发电机工作原理..ppt

目录 l水轮发电轮发电 机工作原理 l水轮发电 机电磁设计 l水轮发电 机的运行 l水轮发电 机通风冷却 三相交流凸极同步电机 • 定子铁芯 定子线圈 定、转子间 空气隙 磁极铁芯 磁极线圈 转子磁轭 定子 转子 水轮发电机工作原理 磁轭冲片 磁极冲片 磁极线圈 阻尼绕组 磁极 转子产生磁场 • 转子： – 2p个磁极 – 磁路 • 转速和频率： – 从定子侧看，磁 场的变化频率为 f – 那么每分钟机械转速 n 为 电压的产生 N S N S Rotation S S N N U1 U 2 U 时间t 1 2 定子线圈 磁极 • 定子线圈 – 转子旋转时，从定子线圈 侧可以看到随时间变化的 磁场 – 感应电压（如图示的两个 线圈U1, U2 ）的频率为： n: 机械转速 (转/分钟) f: 电网频率 (Hz) p: 磁极对数 三相交流系统 •定子线圈分成三个不同的相带 (U, V, W) – 沿圆周分布 – 空间上相错 2/3 个极距 – 感应电压在时间上相差 120° 电角度 电压 U 时间 t 123 UVW 定子绕组的旋转磁场 •定子绕组的电枢反应 –电机并网时，也产生三相电流系统 (U,V,W) –电流在时间上相差 120° 电角度 –如同转子，定子产生一个旋转磁场，与电网频 率n =60 f / p 同步旋转 电流I 时间 t 123 定、转子合成磁场 • 定、转子磁场相互耦合形成了合成磁场 • 等效模型： – 耦合磁体 – “齿轮 NSNS 定子磁场 NSNS 转子磁场 转矩的产生 – Maxwell 应力 • 磁力线形成的力（磁拉力 ）依据计算公式： 空载时 定子线圈内没有电流 磁力线和磁拉力沿径向对称分布 没有切向应力  没有转矩 空载运行 No Stator Field NSNS Rotor 没有定子磁场 NSNS Rotor NSNS 转子 转矩的产生 – 带负荷运行时 • 带负荷运行时 – 定子电流产生磁场波以同步转速旋转 – 定子磁场干扰了原来的对称磁力线 – 不对称磁场分布也就产生了切向磁力 线和切向磁拉力 – 转矩产生了 负载运行 NSN 定子磁场 NSNS Rotor NSNS 转子 不同运行方式下的模型 • 运行方式 – 空载: 径向磁力线, 没有转矩 – 电动机运行: 定子磁场 “拉着” 转子磁场 (驱动转矩) – 发电机运行: 转子磁场 “拉着”定子磁场 (制动转矩) • 失步 – 磁力线不能 “约束” 磁拉力 空载 电动机运行 发电机运行 l水轮发电 机工作原理 l水轮发电轮发电 机电电磁设计设计 l水轮发电 机的运行 l水轮发电 机通风冷却 水轮发电机电磁设计 1. 额定容量：以视在功率SN（kVA）或有功功率PN（kW）表示； 2. 额定功率因数cosN： PN= SN cosN ，QN= SN sinN 一般发电机功率因数 0.8～0.9（滞后），贯流发电机0.9～0.95（滞后）。

3. 额定电压UN：指线电压（V或kV）按国家标准，发电机标准电压：3.15kV， 6.3kV，10.5kV，13.8kV，15.75kV，18kV，20kV和24kV等 4. 相数及相间连接：一般都采用三相星形连接（无三次谐波） P＝U  I U V W 三相星形连接 U V 三相三角形连接 W 中性点 机端 UN U2 V2 W2 U2 V2 W2 S P Q j 有功功率 无功功率 视在功率 p u,i 5. 额定频率fN（Hz）：我国电网标准频率为50Hz ,额定转速nN（r/min）：按水轮机由额定转速nN和额定频率 fN 确定同步电机的极对数 p=60 fN / nN 6.飞逸转速nr（r/min）：按水轮机 7.飞轮力矩GD2（tm2）：由电电力系统稳定性和水轮机调保计算确定 8. 短路比 Kcc：由电力系统对发电机的静态稳定度要求提出 9. 纵轴瞬变电抗X’d（标么值）：由电电力系统对发电机的动态稳定度要求提出 10. 纵轴超瞬变电抗X”d （标么值）：限制发电机短路冲击电流倍数 11. 额定效率N （%）或加权平均效率 （%）： 12. 定、转子绕组及定子铁芯温升（K）：由绝缘结构的耐热等级决定。

F级绝缘温度限制为155C温升指绝缘温度 与冷却介质的温度（一般为40C ）差 13.机坑直径尺寸（mm）限制 14.起吊设备能力（t）限制 15.运输尺寸重量（m3，t）限制 与电磁设计相关联的发电机振动问题 • 定子的100Hz频率的零节点振动：由电网电压不平衡产 生的负序电流造成 • 定子的分数次谐波振动：发电机采用不恰当的分数槽绕 组和绕组接线 • 发电机有功输出功率大幅波动：发电机固有频率（扭振 频率）与水轮机尾水脉振频率产生共振造成对额定转 速为300r/min左右的水轮发电机组，在水轮机部分出力 （50～80％）下可能产生 水轮发电机通风冷却 Cooling Water 无风扇磁轭通风系统（空冷） 带风扇的轴-径向通风系统（空冷） Cooling Water 半水内冷系统 （定子绕组水内冷，转子绕 组、定子铁芯空气冷却） Cooling Water Cooling Water Cooling Water 全水内冷系统 （定子绕组、转子绕组、 定子铁芯全部水内冷） l水轮发电 机工作原理 l水轮发电 机电磁设计 l水轮发电轮发电 机的运行 l水轮发电 机通风冷却 水轮发电机的运行 功率特性曲线（功率圆图） 转子温升限制线 无功功 率 有功功率 失励圆 励磁电流 运行区域 定子温升限制线 实际稳定极限限制线 无功功率 有功功率 励磁电流 功率增加 功率调节 有功功率：仅由水轮机调节 无功功率：由励磁电流调节 事故：机端三相（或两相）突然短路 G 事故：半数磁极短路 － 突然短路电流（定子绕组） － 短路扭矩（定子基础） － 线棒端部和铜环引线支架受力 － 磁拉力（转子承受，导轴承，上机架基础） － 快速灭磁有利于减小最大磁拉力 事故：失磁异步运行 － 定子绕组短时电流（约10s） － 定子绕组过热，绝缘损坏 － 转子失步，阻尼绕组损坏 NSN 定子磁场 NSNS Rotor NSNS 转子 NSN 定子磁场 转子 。