隐极机：气隙均匀、结构牢固， 主要应用于汽轮发电机； 凸极机：气隙不均匀、结构简 单，主要应用于水轮发电机；
300MW水氢冷发电机结构
二、隐极同步发电机的结构
隐极同步发电机主要用于汽轮发电机，由转子与定子组 成。由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子只有一对 磁极，在额定转速每分钟3000转时输出50赫兹的三相交流电。
由于大型汽轮发电机转速高，转子磁极表面线速度达 150m/s以上，离心力很大，故转子直径不能过大，大型发电 机转子都为细长型。一般转子的L/D=2.5~6.5,容量愈大，比 值愈大。
1、定子部分 铁心：采用0.5mm厚 的硅钢片叠压而成。 作用是构成电机主 磁路。
绕组：采用多股导 线整体成型。作用 是产生电枢磁场并 感应电枢电动势。
国产200MW汽轮发电机定子
2、转子部分
转子铁芯与轴用高强 度高磁导率的合金钢 材整体制作，在转子 铁芯部分有一些轴向 与径向的孔隙，用来 通风冷却。作用构成 主磁路。
转子励磁绕组由多 个线圈组成，嵌放 在转子铁芯的槽中， 多个线圈串联起来 组成转子绕组，作 用通入直流电形成 主极磁场。
集电环
பைடு நூலகம்
1、定子部分
发电机定子铁芯由导磁良好的 硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀 分布着许多槽，用来嵌放定子 线圈 ，每相绕组由多个整体成 型的线圈组成 ，按一定规律排 列。
大型水轮发电机通常都是立式 结构，整个机组传动部分的重 量以及作用在水轮机转轮上的 水推力均有推力轴承支撑，并 通过机架和机座传递到地基上
3、补偿机状态： δ=0
S
N
ns
No
Te 0
So
补偿机状态时电磁转矩为零，电机内无有功功率的转换。
五、同步电机的励磁方式
供给同步电机励磁的装置，称为励磁系统 。 1、直流励磁机励磁
2、整流器励磁
整流器励磁又分为静止式和旋转式两种。
静止式指的是整流 装置外放静止状态
旋转式指的是整流装置 随主轴一同旋转
第六章 同步电机
同步电机的特点是稳态运行时转速n与电网频率f之间具有 n=ns=60f/p的固定关系，与负载大小无关。同步电机主要用作 发电机，现代水电站、热电厂和核电站的交流发电机组几乎全 部都是同步发电机。
• 6.1 同步电机的基本结构和运行状态 • 6.2 同步发电机的空载运行 • 6.3 同步发电机的负载运行 • 6.4 同步发电机的功率方程和转矩方程 • 6.5 同步发电机的运行特性

1N 2
f if
Ff1 kfFf

2、三相对称感生电动势
当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一
个旋转磁场，它“切割”对称的三相定子绕组后，就会在定子
绕组内感应出一组频率为f1的对称三相电动势，称为激磁电动
势 。 E0

j 4.44f1Nkw 1 0,其中f1

pn
60
.
E 0A
3、冷却方式 大型发电机产生的热量很大，必须有强有力的冷却措施，主要 的冷却介质是氢气与水，也有用空气。
冷却水管
三、凸极同步发电机的结构
凸极同步发电机主要用作水轮发电机，水轮机的转速 都比较低，特别是立式水轮机，为了能发出50Hz的交流电，水 轮发电机采用多对磁极结构。
由于大型水轮发电机转速较低，为了避免水头变化引 起转速的改变，保持较高的转动惯量，并减少立式结构厂房的 高度，一般大型发电机转子都为粗扁型。一般转子的D/L=5~7, 容量愈大，比值愈大。
2、转子部分
同步电机的转子上 还常装有阻尼绕组。 阻尼绕组与笼型感 应电机转子的笼形 绕组结构相似，它 由插入主极极靴槽 中的铜条和两端的 端环焊成一个闭合 绕组
四、同步电机的运行状态
同步电机有三种运行状态：发电机、电动机和补偿机。发 电机把机械能转换为电能，电动机把电能转换为机械能，补偿 机中没有有功功率的转换，专门发出或吸收无功功率、调节电 网的功率因数。
旋旋转转磁电极枢式式
电刷、滑环
六、额定值
• 额定容量SN(或额定功率PN) —— 指额定运行时电机的输 出功率
• 额定电压UN ——指额定运行时电枢的线电压 • 额定电流IN ——指额定运行时电枢的线电流 • 额定功率因数cosΦ ——指额定运行时电机的功率因数
• 额定频率fN ——指额定运行时电枢的频率。我国标准工 频规定为50Hz
E 000
.
E 0B
E 01200
.
E 0C
E 0 1200
.
.
.
E 0A E 0B E 0C
一、空载时的电磁过程
原动机拖动
主极磁场Bf
旋转磁场
1、基波主极磁动势 隐极同步电机
主磁通 漏磁通
e0 E 0 4.44f1Nkw 10
思考：有感生电势吗？
Y
C
1
+A 1'
2
A
3
2'
X
3'
4
4'

2
Z
B
+A
0

2
Ff
Ff 1
3

2
凸极同步电机
Y
C
+A
A
z0
X
B
f+
A
0
Ff
• 额定转速nN ——指额定运行时电机的转速，对同步电机 而言，即为同步转速
6.2 同步发电机的空载运行
空载运行：当原动机带动发电机在同步转速下运行，励磁 绕组通过适当的励磁电流，电枢绕组不带任何负载时（相 当于开路）的运行情况。
空载运行时气隙磁场仅仅由励磁电流If产生的主极磁场。
从图可见，主极磁通分成主 磁通Φ0和漏磁通Φfσ两部 分，前者通过气隙并与定子 绕组相交链，后者不通过气 隙，仅与励磁绕组相交链。 主磁通所经过的主磁路包括 空气隙、电枢齿、电枢轭、 磁极极身和转子轭等五部分
同步电机运行于哪一种状态．主要取决于气隙合成磁 场与转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角。
1、发电机状态： δ>0
气隙合成磁场
S
N
ns

No
主极
Te
So
主极
发电机状态时电磁转矩为制动性质，与原动机输入转矩平衡。
2、电动机状态： δ<0
S
ns
N

Te
No
So
电动机状态时电磁转矩为驱动性质，与负载转矩平衡。
• 同步发电机与电网的并联运行 • 6.7 同步发电机的三相突然短路
6.1同步电机的基本结构和运行状态
三种应用
同步发电机：主要应用为汽轮发电机和水轮发电机 同步电动机：转速恒定、能调节功率因数 同步调相机：用于提高功率因数
一、同步电机的基本结构
旋转电枢式
同步电机
旋转磁极式
隐极式（Salient-pole） 凸极式（Cylindrical-Rotor）