同步电机16阎治安课件.pptx

1、同步电机同步电机16阎治安阎治安第第16章章 同步电机原理和结构同步电机原理和结构 16-1 同步电机同步电机(Synchronous Machines)原理简述原理简述一、结构模型一、结构模型 定子上有三相对称交流绕组（电定子上有三相对称交流绕组（电枢绕组）枢绕组）;转子上有转子上有成对磁极成对磁极、励磁绕组。、励磁绕组。通以直流电流时，将会在电机的通以直流电流时，将会在电机的 气隙中形成磁场，称为励磁磁场气隙中形成磁场，称为励磁磁场 (也称主磁场、转子磁场也称主磁场、转子磁场)。定、转子之间的气隙层的厚度和形定、转子之间的气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机状对电机内部磁场的分

2、布和同步电机的性能有重大影响。的性能有重大影响。除了转场式同步电机外，还有转除了转场式同步电机外，还有转枢式同步电机。枢式同步电机。2二、工作原理（二、工作原理（动画动画15021）原动机拖动转子以原动机拖动转子以 n(r/min)旋转；旋转；电机内部有磁场存在；（电机内部有磁场存在；（励磁绕组通过滑环接通直流电励励磁绕组通过滑环接通直流电励磁，建立极性相间的励磁磁场，即主磁场；磁，建立极性相间的励磁磁场，即主磁场；微型电机也有用永久磁钢产生主磁场的。）电枢导体被磁场切割感应电势，由于三相绕组对称故可发电枢导体被磁场切割感应电势，由于三相绕组对称故可发出三相交流电能。出三相交流电能。感应电势有

3、效值感应电势有效值:感应电势感应电势频率频率:（这里的 属于同步机转子的转速）3三、同步转速三、同步转速 交流电网的频率交流电网的频率 f 应该是一个不变的值，这就要求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。我国电网的频率发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为为50Hz，故同步电机转子的转速为，故同步电机转子的转速为:50Hz的工频时，同步电机的转速永远是固定不变的，这些固定值的工频时，同步电机的转速永远是固定不变的，这些固定值也称为同步转速，即与定子旋转磁场的转速也称为同步转速，即与定子旋转磁场的转速 n1 同步。这也是同步电同步。这也是同步电机名称的由来。

4、机名称的由来。四、运行方式四、运行方式 发电机、电动机、补偿机发电机、电动机、补偿机 416-2 同步电机型式和结构同步电机型式和结构 一、概一、概 述述 1 1、特点、特点 发电机 GS or.TF 机机 械械 能能 交流电能交流电能 同步同步 电动机 MS or.TD 交流电能交流电能 机机 械械 能能 调相机 功率因数补偿 同步电机的转速永远是固定不变的。同步电机的转速永远是固定不变的。2、发展、发展 倾向于制造单机容量较大的GS；推广高、精、尖技术。5（1）通风冷却问题）通风冷却问题（容量增大后，（容量增大后，大大 了，发热量了，发热量增加）；增加）；（2）绝缘问题（电压升高了）绝缘问

5、题（电压升高了）；（3）机械强度问题（转速高了）。）机械强度问题（转速高了）。二、同步电机的型式和结构二、同步电机的型式和结构1 1、转场式和转枢式（前者为多）、转场式和转枢式（前者为多）2 2、汽轮发电机组、汽轮发电机组（Turbogenerator）卧式，用于火（核、热）电厂，卧式，用于火（核、热）电厂，n n 高，用隐极式转子。高，用隐极式转子。6 隐极式转子（隐极式转子（1，2）上没有凸出的磁极。转子本体表）上没有凸出的磁极。转子本体表面开有槽，槽中嵌放励磁绕组。隐极转子适合于面开有槽，槽中嵌放励磁绕组。隐极转子适合于2极高速极高速电机。电机。凸极式转子（凸极式转子（1，2）上有明显凸

6、出的成对磁极和集中）上有明显凸出的成对磁极和集中励磁绕组。多极电机做成凸极结构，工艺较为简单，所以励磁绕组。多极电机做成凸极结构，工艺较为简单，所以凸极电机与转速较低的水轮机相配套。凸极电机与转速较低的水轮机相配套。3、水轮发电机组（、水轮发电机组（Hydraulic turbine generator）立式（悬式和伞式），用于水电站，立式（悬式和伞式），用于水电站，n n 低，用凸极式转低，用凸极式转子。子。4 4、其他型式、其他型式 核能核能-潮汐潮汐-柴油柴油-风力风力-地热地热-太阳能太阳能 7三、基本结构三、基本结构v汽轮发电机汽轮发电机 定子：定子：定子绕组：要有足够的绝缘强度定子

7、绕组：要有足够的绝缘强度 （高压），一般采用（高压），一般采用 B 级级 或或 F 级绝缘。级绝缘。定子铁心叠片结构，圆形或扇形冲片。定子铁心叠片结构，圆形或扇形冲片。机机 座：由钢板焊接而成座：由钢板焊接而成-能满足能满足 强度强度-刚度刚度-通风通风-散热的需要。散热的需要。转子：转子：采用采用隐极式隐极式。转子槽有大齿和小齿，细长。转子槽有大齿和小齿，细长-铣槽铣槽-槽槽型型-同心式励磁绕组同心式励磁绕组-不导磁槽楔。不导磁槽楔。8v水轮发电机水轮发电机 极数多极数多-直径大直径大-轴向长度短轴向长度短-立式装配。立式装配。定子铁心由扇形电工钢片拼叠。有径向通风定子铁心由扇形电工钢片拼叠

8、。有径向通风沟。沟。转子采用凸极式，磁极由厚度为转子采用凸极式，磁极由厚度为12 mm的钢片叠成，阻尼绕组的钢片叠成，阻尼绕组（起动绕组）抑制短路电流和减（起动绕组）抑制短路电流和减弱电机振荡，磁极与磁极轭部采弱电机振荡，磁极与磁极轭部采用用T 形或鸽尾形连接。形或鸽尾形连接。9四、励磁方式简介四、励磁方式简介 直流励磁机通常与同直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用步发电机同轴，采用并并励或者他励接法。采励或者他励接法。采用用他励接法时，励磁机他励接法时，励磁机的的励磁电流由另一台被励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。直流发电机供给。目前发电厂采用的励磁方

9、式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源目前发电厂采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。流器励磁系统。(1)直流励磁机励磁直流励磁机励磁 10(2)静止整流器励磁静止整流器励磁 同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压

10、建立起来后再转为自励再转为自励(有时采用永磁发电机有时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。11(3)旋转整流器励磁旋转整流器励磁 静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。因此，

11、在大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统旋转整流器励磁系统。主励磁机是主励磁机是旋转电枢式旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这种励磁系统取消由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整

12、流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统无刷励磁系统。1216-3 三相同步电机的额定值和型三相同步电机的额定值和型号号 一、额定值一、额定值（Rating）额定容量额定容量 SN(VA，kVA，MVA等等)或额定功率或额定功率PN(W，kW，MW等等)：指电机输出功率的保证值。电动机的额定指电机输出功率的保证值。电动机的额定容量的量纲一般用容量的量纲一般用kW表示，补偿机的量纲则用表示，补偿机的量纲则用kVAR表示。表示。对于三相同步发电机：对于三相同步发电机：对于三相同步电动机：对于三相同步电动机：13额定电压额定电压 UN(

13、V，kV)：正常运行时电枢绕组输出端的：正常运行时电枢绕组输出端的线电压线电压；额定电流额定电流 IN(A):额定运行时电枢绕组的额定运行时电枢绕组的线电流线电流；额定功率因数额定功率因数 ：额定运行时电机的：额定运行时电机的功率因数功率因数；额定频率额定频率 fN（Hz）:额定运行时电机电枢端电量的频率，我国额定运行时电机电枢端电量的频率，我国标准工业频率规定为标准工业频率规定为 50 Hz；额定转速额定转速 nN：额定运行时电机：额定运行时电机 转子的转速，即同步转速。转子的转速，即同步转速。还有：额定负载时的温升还有：额定负载时的温升tN、励磁电压、励磁电压UfN及励磁电流及励磁电流If

14、N等。等。二、国产同步电机型号二、国产同步电机型号 汽轮发电机有汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列，前两个字母表示汽轮发电机；等系列，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母表示冷却方式，第三个字母表示冷却方式，Q表示氢外冷，表示氢外冷，N表示氢内冷，表示氢内冷，S表示双水内冷。表示双水内冷。大型水轮发电机为大型水轮发电机为TS系列，系列，T表示同步，表示同步，S表示水轮。表示水轮。14二、国产同步电机型号二、国产同步电机型号（续）（续）举例：举例：1、QFS-300-2 表示容量为表示容量为300 300 MW 的双水内冷双水内冷2 2极汽轮发电机。极汽轮发电机。2、TSS1264/160

15、-48表示表示双水内冷水轮发电机双水内冷水轮发电机，定子外径为，定子外径为12641264厘米，铁心长厘米，铁心长为为160160厘米，极数为厘米，极数为4848。同步电动机系列有同步电动机系列有TD、TDL等，等，TD表示同步电动机，表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途。如后面的字母指出其主要用途。如TDGTDG表示高速同步电动机；表示高速同步电动机；TDLTDL表示表示立式立式同步电动机。同步电动机。同步补偿机为同步补偿机为TT。思考题：三相同步发电机的转速为什么必须为常数？125转/分的水轮发电机应该是多少极？（其他思考题见 p273）15凸极式同步发电机转子凸极式同步发电机转子16四极转子四极转子17水轮发电机转子水轮发电机转子18汽轮发电机转子汽轮发电机转子19汽轮发电机转子汽轮发电机转子20汽轮发电机插转子21大型汽发机座加工大型汽发机座加工22东方电机制造的1000MW核电机座运出厂23 青山电厂发电机定子青山电厂发电机定子24精品课件精品课件！25精品课件精品课件！26