同步发电机的基本工作原理及其分类

一、同步电机基本工作原理 二、分类

1.旋转磁极式 定子-放置三相交流绕组

转子-放置励磁绕组(主磁极) 凸极式 隐极式 2旋转电枢式 定子-放置励磁绕组(主磁极)

转子-放置三相交流绕组(需三个滑环引出或引入三相电流)

三、同步电机基本结构

(一)隐极同步电机(以汽论发电机为例)

特点:转速高 为保证频率f=50Hz,则发电机的极对数P少

(一般为二极,2P=2)

离心力大,需细长转子(隐极式)

0.5mm硅钢片叠压而成

定子铁心 大型电机由扇型片拼成圆形 1. 定子 矩形开口槽,径向,轴向通风道

定子绕组-三相双层绕组,扁铜线绕制而成,采用成型线圈 外壳-用钢板焊接而成

2. 转子 (1)由合金钢锻成,与转轴制成一个整体,外园开槽,大齿和小齿 (2)励磁绕组为同心式绕组

(3)采用高强度铝合金槽楔,端部采用保护环固定

3.滑环(集电环)与电刷装置

(二)凸极同步电机(以水轮发电机为例)

特点:转速低 为保证f=50Hz,则需发电机的极对数P增大 为保证放置P对磁极,则需转子的直径大. 1.定子 : 定子铁心-硅钢片叠成,直径可达20多米,矩形开口槽.

定子绕组-双层绕组

2.转子: 凸极式铁心由厚钢板叠成 励磁绕组由扁铜线绕制而成

阻尼绕组(起动绕组)-由铜条和端环构成,用于同步电动机异步起动. 四、同步电机的运行状态

1. 稳态运行情况下,定转子磁场相对静止

2. 功率角δ-定子合成磁场轴线与主极磁场(转子磁场)轴线之间夹角.(用电角度表示) 3. 三种运行状态

(1)发电机运行

① 物理过程:直流电流→电刷→滑环→励磁绕组→磁场

原动机拖动转子

绕组感应三相交流电动势(频率为fpn),接入负载后,60三相对称电流,定子旋转磁场以n1旋转.

② 特点:<1>功率角δ>0(即主极磁场超前定子合成磁场) <2>转子受到制动性质的电磁转矩Te

<3>f∝n1,为保证f=50Hz恒定,需保证n1恒定,应输入转矩T1

与Te平衡.

(2)补偿机运行状态(或空载运行状态) 当δ=0时→Te=0

① 物理过程:转子同发电机运行状态,-主极磁场以n1旋转

定子接入三相对称电源-定子合成磁场以n1旋转

② 特点:<1>δ=0.(主磁场与定子合成磁场重合) <2>电机内没有有功功率转换

(3)电动机运行当δ<0时→Te→(即主机磁场滞后定子合成磁场

① 物理过程:定子接三相电源-定子合成磁场以n1旋转

转子接直流电源-恒定磁场,去掉原动机.

② 特点:<1>δ<0

<2>外施T2↑→δ↑→Te↑(与T2+T0平衡)保证n=n1=常数 <3>转子转速n=n1=60f/p,即当f一定,p一定时,n恒定.

五.同步电机的励磁方式

励磁系统-共给励磁电流的整个系统-直流励磁机励磁系统,整流器励磁系统 励磁系统应满足的条件:

(1)能稳定的提供发电机从空载到满载(及过载)所需的If (2)当电网电压u减小时,能快速强行励磁,提高系统的稳定性.

(3)当电机内部发生短路故障时,能快速灭磁. (4)运行可靠,维护方便,简单,经济. 1. 直流励磁机励磁

副励磁机(并励直流发电机)→主励磁机(他励直流发电机)→同步发电机 *一般励磁机与同步发电机同轴

特点:采用独立电源(直流发电机)与交流电网没关系,运行可靠. 2. 静止整流器励磁

(1)他励式静止流器励磁系统

副励磁机(中频三相同步发电机)(电磁式或永磁式)→主励磁机(三相同步发电机)→同步发电机───────────────┛ 特点:①副励磁机先他励待建立电压后改为他励

① 自动电压调整器可根据主发电机端电压的偏差自动调整励磁电流 ② 整流器均在电机外(静止).

(2)自励式静止整流器励磁系统 特点 :(1)取消励磁机

(3)励磁电流由电网或主发电机提供 3. 旋转整流器励磁(无触点式或无刷励磁)

副励磁机(永磁式三相同步发电机)→主励磁机(旋转电枢式)→主发电机 特点:(1)主励磁为旋转电枢式 (2)采用旋转整流器 4. 三次谐波励磁

特点:(1)发电机定子嵌入三次谐波绕组

(2)将三次谐波电压整流后→主发电机励磁

(3)自励恒压(负载电流↑→电枢反应↑→波形畸变↑→φ3↑→E3

↑→I3↑→If↑→稳压;负载电流↑→端电压↓→稳压) 六.额定值

1.额定容量SN(或额定功率PN)-指输出功率 发电机用视在功率(KVA)或有功

功率 电动机用有功功率(KW)表示 补偿机用无功功率(Kvar)表示

2.额定电压UN—定子线电压(V) 3.额定电流IN—定子线电流(A) 4.其他: cosN,ηN,fN,nN,θN,UfN,IfN等 三相同步发电机 PN3UNINcosN 三相同步电动机 PN3UNINNcosN