11同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)

11113現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的溝通電能幾乎都是發(fā)電廠中的同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的。但從運(yùn)行原理上講，同步電機(jī)不僅可以用作發(fā)電機(jī)運(yùn)行、也可作為電動(dòng)機(jī)或調(diào)相機(jī)運(yùn)行。本篇主要介紹同步發(fā)電機(jī)的工作原理、性能、參數(shù)及運(yùn)行方式，對(duì)同步電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)作簡(jiǎn)要介紹。大型同步發(fā)電機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)比較，二者的定子一樣，其三相繞組流過(guò)三相對(duì)稱電流都將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；但二者的轉(zhuǎn)子卻差異很大。同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的主要特點(diǎn)是：①轉(zhuǎn)子繞組外加直流勵(lì)磁電流而產(chǎn)生一個(gè)恒定磁場(chǎng)；②轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速一樣，即轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)嚴(yán)格保持同步旋轉(zhuǎn)。因此稱為同步電機(jī)。第11章同步發(fā)電機(jī)的根本工作原理和構(gòu)造[內(nèi)容]本章論述同步發(fā)電機(jī)的根本工作原理、分類與額定值，簡(jiǎn)述其根本構(gòu)造與勵(lì)磁方式。[要求]●把握同步發(fā)電機(jī)的根本工作原理、類型和額定值?！窳私馔桨l(fā)電機(jī)的根本構(gòu)造及各主要部件的作用?！窳私馔桨l(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)的工作原理、分類與額定值一、同步發(fā)電機(jī)的根本工作原理同步發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電磁裝置。三一樣步發(fā)電機(jī)的根本工作原理可用圖11.1.1說(shuō)明。同步電機(jī)的定子鐵心槽內(nèi)安放著空間相隔o120電角度的三相對(duì)稱繞組U1U2、V1V2、W1W2。轉(zhuǎn)子主要由磁極鐵心和勵(lì)磁繞組組成。當(dāng)勵(lì)磁繞組通入直流電流后，建立恒定的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)以轉(zhuǎn)速n勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)不斷切割定子三相對(duì)稱繞組，在三相繞組中感應(yīng)出三相交變電動(dòng)勢(shì),其方向可用右手定則確定。由于定子三相繞組在空間位置上互差o120電角度，所以三相電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間上互差o120相位。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形Blve=可知,當(dāng)導(dǎo)體有效長(zhǎng)度l和導(dǎo)體切割磁場(chǎng)線速度v為常數(shù)時(shí)，Be∝，即導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形取決于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)沿氣隙空間分布的波形。假設(shè)把轉(zhuǎn)子磁極的極弧設(shè)計(jì)制造成適當(dāng)?shù)男螤睿顾a(chǎn)生的磁場(chǎng)沿氣隙空間按正弦規(guī)律分布，則定子繞組就能得到正弦波形的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率由圖11.1.1可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)磁極，電動(dòng)勢(shì)就經(jīng)受了一個(gè)周期的變化；假設(shè)轉(zhuǎn)子有p對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子以每分鐘n轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則每分鐘內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化pn個(gè)周期；電動(dòng)勢(shì)在1秒鐘內(nèi)所變化的周期數(shù)稱ZH60pnf=〔11.1.1〕已經(jīng)制造好的同步發(fā)電機(jī)，磁極對(duì)數(shù)p肯定，nf∝，即定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間保持嚴(yán)格的比例關(guān)系，這是同步發(fā)電機(jī)的主要特征。三相電動(dòng)勢(shì)的大小和相序由于三相繞組對(duì)稱，所以三相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也對(duì)稱。與異步電動(dòng)機(jī)定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式一樣，同步電機(jī)每相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為011Φ44.4wkfNE=〔11.1.2〕式中，1N為定子每相繞組匝數(shù)；1wk為定子繞組系數(shù)；0Φ轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)切割定子繞組在時(shí)間上有先后。如圖11.1.1中，當(dāng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)切割定子繞組的先后挨次依次為U相、V相、W相，因此U相超前V相o120電角度，V相超前W相o120電角度。即三相電動(dòng)勢(shì)的相序與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向全都，因此相序由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向打算。二、同步發(fā)電機(jī)的分類同步發(fā)電機(jī)可以按構(gòu)造型式、原動(dòng)機(jī)的類別和冷卻方式進(jìn)展分類。1．按構(gòu)造型式分類按構(gòu)造型式分，同步電機(jī)可分為：旋轉(zhuǎn)磁極式：如圖11.1.2所示，高壓大中容量的同步發(fā)電機(jī)均承受這種構(gòu)造型式；旋轉(zhuǎn)電樞式：如圖11.1.3所示，這種構(gòu)造型式只適用于小容量同步電機(jī)。在旋轉(zhuǎn)磁極式的電機(jī)中，按磁極外形又可分為隱極式和凸極式兩11.1.2(a)和圖11.1.2(b)所示。前者轉(zhuǎn)子呈圓柱形，氣隙是均勻的，勵(lì)磁繞組嵌放于轉(zhuǎn)子外表的槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子的大齒局部就是磁極；后者氣隙是不均勻的，極弧下氣隙小，極間氣隙大，勵(lì)磁繞組套在極弧下面。這兩種轉(zhuǎn)子構(gòu)造不同的電機(jī)在原理上無(wú)差異，只是由于氣隙均勻性的不同而在分析方法上有所差異。按原動(dòng)機(jī)類型分類按原動(dòng)機(jī)類型的不同，同步電機(jī)可分為： 〔1〕汽輪發(fā)電機(jī)：原動(dòng)機(jī)為汽輪機(jī)。由于汽輪機(jī)在高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)較為經(jīng)濟(jì)，故汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)有盡可能高的轉(zhuǎn)速或盡可能少的極數(shù)。為了發(fā)出 50Hz的溝通電，因此汽輪發(fā)電機(jī)都是兩極的，轉(zhuǎn)速為3000r/min。汽輪發(fā)電機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)是細(xì)而長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子為隱極式，一般是臥式安裝。汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)用在火力發(fā)電廠中。水輪發(fā)電機(jī)：原動(dòng)機(jī)為水輪機(jī)。水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速由水頭和流量打算，通常很低，為幾十轉(zhuǎn)/分到數(shù)百轉(zhuǎn)/分。為了獲得50Hz的溝通電，電機(jī)應(yīng)設(shè)計(jì)成低轉(zhuǎn)速、多極數(shù)。水輪發(fā)電機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)是短而粗，轉(zhuǎn)子為凸極式，一般是立式安裝。水輪發(fā)電機(jī)應(yīng)用在水力發(fā)電廠中?！巢裼桶l(fā)電機(jī)：原動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)。柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速通常在500~1500r/min之間，由此打算了柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。柴油發(fā)電機(jī)容量較小，主要作為自備電源、移動(dòng)電源，或某些重要用電設(shè)備的保安電源。按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類按冷卻介質(zhì)和冷卻方式，同步電機(jī)可分為：空氣冷卻(空冷)：主要承受內(nèi)扇式軸向和徑向混合通風(fēng)系統(tǒng)，為確保運(yùn)行安全，整個(gè)空氣系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是封閉的。(a)隱極式(b)凸極式圖11.1.2旋轉(zhuǎn)磁極式11.1.3氫氣冷卻(氫冷)：氫氣冷卻的效果明顯優(yōu)于空氣冷卻，在汽輪發(fā)電機(jī)中被廣泛應(yīng)用，并從外冷式進(jìn)展為內(nèi)冷式，定、轉(zhuǎn)子繞組均承受空心導(dǎo)線，直接將氫氣壓縮進(jìn)導(dǎo)體帶走熱量。為了運(yùn)行安全，應(yīng)用中要留意解決防漏和防爆問(wèn)題。水冷卻(水冷)：水的冷卻效果優(yōu)于氫氣。主要方式為水內(nèi)冷，以定子繞組內(nèi)冷的應(yīng)用為多，面臨泄露和積垢堵塞問(wèn)題。目前，除小容量的汽輪發(fā)電機(jī)仍承受空氣冷卻外，功率超過(guò)50兆瓦的汽輪發(fā)電機(jī)，廣泛承受氫、水或幾種不同冷卻介質(zhì)分別冷卻不同部件的冷卻方式。冷卻組合方式有如下幾種：①定、轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵心均氫外冷；②定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、定轉(zhuǎn)子鐵心氫外冷(水一氫一氫)；③定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，定子鐵心氫冷(水一水一氫)；④定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷、定子鐵心空冷(水一水一空)等。三、同步發(fā)電機(jī)的額定值額定值是制造廠對(duì)電機(jī)的正常合理安全使用所作的參數(shù)規(guī)定，同時(shí)也是電機(jī)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的依據(jù)。同步發(fā)電機(jī)的額定值有：1．額定功率NP(kW或MW)：指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率〔電功率〕。2NU〔VkV〕：指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，依據(jù)制造廠的規(guī)定，定子三相繞組上的線電壓。額定電流NI〔A或kA〕：指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，依據(jù)制造廠的規(guī)定，流過(guò)定子繞組的線電流。額定頻率Nf〔HZ〕：我國(guó)額定工業(yè)頻率規(guī)定為Nf=50Hz。額定功率因數(shù)N?cos：指在額定運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率和視在功率的比值。額定轉(zhuǎn)速Nn(r/min):指在額定運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即為同步轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)的額定功率NP、額定電壓NU和額定電流NI之間的關(guān)系為NNNNIUP?cos3〔11.4.1〕除此之外，同步發(fā)電機(jī)的額定值還有額定效率Nη、額定勵(lì)磁電fNUfNI、絕緣等級(jí)和額定溫升等。同步發(fā)電機(jī)的根本構(gòu)造圖11.2.1為火力發(fā)電廠中臥式安裝的汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，與發(fā)電機(jī)同軸的勵(lì)磁機(jī)給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁電流。汽輪發(fā)電機(jī)的主要構(gòu)造如圖11.2.2~圖11.2.4所示。圖11.2.5和圖11.2.6為水輪發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子構(gòu)造。同步發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造由定子和轉(zhuǎn)子兩局部組成,下面進(jìn)展簡(jiǎn)要介紹。一、定子同步發(fā)電機(jī)的定子又稱為電樞，其構(gòu)造與異步電機(jī)一樣，由定子鐵心、電樞繞組、機(jī)座和端蓋等部件組成。1．定子鐵心定子鐵心是磁路的一局部，又起固定電樞繞組的作用。它由0.35或0.5毫米厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊裝而成。由于同步發(fā)電機(jī)的尺寸較大，通常先將定子鐵心沖成帶有開(kāi)口槽的扇形片，如圖11.2.7所示，然后再把它們按圓周拼合疊裝成定子鐵心。定子鐵心沿軸向長(zhǎng)度每隔30～60mm，留有6～10mm的徑向通風(fēng)溝，以增加定子鐵心的散熱面積。整個(gè)鐵心通過(guò)端部壓板及定位筋結(jié)實(shí)地連成一體。2．電樞繞組汽輪發(fā)電機(jī)的電樞繞組一般為雙層疊繞組，它由扁銅線繞制成型后，包以絕緣而成。為了冷卻需要，線棒除了承受實(shí)心導(dǎo)線外，大型同步發(fā)電機(jī)還通常承受空心與實(shí)心導(dǎo)線組合的型式，空心導(dǎo)線可實(shí)現(xiàn)定子繞組水內(nèi)冷。繞組的直線局部嵌于定子鐵心槽內(nèi)，是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效局部，端接局部只起連接作用。嵌入鐵心槽中的導(dǎo)線，用絕緣材料制成的槽楔作徑向固定，端部用綁扎或壓板固定。大型同步發(fā)電機(jī)的定子繞組電壓較高，對(duì)繞組的絕緣材料提出了較高的要求。3．機(jī)座和端蓋機(jī)座和端蓋構(gòu)成電機(jī)的殼體，主要用來(lái)支持和固定定子鐵心并構(gòu)成冷卻風(fēng)道，由鋼板焊接而成。機(jī)座和定子鐵心外圓之間留有空間，加上隔板形成風(fēng)道。機(jī)座、端蓋和隔板構(gòu)成的空間，加上風(fēng)道、冷卻器及風(fēng)扇等，構(gòu)成密閉的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)。定子局部除上述主要部件外，還有軸承、軸承座及電刷等部件。汽輪發(fā)電機(jī)定子裝配如圖11.2.3所示。二、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、勵(lì)磁繞組、阻尼繞組、護(hù)環(huán)和中心環(huán)、滑環(huán)和風(fēng)扇等組成。轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心是磁路的一局部，又起固定勵(lì)磁繞組和阻尼繞組的作用。汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速很高，轉(zhuǎn)子所受離心力很大，所以轉(zhuǎn)子鐵心由高機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)磁性能好的整塊合金鋼鍛造而成。轉(zhuǎn)子圓周上有三分之一部分沒(méi)有槽，稱作大齒，做為發(fā)電機(jī)的主磁極；轉(zhuǎn)子外表其余局部銑有輻射形或平行的開(kāi)口槽以安放勵(lì)磁繞組。汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心截面11.2.811.2.4勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組是由扁銅線繞成的同心式繞組。勵(lì)磁繞組的槽內(nèi)局部靠槽楔壓緊。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，離心力大，因此槽楔用不導(dǎo)磁且強(qiáng)度很高的硬鋁或鋁青銅做成。勵(lì)磁繞組的端接局部用非導(dǎo)磁性的合金鋼護(hù)環(huán)和中心環(huán)固定，護(hù)環(huán)套緊勵(lì)磁繞組的端接局部，以防止其發(fā)生徑向位移，中心環(huán)用來(lái)阻擋端部發(fā)生軸向位移。阻尼繞組大容量同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有阻尼繞組，它與異步電機(jī)的籠形轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)造相像，是一個(gè)短路繞組。在隱極轉(zhuǎn)子中，由放在槽楔下的銅條和轉(zhuǎn)子兩端的銅環(huán)焊接而成；在凸極轉(zhuǎn)子中，它是由插入主極極靴槽中的銅條和轉(zhuǎn)子兩端的銅環(huán)焊接而成，如圖11.2.9所示。在同步發(fā)電機(jī)中，阻尼繞組起抑制轉(zhuǎn)子機(jī)械振蕩作用；在同步電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)中起主要起起動(dòng)繞組作用。滑環(huán)(集電環(huán))直流勵(lì)磁電流通過(guò)電刷和滑環(huán)引入轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組，滑環(huán)套于隔有云母絕緣的轉(zhuǎn)軸上。*11.3同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生的主磁場(chǎng)是由轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通入直流電流建立的。供給勵(lì)磁電流的裝置稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。下面簡(jiǎn)要介紹幾種同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)。一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源向同步發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁電流，稱為直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，這是同步發(fā)電機(jī)最根本的勵(lì)磁方式。最簡(jiǎn)潔的辦法是安裝一臺(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，使其與同步發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，依靠產(chǎn)生的直流電壓為同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組供給直流電流，此直流發(fā)電機(jī)稱為勵(lì)磁機(jī)。在同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式中，有時(shí)需要?jiǎng)?lì)磁電壓快速上升，為達(dá)此目的，勵(lì)磁機(jī)可以承受他勵(lì)式，這時(shí)再用另外一臺(tái)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，如圖11.3.1所示。其中，供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)稱為主勵(lì)磁機(jī)；供給主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)稱為副勵(lì)磁機(jī)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，汽輪發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量越來(lái)越大，相應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)容量也隨之增大。但是高轉(zhuǎn)速、大容量的直流勵(lì)磁機(jī)在制造和運(yùn)行維護(hù)方面都存在一些困難，所以大容量汽輪發(fā)電機(jī)極靴圖直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)難以承受同軸直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。伴隨整流技術(shù)的進(jìn)展，溝通勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。二、靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)分為他勵(lì)式和自勵(lì)式兩種。1．他勵(lì)式他勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理如圖11.3.2所示。圖中，溝通主勵(lì)磁機(jī)、溝通副勵(lì)磁機(jī)與同步發(fā)電機(jī)同軸連接。溝通主勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)磁極式三一樣步發(fā)電機(jī)，其頻率通常為lOOHz，主勵(lì)磁機(jī)的溝通輸出經(jīng)靜止的三相橋式不行控整流器整流后，通過(guò)電刷和集電環(huán)接到主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，以供給其直流勵(lì)磁。而主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流則由溝通副勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的溝通電經(jīng)靜止的可控整流器整流后供給。交流副勵(lì)磁機(jī)是中頻三一樣步發(fā)電機(jī)(有時(shí)承受永磁發(fā)電機(jī))。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，開(kāi)頭時(shí)由外部直流電源供給，待電壓建起后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)。同步發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載輸出電流以后，其端電壓會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。為了防止和減小這種電壓波動(dòng)，由自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整器，依據(jù)主發(fā)電機(jī)端電壓的偏差，來(lái)轉(zhuǎn)變可控硅的掌握信號(hào)，用以掌握主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，以便掌握同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使其輸出電壓根本恒定。這種勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)便利，由于取消了直流勵(lì)磁機(jī)，使勵(lì)磁容量得以提高，因而在大容量汽輪發(fā)電機(jī)中獲得了廣泛應(yīng)用。2．自勵(lì)式假設(shè)取消溝通勵(lì)磁機(jī),主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流由勵(lì)磁變壓器取自自身輸出端,經(jīng)三相可控硅整流變換為直流后供給，則構(gòu)成自勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)，如圖11.3.3所示。這種勵(lì)磁系統(tǒng)沒(méi)有旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁機(jī),便于他勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)三、旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)上述各種勵(lì)磁系統(tǒng)，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流都是通過(guò)電刷和滑環(huán)引入勵(lì)磁繞組的，當(dāng)勵(lì)磁電流過(guò)大時(shí)，將使滑環(huán)產(chǎn)生高溫而極易損壞。旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁系統(tǒng)的無(wú)刷化，其原理如圖 11.3.4所示。與他勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁不同之處是主勵(lì)磁機(jī)是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī),其電樞與主發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn),半導(dǎo)體整流裝置也裝在主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上。由于主勵(lì)磁機(jī)的三相繞組、半導(dǎo)體整流器、同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組同時(shí)在旋轉(zhuǎn)，三者之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，主勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的三相溝通電經(jīng)過(guò)整流后就可直接送入勵(lì)磁繞組中，不再需要經(jīng)過(guò)電刷和滑環(huán)，從而避開(kāi)了流經(jīng)大電流的滑動(dòng)接觸，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。這種勵(lì)磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)局部的電壓、電流難于測(cè)量，轉(zhuǎn)子繞組保護(hù)比較困難。小結(jié)本章主要表達(dá)了同步發(fā)電機(jī)的根本工作原理、分類和額定值，簡(jiǎn)要介紹了構(gòu)造和勵(lì)磁系統(tǒng)。圖11.3.4旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)圖11.3.3自勵(lì)式靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)主要學(xué)問(wèn)點(diǎn)包括：1．同步發(fā)電機(jī)的根本工作原理同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通入直流電流產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)，且隨轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子三相對(duì)稱繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，于是定子三相繞組輸出三相對(duì)稱溝通電壓。三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)〔1〕感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形取決于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在氣隙空間分布的波形。同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極磁場(chǎng)在氣隙空間分布波形一般都是正弦波，所以三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都是正弦的?！?〕感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為：60pnf=Hz，其中p為電機(jī)極對(duì)數(shù)；n為同步轉(zhuǎn)速。(3)每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為：011Φ44.4wkfNE=，三相電動(dòng)勢(shì)相序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向全都。同步發(fā)電機(jī)的額定值發(fā)電機(jī)的額定值是電機(jī)安全運(yùn)行的依據(jù)，包括額定功率、額定電壓、額定電流、額定頻率、額定功率因數(shù)等。額定功率指輸出的電功率；額定電壓和額定電流指輸出的線電壓和線電流，它們之間的關(guān)系為：NNNNIUP?cos3=。同步發(fā)電機(jī)的根本構(gòu)造同步發(fā)電機(jī)的根本構(gòu)造由定子和轉(zhuǎn)子兩局部組成。大型同步發(fā)電機(jī)的定子構(gòu)造與異步電機(jī)定子一樣，定子鐵心槽中嵌放三相對(duì)稱繞組。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心和集中勵(lì)磁繞組組成。轉(zhuǎn)子分兩種：隱極式和凸極式。汽輪發(fā)電機(jī)承受隱極式轉(zhuǎn)子，其極數(shù)少〔2極〕，轉(zhuǎn)速高〔3000r/min〕，氣隙均勻，外形呈瘦長(zhǎng)；水輪發(fā)電機(jī)承受凸極式轉(zhuǎn)子,其極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低，氣隙不均勻，外形呈短粗。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子繞組流過(guò)直流電流來(lái)建立。轉(zhuǎn)子繞組中的直流電流可以通過(guò)直流發(fā)電機(jī)獲得，也可以通過(guò)溝通〔同步〕發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)整流獲得。與此對(duì)應(yīng)，同步發(fā)電機(jī)有三種勵(lì)磁方式：直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁〔有電刷〕、靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁〔有電刷〕、旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵(lì)磁〔無(wú)電刷〕。思考題與習(xí)題同步發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率和轉(zhuǎn)速有什么關(guān)系?在頻率為50HZ為什么汽輪發(fā)電機(jī)承受隱極式轉(zhuǎn)子，水輪發(fā)電機(jī)承受凸極式轉(zhuǎn)子？試比較同步發(fā)電機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)造上的主要異同點(diǎn)。一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，極數(shù)22=p，MW300=NP，kV18=NU，85.0cos=N?，Hz50=Nf，試求：〔1〕發(fā)電機(jī)的額定電流；〔2〕發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的有功功率和無(wú)功功率。402=p，MW100=NPkV813.UN=，9.0cos=N?，Hz50=Nf〔1〕發(fā)電機(jī)的額定電流；〔2〕發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的有功功率和無(wú)功功率；〔3〕發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本章自測(cè)題一、填空題同步發(fā)電機(jī)的定子鐵心槽中嵌放著 繞組，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通入的是 電流。兩極同步發(fā)電機(jī)應(yīng)以 r/min旋轉(zhuǎn)，才能發(fā)出50HZ的溝通電，當(dāng)它以 r/min旋轉(zhuǎn)時(shí)，將發(fā)出60HZ的溝通電。汽輪同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子承受 構(gòu)造，水輪同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子承受 構(gòu)造。我國(guó)大型汽輪發(fā)電機(jī)的磁極數(shù)為 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)為 r/min。同步發(fā)電機(jī)輸出三相電壓的相序由 打算，假設(shè)轉(zhuǎn)變?cè)瓌?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，則三相電壓的相序?qū)?。按構(gòu)造型式分，同步電機(jī)