2018/11/26 14
课题二同步发电机的基本构造及应用
• 同步电机一般采用旋转磁极式结构，根据磁极形状 可分为隐极和凸极两种型式。
凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合。 隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合于高速 旋转。 2018/11/26 15
凸极式电机结构特点
气隙不均匀，极弧 底下气隙较小，极间部 分较大。
1—定子 2—凸极式转子
2018/11/26 16
隐极式电机结构特点
转子上没有凸出 的磁极，气隙均匀， 转子呈圆柱形。
1—定子 3—隐极式转子
2018/11/26 17
凸极式和隐极式电机应用场合
电源频率固定，采用转子结构与转速有关。
火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转 速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通 常称为汽轮发电机。 核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站 用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都 较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电 站的大。
2018/11/26 37
转子外形常做成细长的圆柱体，励磁绕组嵌 放在其表面圆周上铣出的槽内。
转子绕组的通风口 护环 中心环 风扇
转子外形图
2018/11/26 38
发 电 机 转 子
2018/11/26 39
汽轮发电机结构
（1）转子铁心
• 既有良好导磁性能，又有足够机械强度和刚度，最 关键部件之一。 • 一般采用优质合金钢锻制，铁心上开有两组对称的 槽，槽与槽之间的部分称为齿，有两个齿特别宽称 为大齿，其余的叫小齿。小齿嵌放励磁线圈，大齿 形成磁极。 • 大型电机为了加强转子表面冷却，大齿区也开有一 些较小的槽并不安放线圈，只作通风用，这种槽称 为通风槽。
发电机转速 运行效率 体积和造价 发电机转速 转子直径 容量一定，电机长度
一般汽轮发电机转子长 度L和定子内径D之比为26.5。
2018/11/26 25
汽轮发电机结构
1.定子(stator)
• 机座(baseframe)、端盖(end closure)、定子铁心(stator core)和定子绕组(stator windings)等。
2018/11/26
33
定子绕组下线定子绕组端部
2018/11/26
34
定子绕组端部接头
2018/11/26
35
2018/11/26
定子端部
36
汽轮发电机结构 2．转子
转子组成
转子铁芯 励磁绕组
阻尼绕组
紧固件 风扇
功能：传递原动机供给的机械能、支撑旋转的励磁 线圈、形成良好的磁通路径和转子散热通道，因此 对转子结构、材料和加工工艺要求较高。
火电厂(heat-engine plant)的生产现场
20
大亚湾核电站发电机组
2018/11/26
21
岭澳一期核电站发电机组
2018/11/26
22
国产300MW汽轮发电机外(turbonator)形结构图
2018/11/26
23
2018/11/26
24
隐极式同步发电机
用途：多用于汽轮发电机，一般为两极，转速为 3000r/min。
• 转子：有p对磁极，磁极上有直 流励磁绕组，当直流电流通过 电刷和滑环流入转子绕组后， 产生主磁通，主磁通由N极经气 隙，定子铁心，再经气隙进入S 极，构成主磁路。
2018/11/26 8
三相同步发电机的基本工作原理
同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁
转子通直流电流 If
ea
大型汽轮发电机定子铁心槽
2018/11/26
汽轮发电机完工后的定子
26
发电机定子
2018/11/26
27
汽轮发电机结构
（1）机座和端盖
• 机座的作用：固定和支撑定子铁心及定子绕组等部 件，通过机座将整个定子安装、固定在基础上。 • 机座内部有冷却风道。汽轮发电机机座一般采用钢 板焊接而成。对机座的要求，除了使安装、运输方 便外，还需要有足够的强度和刚度。 • 正常和故障时能承受可能发生的最大应力，保证不 产生不允许的变形。
eOB Em sin( t 120 )
eOC Em sin （t 240）
定子外接负载，形成回路，有三相电流。 机械能转化为电能
2018/11/26 10
三相同步发电机的基本工作原理
交流电势频率f的确定
当转子为1对磁极时，转子旋转一周，定子绕组 中感应电势变化一个周期；当同步发电机有p对极 时，转子旋转一周，感应电势交变p个周期。 当转子转速为每分n转时，交变电势频率为：
2018/11/26
28
汽轮发电机结构
（1）机座和端盖
• 端盖的作用:保护定子和转子的端部，使电机内形成 一个与外界隔绝的风路系统。 • 一般用钢板焊接结构，也可采用灰铸铁或硅铝合金 铸件，中等容量的电机端盖也有采用玻璃钢压制的。 • 有足够的刚度。 • 大型同步电机，由于端部漏磁通较大，所以固定端 盖的螺栓宜加以绝缘，以防止漏磁通引起的涡流流 过螺栓而使其发热。
pn pn ff 60 n 11 60ff 60 p p
三相对称电 枢电流 iabc
旋转基波 磁势Fa Fa
9
2018/11/26
n 1 (同步电机) n nn 1
三相同步发电机的基本工作原理
定子绕组三相感应电势
eOA Em sin t
2018/11/26
42
转子铁心结构
2018/11/26
43
汽轮发电机结构
（2）励磁绕组
由矩形绝缘扁铜线绕成同心式线圈，两线圈边分别 放在大齿两侧所开的槽内，所有线圈串联。 励磁绕组构成电机直流回路，通过电刷与外电路连 接。
各线圈匝间有绝缘，对地也有
绝缘。
2018/11/26
44
2018/11/26
2018/11/26
4
本章主要内容
课题一三相同步发电机的基本工作原理及分类 课题二同步发电机的基本结构及应用 课题三同步发电机的励磁方式和并联运行
课题四 同步电动机的工作原理和启动方法
课题五 同步电动机功率因素的调整和同步补偿机
2018/11/26
5
三相同步发电机的基本工作原理
• 同步发电机(synchronous generator)是将机械 能转变为交流电能的设备。
同 步 电 机篇
2018/11/26
昆明石林
1
第九单元 三相同步电机
•同步发电机的基本电磁关系 •同步发电机对称运行时的特性
•同步发电机并网运行
2018/11/26
2
第九单元 三相同步电机
同步电机：交流旋转电机。
用途：主要作发电机用，也可作电动机带 动具有恒速要求的机械，还可作调相机，向 电力系统发出无功功率，用于改善电力系统 的功率因数及调整电网电压。
pn f 60 n 转子转速，r / min
2018/11/26
11
三相同步发电机的基本工作原理
交流电势频率f的确定
pn f 60 n 转子转速，r / min
结论：同步发电机定子绕组感应电势的频率取决于它 的极对数p和转子的转速n。 同步发电机极对数一定时，转速与电枢电势的频率 有严格对应关系。 当电力系统频率f一定，发电机转速 n 60 f / p 为恒 定值，这是同步发电机的主要特点。
N
励磁磁场Bf
If
S
n
2 f f 2
eb
ea Em cos t e 随转子旋转 电枢感应 OA Em sin t e E cos( t 120 b m 角速度ω eOB Em sin t 120)0 电势 0 e E cos( t 120 ) eOB c E m m sin t 120
水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较 多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式。
2018/11/26 18
同步电机与异步电机
同步电机的气隙较同容量的异步电机大。
异步电机励磁电流由电网供给，需从电网吸取 感性无功功率，若气隙大，则励磁电流大，电机的 功率因数低，因此在机械允许的条件下，气隙要尽 量小一些。
45
汽轮发电机结构
（3）护环和中心环
• 汽轮发电机转子绕组的端部在高速旋转中将承受巨 大的离心力，并在通过励磁电流时产生热膨胀，造 成径向和轴向位移．护环用来套在转子绕组瑞部外 面，防止径向位移，而中心环则用来阻止轴向位移。 • 为了避免因护环偏心引起的振动以及不对称运行或 异步运行时因转子表面感应电流引起配合面上的电 灼伤，要求护环与转子本体、护环与中心环之间有 较紧密的配合。
在火电厂，发电机用汽轮机作原动机，称为汽 轮发电机；在核电站是以核反应堆来代替火电站的 锅炉，原动机仍然是汽轮机； 在水电厂，发电机用水轮机作原动机，称为水 轮发电机； 有的地方用柴油机用作原动机，称为柴油发电 机。
2018/11/26 6
三相同步发电机的基本工作原理
• 同步发电机基本工作原理：导 体切割磁力线感应电动势。
2018/11/26
29
汽轮发电机结构
（2）定子铁心
定子铁心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的硅钢片 叠成。各段叠片间有宽约10mm的通风槽，以改善定 子铁心散热。
定子外径较小时，采用圆形冲片，外径大于1m 时，采用扇形冲片，目的是减少漏磁，防止涡流引 起过热。 定子铁心两端用非磁性材料 压板将其压紧，将整个铁心固定 在定子机座上。 沿定子铁心内圆表面的槽内 放置三相定子绕组。
2018/11/26
12
三相同步发电机的基本工作原理
结论：我国标准工频为50Hz，所以同步发电机的极 对数和转速成反比。