同步电机的基本类型和基本结构
第九章 同步电机的基本类型和基本结构,9.1 同步电机的基本类型,9.2 同步电机的基本结构,9.3 同步电机的额定值及励磁方式,9.1 同步电机的基本类型,9.1.1 同步电机的特点,通常三相同步电机的定子是电枢，在定子铁心上开有槽，槽内安置三相绕组（图中只画出了一相），转子上装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通以直流电流后，转子即建立恒定磁场。,式中 p电机的极对数； n转速，单位为r/min； f频率，单位为Hz。,1) 作为发电机，当用原动机拖动施转时，定子导体由于与此磁场有相对运动而感生交流电动势， 电动势的频率:,电机的极对数、转速一定，电机发出的交流电动动势的频率一定,则需要在定子绕组上施以三相交流电压，电机内部便产生一个旋转磁场。 这时转子绕组加上直流励磁，则转子将在定子旋转磁场的带动下，沿定子磁场的旋转方向以相同的转速旋转,同步电机的特点: 1)转子的转速n与电网频率f之间具有固定不变的关系，转速n称为同步转速。 2)若电网的频率不变，则同步电机的转速恒为常值而与负载的大小无关。,2) 作为同步电动机运行,9.1.2 同步电机的基本类型,同步电机可以按运行方式和结构形式进行分类。,1）按运行方式和功率转换方式,同步电机,2）按结构形式,同步电机,3） 旋转磁极式结构,按照磁极的形状又可分为隐极式和凸极式,9.2 同步电机的基本结构,1、汽轮发电机结构,定子铁心,2、水轮发电机结构,(1)立式水轮发电机,(2)卧式水轮发电机,3）水轮发电机结构转子结构,10000kW水轮机转子,4）现场运行的水轮发电机,9.2.1 隐极同步电机的基本结构,本节以常见的旋转磁极式同步电机为例，说明同步电机的基本结构,一）定子,隐极同步电机都采用卧式结构，有定子和转子两大部分,定子：由定子铁心、定子绕组、机座、端盖、挡风装置等部件组成。 定子铁心：由厚0.5mm的硅钢片叠成，整个铁心则固定于机座上。 定子铁心的内圆槽内安放定子绕组。,二）转子,转子由转子铁心、励磁绕组、护环、中心环、滑环及风扇等部件组成,转子铁心的材料：既要求有良好的导磁性能，又需要有很高的机械强度一般都采用整块的高机械强度和良好导磁性能的合金钢锻成，与转轴锻成一个整体,沿转子铁心表面铣有槽以安放励磁绕组（见右图）。由图可见在一个极距内约有1/3部分没有开槽，叫大齿。大齿的中心实际上就是磁极中心。,励磁绕组：是由扁铜线绕成的同心式线圈。由于隐极电机转束速很高，因此励磁绕组在槽内需用不导磁高强度的硬铝槽楔压紧。端部套上用高强度非磁性钢锻成的护环。,隐极机的转速较高，所以转子的直径较小而长度较长。,隐极发电机转子铁心,9.2.2 凸极同步电机的基本结构,凸极同步电机,推力轴承装在转子上边的上机架上，整个转子是以一种悬吊状态转动转动,推力轴承装在转子下边的机架上，整个转子是以一种被托架着的状态转动,一）定子,定子结构一般和隐极同步电机相同。 大容量的水轮发电机，由于定子直径太大，通常把它分成几瓣，分别制造后，再运到电站拼装成一整体。,二）转子,凸极同步电机的转子主要由磁极、励磁绕组和转轴组成。,磁极：由厚1-15mm的钢板冲成磁极冲片，用铆钉装成一体 磁极上套装有励磁绕组 励磁绕组：由扁铜线绕成，各励磁绕组串联后接到集电环上,磁极的极靴上一般还装有阻尼绕组。阻尼绕组：由插入极靴阻尼槽内的裸铜条和端部铜环焊接而成,磁极固定在磁轭上，磁轭常用整块钢板或铸钢做成,9.3 同步电机的额定值及励磁方式,9.3.1 同步电机的额定值,1）额定容量SN（单位为kV·A）或额定功率PN（单位为kW）指南输出功率的保证值。对发电机通过额定容量可确定额定电流，通过PN数可以确定配套原动机的容量。电动机的额定容量一般都用kW表示。调相机则用kV·A表示。 2）额定电压UN（单位为V） 电机在额定运行时定子三相的线电压 3）额定电流IN（单位为A） 电机在额定运行时定子的线电流。 4）额定频率fN 我国标准工频为50Hz。 5）额定功率因数。 6）额定转速nN（单位为r/min）。 7）额定励磁电压UfN和额定励磁电流IfN。 8）额定温升。,9.3.2 励磁方式简介,励磁电流：同步电机运行时，必须在励磁绕组中通入的直流电流,励磁方式：指同步电机获得直流励磁电流的方式,励磁系统是同步电机的一个重要组成部分。它直接影响同步电机的运行可靠性和经济性，并对同步电机的运行特性如电压主调整率、短路特性、过载能力等有重大影响。,同步电机的励磁方式有以下几种。,一、直流励磁机励磁系统,励磁系统：供给励磁电流的整个系统,直流励磁机一般与同步发电机同轴，由同一原动机施动。其本身所需励磁电流通常由并励方式供给。,直流励磁机励磁系统与外部交流电网无直接联系，整个系统运行可靠且比较简单，在中小型汽轮发电机中广泛采用。,大容量的汽轮发电机不宜采用同轴直流励磁机的励磁方式。,二、静止的交流整流励磁系统,静止的交流整流励磁系统可分为自励式与他励式两种：,1、 他励式静止半导体励磁系统,2、自励式静止半导体励磁系统,自励式静止半导体励磁：取消交流励磁机，交流励磁电源直接取自同步发电机本身,主发电机的励磁电流以由整流变压器取自自身输出端，经过三相晶闸管整流后变为直流电。,静止的交流整流励磁系统没有直流励磁机的换向器火花等问题，运行维护方便，技术性能较好 国内外已广泛使用。,三、旋转的交流整流励磁系统,旋转的交流整流励磁系统：用一台旋转电枢式的交流主动磁机，和主发电机同轴联接，半导体整流装置安装在主发电机转子上，这样就用固定联接代替了电刷和滑环，因此又称为无刷励磁。,主励磁机的励磁电流可由主发电机输出端取得，也可通过同轴交流副励磁机供给。,无刷励磁优点：整个励磁系统没有触点，运行比较可靠，维护也比较方便。在国内外大型汽轮发电机中已广泛采用。,四、三次谐波励磁,同步发电机的气隙磁通密度分布，不可避免地存在三次谐波分量。这个谐波分量在同步发电机的电枢绕组内虽然感应出三次谐波电动势，但经过三相联接，电枢绕组输出线上并不存在三次谐波电动势，即不影响供电质量。,三次谐波励磁系统：利用三次谐波磁通密度，在定子槽中专门嵌放一套三次谐波绕组，其节距取极距的1/3，基波气隙磁场在该绕组中的合成感应电动势等于零。三次谐波磁场则在该绕组中感应一个三倍基波频率的三次谐波电动势。三次谐波励磁就是将这个绕组中的三次谐波电动势经过半导体整流装置后转换为直流电流，再接到发电机的励磁绕组。,三次谐波励磁是一种自励方式，它和直流发电机的电压建立过程相同，由于磁路具有剩磁和饱和现象，所以能自励并具有稳定工作点。,三次谐波励磁在单机运行的小型同步发电机中广泛使用,
