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1、目 錄,下 頁(yè),上 頁(yè),退 出,第九章 同步電機(jī)的基本類型和基本結(jié)構(gòu),9,.1,同步電機(jī)的基本類型,9,.,2 同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),9,.,3,同步電機(jī)的額定值及勵(lì)磁方式,9.1,同步電機(jī)的基本類型,9.1.1,同步電機(jī)的特點(diǎn),通常三相同步電機(jī)的定子是電樞，在定子鐵心上開有槽，槽內(nèi)安置三相繞組（圖中只畫出了一相），轉(zhuǎn)子上裝有磁極和勵(lì)磁繞組。當(dāng)勵(lì)磁繞組通以直流電流后，轉(zhuǎn)子即建立恒定磁場(chǎng)。,式中 p電機(jī)的極對(duì)數(shù)；,n轉(zhuǎn)速，單位為r/min；,f頻率，單位為Hz。,1),作為發(fā)電機(jī),，當(dāng)用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)施轉(zhuǎn)時(shí)，定子導(dǎo)體由于與此磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而感生交流電動(dòng)勢(shì)，,電動(dòng)勢(shì)的頻率,:,電機(jī)的極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)速一定，電
2、機(jī)發(fā)出的交流電動(dòng)動(dòng)勢(shì)的頻率一定,極同步電機(jī)的構(gòu)造原理圖,則需要在定子繞組上施以三相交流電壓，電機(jī)內(nèi)部便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,這時(shí)轉(zhuǎn)子繞組加上直流勵(lì)磁，則轉(zhuǎn)子將在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的帶動(dòng)下，沿定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),同步電機(jī)的特點(diǎn),:,1),轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n與電網(wǎng)頻率f之間具有固定不變的關(guān)系，轉(zhuǎn)速n稱為同步轉(zhuǎn)速。,2),若電網(wǎng)的頻率不變，則同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常值而與負(fù)載的大小無關(guān)。,2),作為同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,9,.,1.2 同步電機(jī)的基本類型,同步電機(jī)可以按運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類。,1）,按運(yùn)行方式和功率轉(zhuǎn)換方式,同步電機(jī),機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,發(fā)電機(jī),電動(dòng)機(jī),調(diào)相機(jī),專門用來
3、調(diào)節(jié)電網(wǎng)的無功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，在調(diào)相機(jī)內(nèi)基本上不轉(zhuǎn)換有功功率。,2）,按結(jié)構(gòu)形式,同步電機(jī),小容量同步電機(jī)中得到某些應(yīng)用,旋轉(zhuǎn)電樞式,旋轉(zhuǎn)磁極式,應(yīng)用比較廣泛，并成為同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式,3）,旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu),按照磁極的形狀又可分為隱極式和凸極式,隱極式,旋轉(zhuǎn),磁極式,同步電機(jī),凸極式,1定子 2凸極轉(zhuǎn)子 3隱極轉(zhuǎn)子 4集電環(huán),9.2,同步電機(jī)的基本,結(jié)構(gòu),機(jī)械端口,轉(zhuǎn)子,定子繞組,定子鐵心,電端口,A,B,C,1、汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu),定子鐵心,2、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu),(1)立式水輪發(fā)電機(jī),(2)臥式水輪發(fā)電機(jī),3）,水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子,4）,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的水輪發(fā)
4、電機(jī),9.2.1 隱極,同步電機(jī)的,基本結(jié)構(gòu),本節(jié)以常見的旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)為例，說明同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),一）定子,隱極同步電機(jī)都采用臥式結(jié)構(gòu)，有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分,定子,：,由定子鐵心、定子繞組、機(jī)座、端蓋、擋風(fēng)裝置等部件組成。,定子鐵心,：,由厚0.5mm的硅鋼片疊成，整個(gè)鐵心則固定于機(jī)座上。,定子鐵心的內(nèi)圓槽內(nèi)安放定子繞組。,二）轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、勵(lì)磁繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)及風(fēng)扇等部件組成,轉(zhuǎn)子鐵心,的,材料,：,既要求有良好的導(dǎo)磁性能，又需要有很高的機(jī)械強(qiáng)度一般都采用整塊的高機(jī)械強(qiáng)度和良好導(dǎo)磁性能的合金鋼鍛成，與轉(zhuǎn)軸鍛成一個(gè)整體,沿轉(zhuǎn)子鐵心表面銑有槽以安放,勵(lì)磁繞組,（見,右,圖
5、）。由圖可見在一個(gè)極距內(nèi)約有1/3部分沒有開槽，叫,大齒,。大齒的中心實(shí)際上就是,磁極中心,。,勵(lì)磁繞組,：,是由扁銅線繞成的同心式線圈。由于隱極電機(jī)轉(zhuǎn)束速很高，因此勵(lì)磁繞組在槽內(nèi)需用不導(dǎo)磁高強(qiáng)度的硬鋁槽楔壓緊。端部套上用高強(qiáng)度非磁性鋼鍛成的護(hù)環(huán)。,隱極機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，所以轉(zhuǎn)子的直徑較小而長(zhǎng)度較長(zhǎng)。,隱極發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心,9.2.2,凸極同步電機(jī)的,基本結(jié)構(gòu),凸極同步電機(jī),臥式結(jié)構(gòu),立式結(jié)構(gòu),除,立式結(jié)構(gòu),外的,絕大多數(shù)的凸極同步電機(jī),低速、大容量的水輪發(fā)電機(jī)和大型水泵用的同步電動(dòng)機(jī),推力軸承裝在轉(zhuǎn)子上邊的上機(jī)架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子是以一種懸吊狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng),推力軸承裝在轉(zhuǎn)子下邊的機(jī)架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子是以一種被
6、托架著的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng),懸式,傘式,懸式,傘式,1推力軸承 2導(dǎo)軸承,一）定子,定子結(jié)構(gòu)一般和隱極同步電機(jī)相同,。,大容量的水輪發(fā)電機(jī)，由于定子直徑太大，通常把它分成幾瓣，分別制造后，再運(yùn)到電站拼裝成一整體。,二）轉(zhuǎn)子,凸極同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由磁極、勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)軸組成。,磁極,：,由厚1-15mm的鋼板沖成磁極沖片，用鉚釘裝成一體,磁極上套裝有勵(lì)磁繞組,勵(lì)磁繞組,：,由扁銅線繞成，各勵(lì)磁繞組串聯(lián)后接到集電環(huán)上,磁極的極靴上一般還裝有阻尼繞組。,阻尼繞組,：,由插入極靴阻尼槽內(nèi)的裸銅條和端部銅環(huán)焊接而成,磁極固定在磁軛上，,磁軛,常用整塊鋼板或鑄鋼做成,勵(lì)磁繞組,磁極鐵心,阻尼繞組,磁極鋼板,T尾,阻
7、尼繞組,9.3,同步電機(jī)的額定值及勵(lì)磁方式,9.3.1,同步電機(jī)的額定值,1）額定容量S,N,（單位為kVA）或額定功率P,N,（單位為kW）,指南輸出功率的保證值。對(duì)發(fā)電機(jī)通過額定容量可確定額定電流，通過P,N,數(shù)可以確定配套原動(dòng)機(jī)的容量。電動(dòng)機(jī)的額定容量一般都用kW表示。調(diào)相機(jī)則用kVA表示。,2）額定電壓U,N,（單位為V）,電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子三相的線電壓,3）額定電流I,N,（單位為A）,電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流。,4）額定頻率f,N,我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz。,5）額定功率因數(shù),。,6）額定轉(zhuǎn)速n,N,（單位為r/min）,。,7）額定勵(lì)磁電壓U,fN,和額定勵(lì)磁電流I,fN,。
8、,8）額定溫升,。,9.3.2,勵(lì)磁方式簡(jiǎn)介,勵(lì)磁電流,：,同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須在勵(lì)磁繞組中通入,的,直流電流,勵(lì)磁方式,：,指同步電機(jī)獲得直流勵(lì)磁電流的方式,勵(lì)磁系統(tǒng)是同步電機(jī)的一個(gè)重要組成部分。它直接影響同步電機(jī)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性，并對(duì)同步電機(jī)的運(yùn)行特性如電壓主調(diào)整率、短路特性、過載能力等有重大影響。,同步電機(jī)的勵(lì)磁方式有以下幾種。,一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng),勵(lì)磁系統(tǒng),：,供給勵(lì)磁電流的整個(gè)系統(tǒng),直流勵(lì)磁機(jī)一般與同步發(fā)電機(jī)同軸，由同一原動(dòng)機(jī)施動(dòng)。其本身所需勵(lì)磁電流通常由并勵(lì)方式供給。,直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)與外部交流電網(wǎng)無直接聯(lián)系，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠且比較簡(jiǎn)單，在中小型汽輪發(fā)電機(jī)中廣泛采用。,大
9、容量的汽輪發(fā)電機(jī)不宜采用同軸直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式。,二、靜止的交流整流勵(lì)磁系統(tǒng),靜止的交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)可分為自勵(lì)式與他勵(lì)式兩種：,1、,他勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng),副勵(lì)磁機(jī)也是交流發(fā)電機(jī)共勵(lì)磁電流在電機(jī)運(yùn)行之初由外界直流電源供給，待建立輸出電壓后則改為自勵(lì)。,汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流,由同軸交流主勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的三相交流通過靜止的半導(dǎo)體硅整流器供給。,供給主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的是副勵(lì)磁機(jī)。,副勵(lì)磁機(jī)輸出的也是三相交流電，須由晶閘管整流后再供給主勵(lì)磁機(jī)。,同步發(fā)電機(jī),主勵(lì)磁機(jī),副勵(lì)磁機(jī),他勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng),2、自勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng),自勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁,：,取消交流勵(lì)磁機(jī)，交流勵(lì)磁電源直接取自同步發(fā)
10、電機(jī)本身,主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流以由整流變壓器取自自身輸出端，經(jīng)過三相晶閘管整流后變?yōu)橹绷麟姟?靜止的交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)沒有直流勵(lì)磁機(jī)的換向器火花等問題，運(yùn)行維護(hù)方便，技術(shù)性能較好,國(guó)內(nèi)外已廣泛使用。,同步發(fā)電機(jī),整流變壓器,整流裝置,自勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng),三、旋轉(zhuǎn)的交流整流勵(lì)磁系統(tǒng),旋轉(zhuǎn),的,交流整流勵(lì)磁系統(tǒng),：,用一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電樞式的交流主動(dòng)磁機(jī)，和主發(fā)電機(jī)同軸聯(lián)接，半導(dǎo)體整流裝置安裝在主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，這樣就用固定聯(lián)接代替了電刷和滑環(huán)，因此又稱為,無刷勵(lì)磁。,主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流可由主發(fā)電機(jī)輸出端取得，也可通過同軸交流副勵(lì)磁機(jī)供給。,無刷勵(lì)磁優(yōu)點(diǎn),：,整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)沒有觸點(diǎn)，運(yùn)行比較可靠，維護(hù)也比較
11、方便。在國(guó)內(nèi)外大型汽輪發(fā)電機(jī)中已廣泛采用。,旋轉(zhuǎn)部分,副勵(lì)磁機(jī),旋轉(zhuǎn)電樞式主動(dòng)磁機(jī),半導(dǎo)體整流裝置,主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組,四、三次諧波勵(lì)磁,同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁通密度分布,，不可避免地存在三次諧波分量。這個(gè)諧波分量在同步發(fā)電機(jī)的電樞繞組內(nèi)雖然感應(yīng)出三次諧波電動(dòng)勢(shì)，但經(jīng)過三相聯(lián)接，電樞繞組輸出線上并不存在三次諧波電動(dòng)勢(shì)，即不影響供電質(zhì)量。,三次諧波勵(lì)磁系統(tǒng),：,利用三次諧波磁通密度，在定子槽中專門嵌放一套三次諧波繞組，其節(jié)距取極距的1/3，基波氣隙磁場(chǎng)在該繞組中的合成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零。三次諧波磁場(chǎng)則在該繞組中感應(yīng)一個(gè)三倍基波頻率的三次諧波電動(dòng)勢(shì)。三次諧波勵(lì)磁就是將這個(gè)繞組中的三次諧波電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過半導(dǎo)體整流裝置后轉(zhuǎn)換為直流電流，再接到發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。,三次諧波勵(lì)磁是一種自勵(lì)方式，它和直流發(fā)電機(jī)的電壓建立過程相同，由于磁路具有剩磁和飽和現(xiàn)象，所以能自勵(lì)并具有穩(wěn)定工作點(diǎn)。,三次諧波勵(lì)磁在單機(jī)運(yùn)行的小型同步發(fā)電機(jī)中廣泛使用,
同步電機(jī)的基本類型和基本結(jié)構(gòu)
