同步電機的基本類型和基本結構

目 錄,下 頁,上 頁,退 出,第九章 同步電機的基本類型和基本結構,9,.1,同步電機的基本類型,9,.,2 同步電機的基本結構,9,.,3,同步電機的額定值及勵磁方式,9.1,同步電機的基本類型,9.1.1,同步電機的特點,通常三相同步電機的定子是電樞，在定子鐵心上開有槽，槽內安置三相繞組（圖中只畫出了一相），轉子上裝有磁極和勵磁繞組。當勵磁繞組通以直流電流后，轉子即建立恒定磁場。,式中 p電機的極對數(shù)；,n轉速，單位為r/min；,f頻率，單位為Hz。,1),作為發(fā)電機,，當用原動機拖動施轉時，定子導體由于與此磁場有相對運動而感生交流電動勢，,電動勢的頻率,:,電機的極對數(shù)、轉速一定，電機發(fā)出的交流電動動勢的頻率一定,極同步電機的構造原理圖,則需要在定子繞組上施以三相交流電壓，電機內部便產(chǎn)生一個旋轉磁場。,這時轉子繞組加上直流勵磁，則轉子將在定子旋轉磁場的帶動下，沿定子磁場的旋轉方向以相同的轉速旋轉,同步電機的特點,:,1),轉子的轉速n與電網(wǎng)頻率f之間具有固定不變的關系，轉速n稱為同步轉速。,2),若電網(wǎng)的頻率不變，則同步電機的轉速恒為常值而與負載的大小無關。,2),作為同步電動機運行,9,.,1.2 同步電機的基本類型,同步電機可以按運行方式和結構形式進行分類。,1）,按運行方式和功率轉換方式,同步電機,機械能轉換成電能,電能轉換為機械能,發(fā)電機,電動機,調相機,專門用來調節(jié)電網(wǎng)的無功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，在調相機內基本上不轉換有功功率。,2）,按結構形式,同步電機,小容量同步電機中得到某些應用,旋轉電樞式,旋轉磁極式,應用比較廣泛，并成為同步電機的基本結構形式,3）,旋轉磁極式結構,按照磁極的形狀又可分為隱極式和凸極式,隱極式,旋轉,磁極式,同步電機,凸極式,1定子 2凸極轉子 3隱極轉子 4集電環(huán),9.2,同步電機的基本,結構,機械端口,轉子,定子繞組,定子鐵心,電端口,A,B,C,1、汽輪發(fā)電機結構,定子鐵心,2、水輪發(fā)電機結構,(1)立式水輪發(fā)電機,(2)臥式水輪發(fā)電機,3）,水輪發(fā)電機結構轉子結構,10000kW水輪機轉子,4）,現(xiàn)場運行的水輪發(fā)電機,9.2.1 隱極,同步電機的,基本結構,本節(jié)以常見的旋轉磁極式同步電機為例，說明同步電機的基本結構,一）定子,隱極同步電機都采用臥式結構，有定子和轉子兩大部分,定子,：,由定子鐵心、定子繞組、機座、端蓋、擋風裝置等部件組成。,定子鐵心,：,由厚0.5mm的硅鋼片疊成，整個鐵心則固定于機座上。,定子鐵心的內圓槽內安放定子繞組。,二）轉子,轉子由轉子鐵心、勵磁繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)及風扇等部件組成,轉子鐵心,的,材料,：,既要求有良好的導磁性能，又需要有很高的機械強度一般都采用整塊的高機械強度和良好導磁性能的合金鋼鍛成，與轉軸鍛成一個整體,沿轉子鐵心表面銑有槽以安放,勵磁繞組,（見,右,圖）。由圖可見在一個極距內約有1/3部分沒有開槽，叫,大齒,。大齒的中心實際上就是,磁極中心,。,勵磁繞組,：,是由扁銅線繞成的同心式線圈。由于隱極電機轉束速很高，因此勵磁繞組在槽內需用不導磁高強度的硬鋁槽楔壓緊。端部套上用高強度非磁性鋼鍛成的護環(huán)。,隱極機的轉速較高，所以轉子的直徑較小而長度較長。,隱極發(fā)電機轉子鐵心,9.2.2,凸極同步電機的,基本結構,凸極同步電機,臥式結構,立式結構,除,立式結構,外的,絕大多數(shù)的凸極同步電機,低速、大容量的水輪發(fā)電機和大型水泵用的同步電動機,推力軸承裝在轉子上邊的上機架上，整個轉子是以一種懸吊狀態(tài)轉動轉動,推力軸承裝在轉子下邊的機架上，整個轉子是以一種被托架著的狀態(tài)轉動,懸式,傘式,懸式,傘式,1推力軸承 2導軸承,一）定子,定子結構一般和隱極同步電機相同,。,大容量的水輪發(fā)電機，由于定子直徑太大，通常把它分成幾瓣，分別制造后，再運到電站拼裝成一整體。,二）轉子,凸極同步電機的轉子主要由磁極、勵磁繞組和轉軸組成。,磁極,：,由厚1-15mm的鋼板沖成磁極沖片，用鉚釘裝成一體,磁極上套裝有勵磁繞組,勵磁繞組,：,由扁銅線繞成，各勵磁繞組串聯(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,勵磁繞組,磁極鐵心,阻尼繞組,磁極鋼板,T尾,阻尼繞組,9.3,同步電機的額定值及勵磁方式,9.3.1,同步電機的額定值,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。對發(fā)電機通過額定容量可確定額定電流，通過P,N,數(shù)可以確定配套原動機的容量。電動機的額定容量一般都用kW表示。調相機則用kVA表示。,2）額定電壓U,N,（單位為V）,電機在額定運行時定子三相的線電壓,3）額定電流I,N,（單位為A）,電機在額定運行時定子的線電流。,4）額定頻率f,N,我國標準工頻為50Hz。,5）額定功率因數(shù),。,6）額定轉速n,N,（單位為r/min）,。,7）額定勵磁電壓U,fN,和額定勵磁電流I,fN,。,8）額定溫升,。,9.3.2,勵磁方式簡介,勵磁電流,：,同步電機運行時，必須在勵磁繞組中通入,的,直流電流,勵磁方式,：,指同步電機獲得直流勵磁電流的方式,勵磁系統(tǒng)是同步電機的一個重要組成部分。它直接影響同步電機的運行可靠性和經(jīng)濟性，并對同步電機的運行特性如電壓主調整率、短路特性、過載能力等有重大影響。,同步電機的勵磁方式有以下幾種。,一、直流勵磁機勵磁系統(tǒng),勵磁系統(tǒng),：,供給勵磁電流的整個系統(tǒng),直流勵磁機一般與同步發(fā)電機同軸，由同一原動機施動。其本身所需勵磁電流通常由并勵方式供給。,直流勵磁機勵磁系統(tǒng)與外部交流電網(wǎng)無直接聯(lián)系，整個系統(tǒng)運行可靠且比較簡單，在中小型汽輪發(fā)電機中廣泛采用。,大容量的汽輪發(fā)電機不宜采用同軸直流勵磁機的勵磁方式。,二、靜止的交流整流勵磁系統(tǒng),靜止的交流整流勵磁系統(tǒng)可分為自勵式與他勵式兩種：,1、,他勵式靜止半導體勵磁系統(tǒng),副勵磁機也是交流發(fā)電機共勵磁電流在電機運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。,汽輪發(fā)電機的勵磁電流,由同軸交流主勵磁機發(fā)出的三相交流通過靜止的半導體硅整流器供給。,供給主勵磁機勵磁電流的是副勵磁機。,副勵磁機輸出的也是三相交流電，須由晶閘管整流后再供給主勵磁機。,同步發(fā)電機,主勵磁機,副勵磁機,他勵式靜止半導體勵磁系統(tǒng),2、自勵式靜止半導體勵磁系統(tǒng),自勵式靜止半導體勵磁,：,取消交流勵磁機，交流勵磁電源直接取自同步發(fā)電機本身,主發(fā)電機的勵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?靜止的交流整流勵磁系統(tǒng)沒有直流勵磁機的換向器火花等問題，運行維護方便，技術性能較好,國內外已廣泛使用。,同步發(fā)電機,整流變壓器,整流裝置,自勵式靜止半導體勵磁系統(tǒng),三、旋轉的交流整流勵磁系統(tǒng),旋轉,的,交流整流勵磁系統(tǒng),：,用一臺旋轉電樞式的交流主動磁機，和主發(fā)電機同軸聯(lián)接，半導體整流裝置安裝在主發(fā)電機轉子上，這樣就用固定聯(lián)接代替了電刷和滑環(huán)，因此又稱為,無刷勵磁。,主勵磁機的勵磁電流可由主發(fā)電機輸出端取得，也可通過同軸交流副勵磁機供給。,無刷勵磁優(yōu)點,：,整個勵磁系統(tǒng)沒有觸點，運行比較可靠，維護也比較方便。在國內外大型汽輪發(fā)電機中已廣泛采用。,旋轉部分,副勵磁機,旋轉電樞式主動磁機,半導體整流裝置,主發(fā)電機轉子勵磁繞組,四、三次諧波勵磁,同步發(fā)電機的氣隙磁通密度分布,，不可避免地存在三次諧波分量。這個諧波分量在同步發(fā)電機的電樞繞組內雖然感應出三次諧波電動勢，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勢，即不影響供電質量。,三次諧波勵磁系統(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，基波氣隙磁場在該繞組中的合成感應電動勢等于零。三次諧波磁場則在該繞組中感應一個三倍基波頻率的三次諧波電動勢。三次諧波勵磁就是將這個繞組中的三次諧波電動勢經(jīng)過半導體整流裝置后轉換為直流電流，再接到發(fā)電機的勵磁繞組。,三次諧波勵磁是一種自勵方式，它和直流發(fā)電機的電壓建立過程相同，由于磁路具有剩磁和飽和現(xiàn)象，所以能自勵并具有穩(wěn)定工作點。,三次諧波勵磁在單機運行的小型同步發(fā)電機中廣泛使用,