同步發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)講解教學(xué)課件

1、12同步發(fā)電機(jī)的工作原理同步發(fā)電機(jī)的工作原理圖示，在同步發(fā)電機(jī)的定子鐵芯內(nèi)，對(duì)稱地安放著A-X、B-Y、C-Z三相繞組。每相繞組匝數(shù)相等，三相繞組的軸線在空間互差120電角度。 在同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝有勵(lì)磁繞組，直流電通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生主磁場(chǎng)，其磁通如圖中虛線所示。磁極的形狀決定了氣隙磁密在空間基本上按正弦規(guī)律分布。所以，當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，就得到一個(gè)在空間按正弦規(guī)律分布的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。定子導(dǎo)線固定不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁力線切割定子導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)e，如右3 將導(dǎo)線連成閉合回路，就有電流通過(guò)，同步發(fā)電機(jī)就是利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?。定子三相繞組在空間位置上互差120電角度。因此，

2、三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間上也互差120電角度，發(fā)電機(jī)發(fā)出的就是對(duì)稱三相交流電，即45 當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的三相繞組與負(fù)載接通時(shí)，三相繞組中流過(guò)對(duì)稱三相電流，并產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n=60fp，即定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同，亦就是同步，故稱為同步發(fā)電機(jī)。 按照原動(dòng)機(jī)的不同，通常同步發(fā)電機(jī)分為水輪發(fā)電機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)及柴油發(fā)電機(jī)等。水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，極數(shù)較多，多采用凸極式轉(zhuǎn)子汽輪發(fā)電機(jī)和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，則采用隱極式轉(zhuǎn)子。6電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)： 電流的正弦波形如圖2.49所示。在右下圖中，三相定子繞組彼此互隔120 分布在定子鐵心的內(nèi)側(cè)的

3、線槽中，構(gòu)成對(duì)稱三相繞組，接上對(duì)稱的三相電源后，就有三相電流，電流的參考方向定為AX、BY、CZ，則電流的瞬時(shí)值為：t7 當(dāng)t=0時(shí)，這時(shí)iA=0，iB為負(fù)，B相電流從 B 流出進(jìn)Y ，iC為正，在C相電流從Z流出進(jìn)C 。各相電流方向如圖2.50(a)所示，通過(guò)右手螺旋定則就可確定出合成磁場(chǎng)的方向。合成磁場(chǎng)的磁力線分布是以A邊為中心，左右對(duì)稱，從上到下，它和一對(duì)磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)一樣。 8圖2.50(b) 為t=60時(shí)定子繞組中各相電流的方向及其合成的磁場(chǎng)，iA為正，在A相電流從X流出進(jìn)A ?？梢钥闯龊铣纱艌?chǎng)的方向在空中順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了60 。 如圖2.50(c)所示的t=90時(shí)三相電流所合成的磁場(chǎng)，

4、這時(shí)，合成磁場(chǎng)的方向已在空間順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了90。9 可以發(fā)現(xiàn)對(duì)稱的三相電流通入對(duì)稱的三相繞組后，所建立起來(lái)的合成磁場(chǎng)如一對(duì)在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的磁極的磁場(chǎng)。10 按照冷卻介質(zhì)的不同，同步發(fā)電機(jī)可分為空氣冷卻、氫氣冷卻，水冷卻等。其中還可分為外冷式(冷卻介質(zhì)不直接與導(dǎo)線接觸)和內(nèi)冷式(冷卻介質(zhì)直接與導(dǎo)線接觸)。 近年來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不斷增長(zhǎng)， 200MW、300MW 、600MW的單機(jī)已成為系統(tǒng)中的主力機(jī)組，容量900MW的機(jī)組也逐步進(jìn)入一些大的電力系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)百萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界機(jī)組也即將投產(chǎn)。11 第二節(jié)、第二節(jié)、 同步發(fā)電機(jī)的額定參數(shù)同步發(fā)電機(jī)的額定參數(shù) l、額定容量SN或額定功率PN

5、額定容量是指發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期安全運(yùn)行時(shí)，所能輸出的最大視在功率，一般以千伏安(kVA)或兆伏安(MVA)為單位；額定功率是指發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，所能輸出的最大有功功率，一般以千瓦(kW)或兆瓦(MW)為單位。2額定電壓UN 是指發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，機(jī)端定子三相繞組的線電壓，單位為伏(V)或千伏(kV)。1213同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程、等值電路和相量圖同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程、等值電路和相量圖 1同步發(fā)電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁量 同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由于定子三相繞相中有電流通過(guò)，也會(huì)形成一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)也是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，稱之為電樞磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)以與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)相同的轉(zhuǎn)速，相同的方向旋轉(zhuǎn)。為了分析問(wèn)題簡(jiǎn)單方便，可不

6、計(jì)磁路飽和的影響。認(rèn)為一個(gè)磁動(dòng)勢(shì)獨(dú)立產(chǎn)生一個(gè)磁通，并在電樞繞組中感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。所以負(fù)載時(shí)定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)包括轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)感應(yīng)的空載電動(dòng)勢(shì)Eo、電樞磁場(chǎng)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)Es和漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)E。1415不飽和16171、功率特性分析此相量圖，可得：所以： dXEIsincos0sincos0dXUEUIPsincos0EIXd18ddddXUXUEXUEUUQXUE2000cos/ )cos(sinsincos20sin1cossincosdXUEUIP由：得：ddXUPXUEQ2220)(19同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)：同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)： (1)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)：遲相運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)同時(shí)向電網(wǎng)輸送有

7、功功率和無(wú)功功率，即P0且Q0。進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出有功功率，而吸收電網(wǎng)感性無(wú)功功率，即P0且Q0。20 (2)作調(diào)相機(jī)運(yùn)行狀態(tài)：從電網(wǎng)吸收有功功率(由于所吸收的有功功率主要用來(lái)抵償電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部損耗，因而所需的有功功率值很小) ，吸收或輸出無(wú)功功率。(3)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)：從電網(wǎng)吸收有功功率和無(wú)功功率，即PO，Q0。 21同步發(fā)電機(jī)向量圖（包括穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、次暫態(tài)參數(shù)）22 汽輪發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行方式 汽輪發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行方式是指發(fā)電機(jī)按銘牌額定數(shù)據(jù)運(yùn)行的方式。發(fā)電機(jī)額定數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)速、定子電壓、定子和轉(zhuǎn)子溫度、振動(dòng)幅度等，是制造廠的設(shè)計(jì)依據(jù)，只有嚴(yán)格控制其在允許值范圍內(nèi)運(yùn)行，才能保障發(fā)電機(jī)安

8、全而高效地運(yùn)行。23一一、空載運(yùn)行及空載特性空載運(yùn)行及空載特性 同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行是指定子繞組開(kāi)路，轉(zhuǎn)子至額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組通以直流勵(lì)磁電流iF，相應(yīng)地定子繞組產(chǎn)生電勢(shì)Eq。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流iF即改變主磁通。值，從而改變了定子空載電勢(shì)Eq。Eqf(iF)稱為空載特性，如圖所示。 24 通?？蛰d額定電壓設(shè)計(jì)在c點(diǎn)，即曲線接近飽和的工作點(diǎn)，iF0為建立空載額定電壓所需的勵(lì)磁電流。其中ab段磁勢(shì)消耗在氣隙內(nèi)；bc段磁勢(shì)消耗在鐵心內(nèi)。25二、短路特性 短路特性是指定子三相繞組短接，機(jī)端電壓U0 ，轉(zhuǎn)速nnN的條件下，勵(lì)磁電流iF與三相穩(wěn)定短路電流Ik間的關(guān)系，即k=f(if)。 26 五、短路比（SCR） 短路比是指同步發(fā)電機(jī)在空載額定電壓所對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流If。下，三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的短路電流Ik0。與額定電流IN之比，用kc表示。即由：dNNNKOCdKONXIUIIKXIUE10短路比與1/Xd成正比。短路比小，氣隙小，負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化較大，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定度較差。 增大氣隙可減小Xd，使短路比增大，但勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子用銅量增大，造價(jià)增高。對(duì)汽輪發(fā)