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文檔簡介

1、,第 四 篇,同 步 電 機,作為發(fā)電機時,有原動機拖動,電樞相對磁極勵磁磁通運動,切割磁力線,感應(yīng)電動勢。 發(fā)電的關(guān)鍵是磁場與導(dǎo)體有相對運動。,直流發(fā)電機,+,-,磁極轉(zhuǎn)動,感應(yīng)電動勢的線圈靜止,是否有同樣的發(fā)電效果?,定子不變,轉(zhuǎn)子改成直流電機磁極。 原動機拖動轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn),磁場與定子線圈有相對運動。 定子線圈中感應(yīng)電動勢,輸出電能。,直流發(fā)電機,+,-,電網(wǎng),同步電機主要用做發(fā)電機,現(xiàn)在工農(nóng)業(yè)所用的交流電能幾乎全由同步發(fā)電機發(fā)出。,同步電機還可以用做電動機,拖動生產(chǎn)機械,尤其在不要求調(diào)速的大功率生產(chǎn)機械中。 交流電能幾乎全由同步發(fā)電機發(fā)出。,同步電機還可以做同步補償機用,只向電網(wǎng)發(fā)出電感

2、性的或電容性的無功功率,以滿足電網(wǎng)對無功功率的需求。,了解同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)、工作原理,為分析同步發(fā)電機的運行性能作必要的準備。 了解同步發(fā)電機電樞電動勢產(chǎn)生的原理,本篇學(xué)習(xí)目的和要求,本章要點:,12-1 同步電機的分類 12-2 同步電機的基本結(jié)構(gòu) 12-3 同步電機的冷卻方式 12-4 同步電機的勵磁方式 12-5 同步電機的額定值,12-1 同步電機的分類,按用途分類,(空載時的同步電動機),同步發(fā)電機,同步電動機,同步調(diào)相機,按結(jié)構(gòu)分類,旋轉(zhuǎn)電樞式,旋轉(zhuǎn)磁極式,為基本結(jié)構(gòu)型式,分隱極式和凸極式,很少采用,轉(zhuǎn)樞式同步發(fā)電機,按發(fā)電機的原動機分類,用于應(yīng)急電站,汽輪發(fā)電機,水輪發(fā)電機,內(nèi)燃

3、機拖動發(fā)電機,火力發(fā)電,水力發(fā)電,按冷卻方 式分類,風 冷,氫 氣 冷 卻,水 冷 卻,空氣冷卻或干冷,超導(dǎo)體發(fā)電機,12-2 同步電機的基本結(jié)構(gòu),12-2 同步電機的基本結(jié)構(gòu),一、定子(靜止部分),二 、轉(zhuǎn) 子,1、隱極電機結(jié)構(gòu)特點,2 、凸極(磁極旋轉(zhuǎn)式),3、什么是阻尼繞組?,三、同步電機與其它電機的比較,定子,轉(zhuǎn)子,鐵芯,機座,繞組,轉(zhuǎn)軸,磁極,繞組,集電環(huán),+,-,一、定子(靜止部分),同步電機定子和異步電機類似,更加強通風冷卻效果。,導(dǎo)磁的定子鐵心是由沖槽疊片疊成。,槽中放入三相對稱繞組,定子鐵心固定在機座上。,定子繞組象異步電機一樣,按 600 相帶A、B、C三相空間對稱分布,定

4、子鐵心沿軸向長度上,每隔 36cm,留有通風溝,增加定子鐵心的散熱面積。,同步發(fā)電機的定子輸出電功率,并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。,二、 轉(zhuǎn) 子,分為凸極式和隱極式,氣隙均勻,一般極對數(shù)等于1,高速同步電機最高轉(zhuǎn)3000r/min。,1、隱極電機結(jié)構(gòu)特點,轉(zhuǎn)子象直流電機中的旋轉(zhuǎn)電樞。,轉(zhuǎn)子為一表面開槽的圓柱體,槽中放入勵磁繞組,無明顯磁極。,轉(zhuǎn)子,定子,磁極旋轉(zhuǎn)式,四極,凸極式。,凸極電機特點: 有明顯磁極。 氣隙不均勻;一般極對數(shù)大1,即用于低速電機。,氣隙不均勻,2、凸極(磁極旋轉(zhuǎn)式),同步電機轉(zhuǎn)速:,汽輪發(fā)電機極數(shù)為2,轉(zhuǎn)速高達3000r/min,細長。 水輪發(fā)電機極數(shù)多,轉(zhuǎn)速低,短粗。,類型,汽輪

5、發(fā)電機,水輪發(fā) 電機,原動機為高速,轉(zhuǎn)子一般作成二極,隱極式,氣隙均勻,容量大,則一般為定子高壓,外形細長。轉(zhuǎn)子鐵心是實心(機械強度好),可不采用阻尼繞組。,汽輪發(fā)電機特點:,原動機為低速,轉(zhuǎn)子一般為凸極式(多極),氣隙不均勻,外形為扁圓形(直徑大,分臥式和立式兩種)。 凸極式轉(zhuǎn)子鐵心迭壓而成,另外裝設(shè)阻尼繞組。,水輪發(fā)電機特點:,1905年 3.5 kw,水輪發(fā)電機發(fā)展:,1960年 100兆 kw,現(xiàn) 在 1000兆 kw,3、什么是阻尼繞組?,與異步電機鼠籠繞組相似,銅條鑲嵌在凸極式鐵心上,兩邊用銅片連成閉路。,阻尼繞組作用?, 抑制并聯(lián)運行時機械震蕩(形成 阻轉(zhuǎn)矩);, 同步電動機與同

6、步調(diào)相機起動用(即異步起動)。,為什么汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子可不采用阻尼繞組?,因為實心鐵心中的渦流能起抑制振蕩作用;槽楔也起阻尼作用。,思考:,直流電機中的電樞與同步電機中的電樞有何不同?,直流電機中的電樞轉(zhuǎn)動,同步電機中的電樞就是定子,不會轉(zhuǎn)動,它輸出電功率。,例題1:,同步電機有哪幾種運行狀態(tài)?,答:,同步電機符合可逆原理,既可以作為電動機用又可以作為發(fā)電機用,還可以作調(diào)相機用。,例題2:,有一臺轉(zhuǎn)速 75r/min 的同步電機,要求發(fā)電頻率為50HZ,問原動機應(yīng)該是什么?電機的極數(shù)為多少?,是水輪凸極同步發(fā)電機。,例題3:鼠籠異步電動機、繞線式異步電動機、旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)磁極式同步電

7、機各有多少個集電環(huán)?,答:鼠籠異步電動機0個、繞線式異步電動機3個、旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機3個、旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機2個集電環(huán)。,同步電機與和直流電機比較,同步電機與直流電機都有電樞反應(yīng)。,結(jié)構(gòu)上的差別是,同步電機一般是旋轉(zhuǎn)磁極式。,直流電機為旋轉(zhuǎn)電樞式,磁極是固定的。,與直流電機的比較,同步電機象反裝的直流電機。,12-3 同步電機的冷卻方式,隨著同步電機單機容量不斷提高,大型同步電機的發(fā)熱問題嚴重。,隨著同步電機容量增大,大型同步電機采用以下冷卻方法。,一、空氣冷卻電機,二、氫氣冷卻電機,三、水內(nèi)冷發(fā)電機,四、超導(dǎo)體發(fā)電機,一、 空氣冷卻,冷空氣由電機兩端的風扇打入氣體流過定子繞組端部帶走熱風

8、到熱風室,與總熱風室匯總,進入發(fā)電機下部的空氣冷卻器,冷卻后回到兩側(cè)端蓋內(nèi)的冷風進風室,再次進入電機內(nèi)。,總熱風室,空氣冷卻器,冷風,冷風,冷風室,冷風室可以把電機中部的難以散去的熱帶走。,二、 氫氣冷卻,(10萬KW以上采用),氫氣相對密度約為空氣的十分之一,用它代替空氣可將電機通風摩擦損耗減少90%,總損耗減少3040%,提高效率。,1、,2、,氫氣冷卻散熱性能較好。,氫氣冷卻廣泛用于大、中型汽輪同步發(fā)電機中,容量超過10萬KW時采用氫內(nèi)冷方式,將氫氣通入定子和轉(zhuǎn)子槽內(nèi)直接冷卻導(dǎo)線。,3、,4、,氫氣冷卻要注意防爆防漏。使鋼板能承受發(fā)生意外爆炸時的壓力。,三、水內(nèi)冷,( 60 萬KW 13

9、0 萬KW采用),1、水內(nèi)冷采用的不是一般的水。,火電站中發(fā)電機中采用凝結(jié)水,導(dǎo)電率低,化學(xué)性能穩(wěn)定,流動性好。,2、水內(nèi)冷的散熱能力顯著高于空氣和氫氣。,3、定子實心導(dǎo)線通過電流,空心導(dǎo)體通水。,定 子,轉(zhuǎn) 子,雙排空心導(dǎo)線,水內(nèi)冷的供水循環(huán)系統(tǒng),出水支座,出水支座,冷水從外部水系統(tǒng)經(jīng)管道流入定子,進入定子進水環(huán)和轉(zhuǎn)子進水支座。,冷水再分別經(jīng)絕緣管流入各個線圈,吸收熱量后再經(jīng)絕緣水管匯總到另一端的定子出水環(huán)和轉(zhuǎn)子出水支座,最后排入電機的外部水系統(tǒng),冷卻后重新進入。,(四)超導(dǎo)體發(fā)電機,當某種金屬在極低溫中冷卻時就會處于電阻為零的超導(dǎo)電狀態(tài)。,絕對零度:,超導(dǎo)電狀態(tài)可以不消耗電力而通過強大的電

10、流,或者產(chǎn)生強大的電流,或者產(chǎn)生強磁場。,有,發(fā)熱,無,普通導(dǎo)體的發(fā)電機若不采用導(dǎo)磁鐵心,勵磁電流很大。,超導(dǎo)體的發(fā)電機若不采用導(dǎo)磁鐵心,勵磁電流不會很大。,但超導(dǎo)體要在很低的溫度下實現(xiàn)。,鈮鈦合金在9K下,電阻率為零。,K為絕對溫度。,0K = -2730,9K = -2730 + 90 = -2640,100K = -2730 + 1000 = -1730,最適合作超導(dǎo)體的材料是鈮鈦合金,它容易加工成細線。,現(xiàn)在世界各國的科學(xué)家正在競相研究新的超導(dǎo)體,并取得了突破。,1982年中國科學(xué)院物理研究所研制出100K以上的超導(dǎo)體(-1730),1982年3月4日,美國加州大學(xué)實現(xiàn)233K超導(dǎo)體(

11、-400)。,日本一研究小組宣布制出123K超導(dǎo)體(-1500)。,一旦實用于室溫超導(dǎo)體研制成功,將引起新的工業(yè)革命。,12-4 同步電機的勵磁方式,供給同步電機勵磁電流的裝置稱為勵磁系統(tǒng),集 電 環(huán),(一)直流發(fā)電機勵磁系統(tǒng),(二)交流整流勵磁系統(tǒng),1、自勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),2、他勵式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),3、旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),(三)三次諧波勵磁系統(tǒng),(一)直流發(fā)電機勵磁系統(tǒng)(50MW以下),I f 1,If,勵磁機,發(fā)電機勵磁繞組,負載,I,Rt 接到自動調(diào)勵裝置,它隨主發(fā)電機負載變化自動改變阻值,以保證發(fā)電機輸出端電壓基本保持不變。,由于轉(zhuǎn)速高,大容量直流勵磁機的制造困難,50MW上的汽

12、輪發(fā)電機已不采用此種勵磁系統(tǒng)。,(二)交 流 整 流 勵 磁 系 統(tǒng),交流整流勵磁系統(tǒng)有旋轉(zhuǎn)和靜止式兩大類。,交流整流勵磁系統(tǒng)都要利用可控硅整流裝置,把交流變?yōu)橹绷麟姟?利用可控硅整流裝置使直流電為可調(diào)節(jié)的直流電。,1、自勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),2、他勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),3、旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),1、自勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),主發(fā)電機,整流變壓器,自動電壓調(diào)整器,復(fù)勵變壓器,兩路給勵磁繞組供直流電。,復(fù)勵變流器經(jīng)硅整流橋給發(fā)電機勵磁繞組提供一路直流電,可對發(fā)電機隨負載而變化的電壓起自動調(diào)節(jié)作用。,在發(fā)電機端三相短路時,此復(fù)勵電流又會自動增大,單獨供給勵磁電流,起強勵作用。,這種勵磁系統(tǒng)便于維

13、護,電壓穩(wěn)定度高,動態(tài)性能好,采用多。,2、他勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),汽輪發(fā)電機用 (3000r/min,125MW),所謂靜止是指整流裝置不旋轉(zhuǎn)。,副勵磁機,f = 400HZ,交流勵磁機,f = 100HZ,主發(fā)電機,自動電壓調(diào)整,主發(fā)電機軸上連接了一臺交流勵磁機,是單相同步發(fā)電機,頻率100HZ,高速,和一臺中頻副勵磁機,400HZ,單相同步發(fā)電機,可采用永磁發(fā)電機。,中頻副勵磁機,f1=400HZ,磁通小。,電動勢可調(diào),交流勵磁機,f2=100HZ,磁通增大。電動勢增大。,類似于勵磁電流逐級放大的效果。,各勵磁線圈為旋轉(zhuǎn)體,各整流裝置是靜止裝置。 靜止裝置與旋轉(zhuǎn)體之間的連接用集電環(huán)和電

14、刷。 他勵式靜止半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)比直流勵磁機維護方便且性能好,用于大容量汽輪發(fā)電機(125MW),3、旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng),300MW和600MW汽輪發(fā)電機采用,主發(fā)電機,旋轉(zhuǎn)部分,現(xiàn)代大容量汽輪發(fā)電機所需的勵磁容量很大,即使采用400500V的勵磁電壓,勵磁電流仍可能高達4000A以上。 如果仍采用靜止半導(dǎo)體勵磁,將引起集電環(huán)嚴重過熱。,這時可將同軸交流勵磁機做成旋轉(zhuǎn)電樞式(磁極固定,電樞旋轉(zhuǎn))并將硅整流橋也固定在此電樞上一起旋轉(zhuǎn)。 省去集電環(huán)、電刷等滑動接觸裝置,成為無刷勵磁系統(tǒng)。,優(yōu)點:運行可靠,維護簡單,缺點:發(fā)電機勵磁回路的電壓電流較難測量。,這種勵磁系統(tǒng)用于大、中容量汽輪發(fā)電機和調(diào)相機中。,(三)三次諧波 勵 磁 系 統(tǒng),發(fā)電機,三次諧波繞組,是一種自勵方式,將交流勵磁機與發(fā)電機本身合為一體。,在發(fā)電機定子槽內(nèi)再裝設(shè)一套在電氣上與電樞繞組沒有聯(lián)系的,獨立的三次波繞組,繞組節(jié)距,通過諧波繞組將貯存于氣隙磁場中的三次諧波功率引出,經(jīng)過整流裝置整流后供給發(fā)電機作為勵磁。,諧波勵磁在我國小型同步發(fā)電機中獲得一定應(yīng)用。,12-5 同步電機的額定值,1、額定容量SN或額定功率PN,

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