發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)課件

第一部分電工基礎(chǔ)知識(shí)

1—1直流電路

一、歐姆定律在講述1FC6發(fā)電機(jī)原理之前，有必要對(duì)一些電工基礎(chǔ)知識(shí)作一個(gè)簡(jiǎn)要的回顧與介紹。在全電路中，流過負(fù)載的電流與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路中的總電阻（即內(nèi)阻r和負(fù)載電阻R之和）成反比。即：

I=E/(R+r)全電路歐姆定律。而部分電路的歐姆定律為I=U/R，即當(dāng)內(nèi)阻r=0時(shí)的一種特殊情況，這種從一般到特殊的推理方法也稱為演繹法。部分電路歐姆定律與全電路歐姆定律是解決電路的最基本定律，通過演繹法可以解決很多電路問題。對(duì)于簡(jiǎn)單電路，存在兩種基本形式：串聯(lián)和并聯(lián)電路。在此不對(duì)其定義作過多敘述，只對(duì)其各自的特點(diǎn)和性質(zhì)作簡(jiǎn)單介紹。發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

串聯(lián)電路具有的三個(gè)特點(diǎn)：1、流過每個(gè)電阻的電流都相等2、電路上的總電壓等于各電阻上電壓之和3、總電阻等于各電阻之和并聯(lián)電路具有的三個(gè)特點(diǎn)：1、各電阻電壓均相等2、總電流等于個(gè)支路電流之和3、總電阻的倒數(shù)等于各個(gè)電阻倒數(shù)之和而串聯(lián)與并聯(lián)電路根據(jù)其特點(diǎn)又分別具有分壓和分流原理，熟練掌握對(duì)電工人員分析電路是非常有必要的，也是基礎(chǔ)。發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)1—2電磁理論基礎(chǔ)通常能吸引鐵、鈷、鎳及其合金的這種物質(zhì)稱之為磁體，它們本身就是磁體，為什么能夠吸引其他物質(zhì)呢，在于他們周圍存在著磁場(chǎng)，這種看不見的磁性存在形式，我們稱之為磁場(chǎng)，為了形象，在表達(dá)它們的時(shí)候我們都是用磁力線來表示。而磁性的本身都是由于電流（或者說電子定向運(yùn)動(dòng)）引起的。下面主要介紹一下電流與磁之間的關(guān)系。

一、電流的磁效應(yīng)任何電流周圍都存在磁場(chǎng)，這里分析兩種情況：直線電流和環(huán)行電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

一、直線電流的磁場(chǎng)通電直導(dǎo)體周圍存在著磁場(chǎng)，其分布是以通電導(dǎo)體為中心的許多同心圓。磁場(chǎng)方向可以用安培定則（或右手螺旋定則）來判定。

安培定則是指：右手握住通電直導(dǎo)線，使拇指指向電流方向，那么四指指的就是磁場(chǎng)方向（或磁力線方向）。如下圖：發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

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2、環(huán)行電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)通電螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)，其方向也可以用安培定則判定：右手握住螺線管，使四指指向電流方向，則拇指所指的就是螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)方向。如下頁圖示：發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

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二、電磁感應(yīng)當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)或或穿過線圈的磁力線發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體或線圈上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這就叫電磁感應(yīng)。

1、導(dǎo)體切割磁力線時(shí)的電磁感應(yīng)導(dǎo)體切割磁力線時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（E）的大小與導(dǎo)體的有效長度（L）、磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）以及導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度（V）成正比。如下圖示：即：E=BLV磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位是：特斯拉發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

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2、穿過線圈的磁通發(fā)生變化時(shí)的電磁感應(yīng)這種情況下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈匝數(shù)(N)和磁通變化率dΦ/dt成正比：E=-N(dΦ/dt)式中的負(fù)號(hào)表示方向，表明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向與磁通變化方向相反。即當(dāng)原磁通增大時(shí)，感應(yīng)電流（感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向一致）產(chǎn)生的磁通與原磁通方向相反；當(dāng)原磁通減小時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通與原磁通方向相同。就是說，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。這就是楞茨定律

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楞茨定律在判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向時(shí)牢記以下步驟：1、判定原磁通方向2、判定原磁通變化（增大或減小）3、用楞茨定律判定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通方向4、再用安培定則判定感應(yīng)電流或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

3、自感和互感由于電路本身電流的變化引起穿過本身線圈的磁通發(fā)生變化，這就是自感。如下頁圖示，其大小為：E自=-L(di/dt)自感系數(shù)L的單位是：亨利

互感則是其它線圈中的磁通發(fā)生變化導(dǎo)致本身線圈的磁通發(fā)生變化的現(xiàn)象，其大小為：

E互=-M(di/dt)互感系數(shù)M的單位是：亨利自感和互感都可以有楞茨定律判定。在實(shí)際電工操作中，會(huì)遇到不少利用自感和互感原理的電器，如電流互感器。發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

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四、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

1、通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的力磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)體會(huì)受到力的作用，這個(gè)力F的大小為：F=BIL

作用力F的方向由左手定則判定：伸出左手，使拇指與四指垂直，讓磁力線垂直穿過手心，四指指向電流方向，則拇指所指方向?yàn)閷?dǎo)體受力方向。

2、磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用磁場(chǎng)中的通電線圈會(huì)受到力矩的作用，其力矩M大小為：M=NBIScosaa為磁通與線圈平面的夾角發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)第二部分電機(jī)原理

２－１概述

電機(jī)是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置，是依靠電磁耦合方式來實(shí)現(xiàn)的。電機(jī)不是狹義單指發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)，電機(jī)按功能可分為：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、控制電機(jī)。按照不同的分類特性，電機(jī)有很多分類方法，下面是最常見的一種分類法：發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

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一般同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，全世界的發(fā)電量幾乎全部是同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的，而異步電機(jī)主要是用作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。但是由于電機(jī)都是基于磁和電、電和磁相互關(guān)系而產(chǎn)生的，因而電機(jī)理論上都是可逆的，所以電機(jī)之間是沒有十分嚴(yán)格的界限。１FC6發(fā)電機(jī)隸屬于同步發(fā)電機(jī)。下面對(duì)同步發(fā)電機(jī)的相關(guān)原理作簡(jiǎn)要的說明。發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)２－２同步電機(jī)的基本原理一、同步電機(jī)的工作原理如下頁圖示，為一同步發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)單模型，和其它旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，同步電機(jī)也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子轉(zhuǎn)子之間有氣隙。定子上均勻分布有ＡＸ、ＢＹ、ＣＺ三相繞組，它們彼此相差１２０度，轉(zhuǎn)子是一對(duì)電磁極，由外電源提供勵(lì)磁電流。發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

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當(dāng)轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向恒速旋轉(zhuǎn)，則ＡＸ、ＢＹ、ＣＺ三相繞組將分別會(huì)與磁極的磁力線切割，一切割就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì)。設(shè)磁場(chǎng)在氣隙的磁通密度沿圓周按正弦規(guī)律分布，則繞組的電勢(shì)變化規(guī)律為：e=Blvsinωt發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

其中B為ＡＸ繞組所在的磁感強(qiáng)度，l為繞組有效長度，v為切割磁力線速度，ω＝２пf。由于三相繞組是按空間１２０度角分布的，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，繞組被切割的順序是A—B—C—A，所以三相繞組中的電勢(shì)相位差也彼此相差１２０度，令Ｅ＝Ｂlv則三相電勢(shì)為：e（Ａ）＝Ｅsinωte（Ｂ）＝Ｅsin（ωt－１２０）e（Ｃ）＝Ｅsin（ωt－２４０）三相電勢(shì)波形圖如下：

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二、同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率上面為一對(duì)磁極（兩極）電機(jī)模型，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)交變一次（即一個(gè)周波），若轉(zhuǎn)子為p對(duì)磁極，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，定子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)交變p次。設(shè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)／分，則每秒鐘轉(zhuǎn)n／６０轉(zhuǎn)，定子繞組中的電勢(shì)每秒交變pn／６０次，即電勢(shì)頻率為：f=pn/60(赫茲)，所以得出:發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

n=60f/p由此式可看出，頻率f一定時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n與極對(duì)數(shù)p成反比。我們國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工業(yè)交流電頻率為５０Ｈz，那么在選用發(fā)電機(jī)的時(shí)候，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和極對(duì)數(shù)就是一一對(duì)應(yīng)。如：兩極電機(jī)（一對(duì)極）為３０００轉(zhuǎn)／分，四極電機(jī)（兩對(duì)極）為１５００轉(zhuǎn)／分等等。發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)２－３同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)型式同步電機(jī)按其結(jié)構(gòu)型式可分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。電樞即產(chǎn)生交流電的繞組部分，旋轉(zhuǎn)電樞，即電樞部分是轉(zhuǎn)子，這種型式由于發(fā)出的高壓、大電流從電刷和滑環(huán)的滑動(dòng)接觸送出，很不可靠，所以大多采用選擇旋轉(zhuǎn)磁極式。１ＦＣ６主機(jī)為旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)，而其勵(lì)磁機(jī)則是旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

二、同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，它們之間有氣隙。定子即為固定不動(dòng)的部分，包括：機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組；而轉(zhuǎn)子即為旋轉(zhuǎn)部分，主要包括：軸、轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組、阻尼繞組。下面以旋轉(zhuǎn)磁極式同步機(jī)為例介紹同步機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

（1）定子部分：定子部分的機(jī)座主要用于機(jī)械支撐和防護(hù)，另外還要滿足通風(fēng)系統(tǒng)的要求，所以要求有足夠的剛度和強(qiáng)度。通常較大電機(jī)的機(jī)座為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，較小的有時(shí)采用鑄鐵結(jié)構(gòu)。定子鐵芯除用于導(dǎo)磁外還用于嵌放定子繞組。定子鐵芯通常是用冷軋硅鋼片迭壓而成。定子繞組是嵌放在定子槽內(nèi)的線圈按一定規(guī)律聯(lián)結(jié)而成。對(duì)于大容量電機(jī)，其繞組采用成型線圈，即采用矩形銅導(dǎo)體外包一定的絕緣層，其形狀尺寸較為固定，有時(shí)稱之為硬線圈。而對(duì)于容量較小的電機(jī)，其繞組線圈通常是用漆包圓銅線繞制成的，其形狀不大固定，又稱之為軟線圈。發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)(基本原理及同步交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造介紹)

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（2）轉(zhuǎn)子部分