福州大学电机学同步电机的基本结构和工作原理.pptx

第四篇第四篇 同同 步步 电电 机机第十五章第十五章 同步电机的基本结构和工作原理同步电机的基本结构和工作原理电气工程与自动化学院主讲 黄灿水2016.3配套教材：配套教材：电机学电机学，林荣文（福州大学），中国电力出版社，林荣文（福州大学），中国电力出版社，2014.1第十五章第十五章 同步电机的基本结构和工作原理同步电机的基本结构和工作原理 15.1 15.1 同步电机的基本结构形式同步电机的基本结构形式 15.2 15.2 同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理 15.3 15.3 同步电机的励磁系统同步电机的励磁系统 15.4 15.4 同步电机的额定值同步电机的额定值目 录第一节第一节 同步电机的基本结构形式同步电机的基本结构形式1 1、基本特点、基本特点 根据根据电磁感应电磁感应原理工作的原理工作的交流旋转交流旋转电机电机 转子转速固定为转子转速固定为同步转速同步转速2 2、主要用途、主要用途 主要作主要作发电机发电机 电动机（无需调速、低速大功率机械、改善功率因数）电动机（无需调速、低速大功率机械、改善功率因数）补偿机（空转的同步电动机，向电网输送无功功率）补偿机（空转的同步电动机，向电网输送无功功率）当f=50Hz时，p=1、2、3、4、5 则：n=n1=3000、1500、1000、750、6003、结构形式分类：、结构形式分类：A、旋转磁极式、旋转磁极式 电枢：高电压、大电流，装在定子便于引出电枢：高电压、大电流，装在定子便于引出磁极磁极(励磁励磁)：电流小，通过电刷可以引入转子：电流小，通过电刷可以引入转子定子定子转子转子气隙气隙B、旋转电枢式、旋转电枢式 用于小容量或特殊用途同步电机用于小容量或特殊用途同步电机如同步电机的交流励磁机如同步电机的交流励磁机定子定子转子转子气隙气隙一、定子一、定子 （同一般的交流电机相似；尺寸大，常采用拼装）（同一般的交流电机相似；尺寸大，常采用拼装）组成：组成：铁芯、绕组、机座及其他部件铁芯、绕组、机座及其他部件 0.35 0.35或或0.5mm0.5mm硅钢片，叠压硅钢片，叠压定子铁心定子铁心 由扇型片拼成省材，便于运输由扇型片拼成，省材，便于运输矩形开口槽矩形开口槽,径向径向,轴向通风道轴向通风道定子绕组定子绕组三相对称双层绕组三相对称双层绕组(电枢）电枢）扁铜线绕制而成扁铜线绕制而成,采用成型线圈采用成型线圈机机 座座用钢板焊接而成用钢板焊接而成其他部件其他部件隔振结构、电刷等隔振结构、电刷等隐极机定子(隐)内定子插入外机座(隐)外机座加工凸极机定子机座二、转子二、转子1 1、隐极式转子结构（汽轮发电机）、隐极式转子结构（汽轮发电机）u最大直径限制在最大直径限制在1m左右左右u细长型：增大长度来增大容量（细长型：增大长度来增大容量（l/D=2.56.5)u材料：良好导磁的合金钢锻成材料：良好导磁的合金钢锻成u其它部件：转轴、风扇、集电环其它部件：转轴、风扇、集电环u大齿：小齿大齿：小齿=1：22 2、凸极式转子结构、凸极式转子结构(水轮发电机）水轮发电机）吊装中的水轮发电机转子(320MW)u结构：凸极、极靴、阻尼绕组、转子支架结构：凸极、极靴、阻尼绕组、转子支架u粗短型：直径大（粗短型：直径大（10m）u安装：悬式、伞式安装：悬式、伞式(见下图见下图)2 2、凸极式转子结构、凸极式转子结构(水轮发电机）水轮发电机）阻尼绕组的作用：阻尼绕组的作用：抑制转子机械振荡；抑制转子机械振荡；启动绕组；启动绕组；消除不对称运行的影响。消除不对称运行的影响。a a、悬式：、悬式：优优减小振动和增加机械稳定性，用于高速减小振动和增加机械稳定性，用于高速 缺缺轴向高度大，投资成本高轴向高度大，投资成本高b b、伞式：、伞式：优优减小电机的轴向高度和厂房高度，节约投资减小电机的轴向高度和厂房高度，节约投资 缺缺机械稳定性稍差，用于低速机械稳定性稍差，用于低速2 2、凸极式转子结构、凸极式转子结构(水轮发电机）水轮发电机）三、端盖和轴承三、端盖和轴承端盖：端盖：将电机本体两端封闭起来，与机座、定子将电机本体两端封闭起来，与机座、定子铁芯和转子一起构成完整的通风系统。铁芯和转子一起构成完整的通风系统。采用无磁性硅铝合金浇铸，减少涡流和磁采用无磁性硅铝合金浇铸，减少涡流和磁滞损耗滞损耗轴承轴承：（隐）承受巨大转子重量和离心力，采用没膜（隐）承受巨大转子重量和离心力，采用没膜液体润滑座式轴承；液体润滑座式轴承；（凸）推力轴承承受旋转部分的重量及水轮机（凸）推力轴承承受旋转部分的重量及水轮机的轴向推力，是凸极机制造关键技术。的轴向推力，是凸极机制造关键技术。NSNS+NS+隐极式隐极式（Salient-pole）凸极式凸极式（Cylindrical-Rotor）类型类型隐极式隐极式凸极式凸极式定子定子铁芯铁芯+三相对称绕组三相对称绕组铁芯铁芯+三相对称绕组三相对称绕组转子磁极转子磁极细长圆柱形，圆周上铣有细长圆柱形，圆周上铣有大齿、小齿（大齿、小齿（1 1：2 2）矮胖凸极形状矮胖凸极形状转子绕组转子绕组分布分布集中集中气隙气隙均匀均匀极弧下小、极间大极弧下小、极间大速度速度离心力小离心力小高速高速离心力大离心力大低速低速应用应用汽轮发电机（汽轮发电机（p2)p2)水轮发电机水轮发电机(p3)(p3)总结对比总结对比电枢磁场电枢磁场(交流励磁的旋转磁场交流励磁的旋转磁场)转子磁极磁场转子磁极磁场(直流励磁的机械旋转磁场直流励磁的机械旋转磁场)思考：区别（产生机理、转速、分布）？思考：区别（产生机理、转速、分布）？一、两种旋转磁场一、两种旋转磁场第二节第二节 同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理二、基本工作原理二、基本工作原理A、同步发电机、同步发电机原动机拖动转子转子磁场切割定子绕组感应三相交流电势转子加直流励磁定子定子铁芯铁芯电枢绕组电枢绕组(交流交流)转子转子铁芯铁芯励磁绕组励磁绕组(直流直流)相电势大小：相电势大小：频率频率：B B、同步电动机：、同步电动机：定子：定子：三相绕组通入三相交流电三相绕组通入三相交流电产生电枢旋转磁场产生电枢旋转磁场转子：转子：磁极的励磁绕组通入直流电产生转子磁场磁极的励磁绕组通入直流电产生转子磁场定子、转子定子、转子相互吸引，转子跟随定子旋转磁场旋转相互吸引，转子跟随定子旋转磁场旋转 可见：可见：无论是同步发电机还是同步电动机，恒有：无论是同步发电机还是同步电动机，恒有：同步电机的三种运行方式同步电机的三种运行方式:转子磁场转子磁场Ff超前超前于电枢磁场于电枢磁场FaTe与与n1反向反向转子磁场转子磁场Ff滞后滞后于电枢磁场于电枢磁场FaTe与与n1同向同向第三节第三节 同步发电机的励磁系统同步发电机的励磁系统励磁系统励磁系统为同步电机提供励磁电流为同步电机提供励磁电流(直流直流)的整个系统的整个系统 一、励磁系统应满足的条件一、励磁系统应满足的条件:能稳定提供发电机从空载到满载能稳定提供发电机从空载到满载(及过载及过载)所需的所需的I If f当电网电压减小时当电网电压减小时,能快速强行励磁能快速强行励磁,提高系统稳定性提高系统稳定性.发电机突然甩负荷时能快速减磁，限制电压过高发电机突然甩负荷时能快速减磁，限制电压过高当电机内部发生短路故障时当电机内部发生短路故障时,能快速灭磁能快速灭磁.多台并联运行时，能够成组配合调节无功功率多台并联运行时，能够成组配合调节无功功率.直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统交流励磁机整流励磁系统交流励磁机整流励磁系统 静止整流励磁静止整流励磁旋转整流励磁旋转整流励磁二、励磁系统分类二、励磁系统分类直流励磁机与同步发电机同轴直流励磁机与同步发电机同轴最常用直流最常用直流并励并励发电机发电机;也有采用也有采用它励它励直流发电机直流发电机一般带有自动电压调节器一般带有自动电压调节器(AVR)(AVR)1 1、直流励磁机励磁系统、直流励磁机励磁系统注：红色为转动部件注：红色为转动部件2 2、交流励磁机整流励磁系统、交流励磁机整流励磁系统1 1）静止整流励磁系统）静止整流励磁系统(他励他励)交流励磁机与整流装置相配合交流励磁机与整流装置相配合又可分为静止整流励磁和旋转整流励磁又可分为静止整流励磁和旋转整流励磁无电刷和集电环，系统运行可靠，励磁容量高无电刷和集电环，系统运行可靠，励磁容量高 2 2）旋转整流励磁系统）旋转整流励磁系统(无刷励磁系统无刷励磁系统)主励磁机采用旋转电枢式三相同步发电机主励磁机采用旋转电枢式三相同步发电机无电刷和集电环，运行可靠，适用于防燃防爆场合无电刷和集电环，运行可靠，适用于防燃防爆场合但灭磁时间常数大，转子绕组保护困难但灭磁时间常数大，转子绕组保护困难额定容量额定容量S SN N(或功率或功率P PN N)：额定运行时的：额定运行时的输出容量（或功率）输出容量（或功率）额定电压额定电压U UN N 额定运行时的额定运行时的电枢绕组线电压电枢绕组线电压 额定电流额定电流I IN N 额定运行时的额定运行时的电枢绕组线电流电枢绕组线电流 额定功率因数额定功率因数coscosN N额定运行时额定运行时电枢绕组功率因数电枢绕组功率因数 额定频率额定频率f fN N 我国标准工频我国标准工频50Hz50Hz额定转速额定转速n nN N 即为同步转速（即为同步转速（r/minr/min）额定效率额定效率N N（发电机：发电机：)（电动机：电动机：)额定励磁电压额定励磁电压U UfNfN和额定励磁电流和额定励磁电流I IfNfN第四节第四节 同步电机的额定值同步电机的额定值