轮发电机，一般为两极，转速为用途：多用于汽轮发电机，一般为两极，转速为3000r/min发电机转速 ? 运行效率 ? 体积和造价 ?发电机转速 ? 转子直径 ? 容量一定，电机长度 ?一般汽轮发电机转子长一般汽轮发电机转子长度度L和定子内径和定子内径D之比为之比为2-6.52626汽轮发电机结构汽轮发电机结构1.定子定子(stator)? 机座机座(baseframe) 、端盖、端盖(end closure) 、定子铁心、定子铁心(stator core)和定子绕组和定子绕组(stator windings) 等。
等大型汽轮发电机定子铁心槽大型汽轮发电机定子铁心槽汽轮发电机完工后的定子汽轮发电机完工后的定子2727发电发电机定子机定子2828汽轮发电机结构汽轮发电机结构（1）机座和端盖）机座和端盖? 机座的作用机座的作用：固定和支撑定子铁心及定子绕组等部：固定和支撑定子铁心及定子绕组等部件，通过机座将整个定子安装、固定在基础上件，通过机座将整个定子安装、固定在基础上 机座内部有冷却风道汽轮发电机机座一般采用钢机座内部有冷却风道。