同步发电机结构及工作原理(课堂PPT)
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同步发电机结构及工作原理PPT
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。
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。
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。
18.06.2020
7
三相同步发电机的基本工作原理
N
If
n
Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
18.06.2020
• 同步发电机基本工作原理：导 体切割磁力线感应电动势。
磁势Fa
Fa
18.06.2020
nn11
6600 ff pp
nnnn1 1
(同步电机) 10
三相同步发电机的基本工作原理
定子绕组三相感应电势
eOAEmsi nt
eOB E msi nt (12 )0 eOC E ms（ in t24 ） 0
定子外接负载，形成回路，有三相电流。 机械能转化为电能
18.06.2020
14
同步电机的类型
• 按运行方式不同分为：发电机、电动机和调相机。
• 按结构形式不同分为：电枢旋转式（简称转枢式） 和磁极旋转式（简称转场式）。磁极旋转式按转 子结构不同又分为凸极式和隐极式。
• 按安装方式不同分为：卧式和立式。
• 按原动机类型不同分为：汽轮发电机、水轮发电 机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、 太阳能发电机等等。
《同步发电机原理》课件
05
同步发电机的发展趋势与展望
高效、环保的同步发电机研究
高效能
随着技术的不断进步，同步发电机在 效率和能效方面取得了显著提升，未 来研究将进一步探索提高发电效率的 方法，降低能源损失。
环保设计
为应对全球气候变化和环境问题，同 步发电机将更加注重环保设计，减少 对环境的影响，如采用低碳材料、减 少噪音和振动等。
智能化的同步发电机控制技术
自动化和远程控制
通过引入先进的传感器和控制技术，实现同步发电机的自动化和远程控制，提 高运行稳定性和可靠性。
智能诊断和维护
利用大数据和人工智能技术，实现同步发电机的智能诊断和维护，及时发现潜 在问题，降低维护成本。
同步发电机在新能源领域的应用前景
可再生能源整合
随着可再生能源（如风能、太阳能）的普及，同步发电机将作为重要的能源转换 和调节设备，实现可再生能源的有效整合和利用。
《同步发电机原理》ppt课件
目 录
• 同步发电机概述 • 同步发电机的工作原理 • 同步发电机的特性 • 同步发电机的控制与保护 • 同步发电机的发展趋势与展望
01
同步发电机概述
同步发电机的定义
同步发电机
一种将机械能转换为电能的旋转 电机，通过原动机（如汽轮机、 水轮机等）驱动转子旋转，从而 在定子中产生三相交流电。
短路保护
当发电机发生短路故障 时，快速切断电源以保
护发电机不受损坏。
过载保护
当发电机过载运行时， 及时切断电源或降低负 荷，防止发电机过热损
坏。
欠压保护
当发电机电压过低时， 自动切断电源以防止发
电机受损。
过压保护
当发电机电压过高时， 自动切断电源或降低励 磁电流，以防止发电机
第十四章同步发电机结构及工作原理课件
功能
机座和端盖是同步发电机的支撑 和保护部件。
组成
机座主要用于支撑和固定发电机各 部件，端盖则主要用于安装轴承和 密封发电机端部。
特点
机座和端盖的强度和刚度必须足够 ，以承受运行时的各种力和力矩， 同时还要具有良好的散热性能和防 震性能。
03
同步发电机的工作原理
同步发电机的工作过程
同步发电机的基本结构
第十四章同步发电机 结构及工作原理课件
目录
• 同步发电机概述 • 同步发电机的基本结构 • 同步发电机的工作原理 • 同步发电机的维护与保养
01
同步发电机概述
同步发电机的定义
同步发电机：一种将机械能转换为电能的旋转电机，通 过原动机（如汽轮机、水轮机等）驱动转子旋转，从而 在定子中产生交流电。
同步发电机的并网运行
并网运行的条件
同步发电机并网运行需要满足一定的条件，包括发电机的电压、频率和相位与 电网一致。此外，还需要满足并网点的条件，即并网点两侧的电压差在允许范 围内。
并网运行的控制
在并网运行过程中，需要通过控制发电机的输出功率和励磁电流来调节发电机 的电压和无功功率，以保证电网的稳定运行。同时，还需要注意防止发电机过 载和电网故障对发电机的影响。
同步发电机的工作原理基于电磁感应定律和全电流的电 磁力定律。
同步发电机的分类
01 按照冷却方式分类
分为空冷、水冷和氢冷等类型。
02 按照原动机类型分类
分为汽轮发电机、水轮发电机和燃气轮发电机等 类型。
03 按照相பைடு நூலகம்分类
分为单相、两相和三相同步发电机。
同步发电机的应用场景
01 电力系统
同步发电机广泛应用于电力系统，作为主要的电 源设备，为电网提供电能。
机座和端盖是同步发电机的支撑 和保护部件。
组成
机座主要用于支撑和固定发电机各 部件，端盖则主要用于安装轴承和 密封发电机端部。
特点
机座和端盖的强度和刚度必须足够 ，以承受运行时的各种力和力矩， 同时还要具有良好的散热性能和防 震性能。
03
同步发电机的工作原理
同步发电机的工作过程
同步发电机的基本结构
第十四章同步发电机 结构及工作原理课件
目录
• 同步发电机概述 • 同步发电机的基本结构 • 同步发电机的工作原理 • 同步发电机的维护与保养
01
同步发电机概述
同步发电机的定义
同步发电机：一种将机械能转换为电能的旋转电机，通 过原动机（如汽轮机、水轮机等）驱动转子旋转，从而 在定子中产生交流电。
同步发电机的并网运行
并网运行的条件
同步发电机并网运行需要满足一定的条件，包括发电机的电压、频率和相位与 电网一致。此外，还需要满足并网点的条件，即并网点两侧的电压差在允许范 围内。
并网运行的控制
在并网运行过程中，需要通过控制发电机的输出功率和励磁电流来调节发电机 的电压和无功功率，以保证电网的稳定运行。同时，还需要注意防止发电机过 载和电网故障对发电机的影响。
同步发电机的工作原理基于电磁感应定律和全电流的电 磁力定律。
同步发电机的分类
01 按照冷却方式分类
分为空冷、水冷和氢冷等类型。
02 按照原动机类型分类
分为汽轮发电机、水轮发电机和燃气轮发电机等 类型。
03 按照相பைடு நூலகம்分类
分为单相、两相和三相同步发电机。
同步发电机的应用场景
01 电力系统
同步发电机广泛应用于电力系统，作为主要的电 源设备，为电网提供电能。
《同步发电机》课件
备正常运行。
清洁保养
保持同步发电机的清洁 ，定期进行保养，如更 换润滑油、清洗空气过
滤器等。
故障处理
及时发现并处理同步发 电机运行中的故障，防
止设备损坏。
记录管理
建立并维护同步发电机 的运行记录，以便对设
备进行跟踪和管理。
04
同步发电机的故障诊断 与处理
同步发电机常见故障类型
机械故障
包括转子、定子、轴承等部件的故障 ，如转子不平衡、轴承磨损等。
03
对于热故障，可能需要 加强冷却系统或调整负 载以降低温度。
04
对于控制和保护系统故 障，可能需要修复或更 换失灵的调节器或保护 装置。
05
同步发电机的未来发展 与展望
同步发电机技术发展趋势
01
02
03
高效能化
随着技术的不断进步，同 步发电机在材料、设计和 制造方面将更加高效，提 高发电效率和降低能耗。
电气故障
包括定子绕组、转子绕组、励磁系统 等部分的故障，如匝间短路、励磁绕 组开路等。
热故障
由于发电机过热引起的故障，如定子 绕组过热、轴承过热等。
控制和保护系统故障
包括励磁调节器、控制系统等部分的 故障，如调节器失灵、保护装置误动 作等。
度监测
通过监测发电机的振动和声音，可以发现 机械和电气故障。
同步发电机的应用场景
水力发电
核能发电
利用水轮机带动同步发电机转动，将 水能转换为电能，广泛应用于水电站 。
利用核反应堆产生的热能驱动汽轮机 ，进而带动同步发电机转动，将核能 转换为电能，广泛应用于核电站。
火力发电
利用汽轮机带动同步发电机转动，将 热能转换为电能，广泛应用于火电站 。
清洁保养
保持同步发电机的清洁 ，定期进行保养，如更 换润滑油、清洗空气过
滤器等。
故障处理
及时发现并处理同步发 电机运行中的故障，防
止设备损坏。
记录管理
建立并维护同步发电机 的运行记录，以便对设
备进行跟踪和管理。
04
同步发电机的故障诊断 与处理
同步发电机常见故障类型
机械故障
包括转子、定子、轴承等部件的故障 ，如转子不平衡、轴承磨损等。
03
对于热故障，可能需要 加强冷却系统或调整负 载以降低温度。
04
对于控制和保护系统故 障，可能需要修复或更 换失灵的调节器或保护 装置。
05
同步发电机的未来发展 与展望
同步发电机技术发展趋势
01
02
03
高效能化
随着技术的不断进步，同 步发电机在材料、设计和 制造方面将更加高效，提 高发电效率和降低能耗。
电气故障
包括定子绕组、转子绕组、励磁系统 等部分的故障，如匝间短路、励磁绕 组开路等。
热故障
由于发电机过热引起的故障，如定子 绕组过热、轴承过热等。
控制和保护系统故障
包括励磁调节器、控制系统等部分的 故障，如调节器失灵、保护装置误动 作等。
度监测
通过监测发电机的振动和声音，可以发现 机械和电气故障。
同步发电机的应用场景
水力发电
核能发电
利用水轮机带动同步发电机转动，将 水能转换为电能，广泛应用于水电站 。
利用核反应堆产生的热能驱动汽轮机 ，进而带动同步发电机转动，将核能 转换为电能，广泛应用于核电站。
火力发电
利用汽轮机带动同步发电机转动，将 热能转换为电能，广泛应用于火电站 。
同步发电机讲解ppt课件
1。机座:防护 支承 密封 耐压 防爆 防振
2。定子铁心:轴向分段 径向通风 端部呈阶梯型 3。定子线圈水内冷:空心导体与实心导体组合而成
定子线圈水内冷 水路连接为并联单流水路 水电接头
4。定子端部的处理
6
卧式弹簧板隔振结构
有效隔离定子铁芯振 动传到定子机座和基 础上，避免产生共振
7
铁芯特点: 轴向分段,径向通风槽
9
已经完工的定子铁芯
10
定子线圈
11
定子线圈的槽内固定
12
定子线圈水电接头
13
定子线圈端部结构
14
定子线圈出线氢冷风路
15
转子结构特点
1。氢内冷转子，气隙取气径向斜流通风方式。 冷却均匀
2。转子设有滑移层，铜线防磨损垫条 适应调峰运行要求
3。转子端部设半阻尼绕组 提高负序能力
16
正在加工的转子
• 机组排氢时，降低气体压力至20-30KPa，降压速度不可太快，以免引起静 电。然后向机内引入CO2用以驱赶机内氢气。当CO2含显超过95％时，方可 引入压缩空气驱赶CO2，当气体混合物中空气含量达到95%,才可终止向发电 机内输送压缩空气。
27
置换空气流程
28
氢气系统冷却器
发电机氢冷系统的冷却 • 为闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的
4 发电机机壳内最小氢气纯度
92
% 报警值
5 氢气总补充量保证值（在额定氢压下）
≤10 Nm3/24h
6 氢系统装置制造厂/国别
东电
7 氢系统装置型式
集装
8 氢系统装置尺寸（长×宽×高）
1080×1050 mm ×480
25
1. 对供给发电机的氢气要求 a.压力不高于3.2MPa, b.纯度不低于99.5%, c.露点温度≤-21℃，
2。定子铁心:轴向分段 径向通风 端部呈阶梯型 3。定子线圈水内冷:空心导体与实心导体组合而成
定子线圈水内冷 水路连接为并联单流水路 水电接头
4。定子端部的处理
6
卧式弹簧板隔振结构
有效隔离定子铁芯振 动传到定子机座和基 础上，避免产生共振
7
铁芯特点: 轴向分段,径向通风槽
9
已经完工的定子铁芯
10
定子线圈
11
定子线圈的槽内固定
12
定子线圈水电接头
13
定子线圈端部结构
14
定子线圈出线氢冷风路
15
转子结构特点
1。氢内冷转子，气隙取气径向斜流通风方式。 冷却均匀
2。转子设有滑移层，铜线防磨损垫条 适应调峰运行要求
3。转子端部设半阻尼绕组 提高负序能力
16
正在加工的转子
• 机组排氢时，降低气体压力至20-30KPa，降压速度不可太快，以免引起静 电。然后向机内引入CO2用以驱赶机内氢气。当CO2含显超过95％时，方可 引入压缩空气驱赶CO2，当气体混合物中空气含量达到95%,才可终止向发电 机内输送压缩空气。
27
置换空气流程
28
氢气系统冷却器
发电机氢冷系统的冷却 • 为闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的
4 发电机机壳内最小氢气纯度
92
% 报警值
5 氢气总补充量保证值（在额定氢压下）
≤10 Nm3/24h
6 氢系统装置制造厂/国别
东电
7 氢系统装置型式
集装
8 氢系统装置尺寸（长×宽×高）
1080×1050 mm ×480
25
1. 对供给发电机的氢气要求 a.压力不高于3.2MPa, b.纯度不低于99.5%, c.露点温度≤-21℃，
同步电机的基本工作原理与结构_图文
额定运行时加在 在额定运行状
三相定子绕组上 态下三相定子
的线电压。
绕组的线电流
对同步发电机额定值.之间关系为：
６.2 同步发电机的空载运行
同步发电机被原动机拖动到同步转速，励磁绕组中通入直流 电流 ，定子绕组开路的运行称为空载运行。 电磁关系：
空载电动势 大小：
空载特性：
此种情况下
---直轴分量 ---交轴分量
--直轴同步电抗 --交轴同步电抗
分别表征在对称负载下，单位直轴或 交轴三相电流产生的总电枢磁场在电 枢每一相绕组中感应的电动势。
二、凸极同步发电机的相量图 作图步骤
6.4.2隐极同步发电机的电动势方程、相量图和等效电路
一、电动势方程
电磁关系：
令
电动势平衡方程
不计磁路饱和时有下列关系
--同步电抗
称为“V”形
曲线。
对于一个给定的有功功率输出就有一条V形曲线，有功功率 越大，曲线向上移，因此可是以得到一簇“V”形曲线。
６.6 同步电动机和同步调相机
6.6.1 同步电动机
一、同步电机的可逆原理
同步电机的运行是可逆 的，既可以用作发电机，还 可以用作电动机。
同步电机运行于发电 机状态时，如图所示。
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
返回
1、汽轮发电机结构 （1）定子铁心
返回
1、汽 轮发电 机结构
返回
2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
2、水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
1.发电环节——各种电机 引进600MW汽轮发电机
国产300MW汽轮发电机
同步电动机基本工作原理和结构ppt课件
（a）凸极式 （b）隐极式
高转速的场合，其转子细而长， 气隙均匀。
图6.1 同步电动机的结构示意图
.
同步电机与其他旋转电机一样，由定子和转子两大 部分组成。旋转磁极式同步电机的定子主要由机座、铁 心和定子绕组构成。为减小磁滞和涡流损耗，定子铁心 采用薄硅钢片叠装而成，定子铁心的内表面嵌有在空间 上对称的三相绕组。转子主要由转轴、滑环、铁心和转 子绕组构成。为兼顾导磁性能和机械强度的要求，转子 铁心常采用高强度合金钢锻制而成。转子铁心上装有励 磁绕组，其两个出线端与两个滑环分别相接。为便于启 动，凸极式转子磁极的表面还装有用黄铜制成的导条， 在磁极的两个端面分别用一个铜环将导条连接起来构成 一个不完全的笼形启动绕组。
6.1 同步电动机的基本工作原理和结构
6.1.1 结构
同步电机有旋转磁极式和旋 转电枢式两种结构形式。由于旋 转磁极式具有转子重量小、制造
工艺较简单、通过电刷和滑环的 电流较小等优点，大中容量的同 步电动机多采用旋转磁极式结构。 根据转子形状的不同，旋转磁极
式又可分为凸极式和隐极式两种，
如图6.1所示。凸极式多用于要 求低转速的场合，其转子粗而短， 气隙不均匀。隐极式多用于要求
பைடு நூலகம்
定子旋转磁场与转子的速度为 转速。它的大小只决定于电源频率
n1
f1
60 f1 ，称为同步 的大p 小和定、转
子的极对数p，不会因负载变化而改变。定子旋转磁场
或转子的旋转方向决定于通入定子绕组的三相电流相
序，改变其相序即可改变同步电动机的旋转方向。
.
.
6.1.2 工作原理
同步电动机工作时，定子的三相绕组中通入三相 对称电流，转子的励磁绕组通入直流电流。
01-同步电机课件ppt
同步电机目录1、同步电机基本原理与结构2、同步电机的电磁关系和分析方法3、同步发电机的运行特性4、同步发电机的并联运行5、同步电动机同步电机基本原理与结构•同步电机基本原理与结构•1、同步发电机的基本原理•2、同步电机的基本结构•3、同步发电机的励磁方式•4、同步电机的额定值同步电机基本原理•回顾异步电机的工作原理定子通入三相电流产生转速为n1的旋转磁场（异步）切割转子导体转子导体中产生感应电动势形成感应电流电流在磁场中受力产生力矩转子旋转•同步电机工作原理转子直流励磁外力使转子旋转得到旋转磁场且转子转速与旋转磁场转速同步旋转磁场切割定子绕组得感应电势同步电机运行状态发电机——把机械能转换为电能电动机——把电能转换为机械能补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸收无功功率同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场与转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角同步电机的结构1、同步电机的基本结构形式同步电机旋转电枢式旋转磁极式隐极式（如汽轮发电机）凸极式（如水轮发电机）磁极放在定子上隐极式（汽轮机）N+S凸极式（水轮机）NS+SN2. 同步电机的结构特点同步电机由定子、转子、端盖和轴承等构成1.定子定子绕组：三相对称，一般采用三相双层短距叠绕组，也称电枢绕组定子铁芯：一般由厚0.35mm或0.5mm的硅钢片叠成定子机座：支撑定子铁芯2.转子汽轮发电机：隐极式，卧式结构，注重通风和冷却水轮发电机：凸极式，立式结构，分悬式和伞式，包括轴、转子支架、磁轭、磁极及励磁绕组、阻尼绕组等。
另：凸极同步发电机也有卧式（横式）结构。
如同步电动机、同步补偿机等3.气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。
同步电机的励磁方式同步电机励磁方式直流励磁机励磁——直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。
整流器励磁——静止式旋转式（无电刷）励磁系统供给励磁电流→建立磁场，分以下两类:用整流装置将交流变成直流后供给励磁换向困难火花严重励磁容量增加引起集电环严重过热直流并励励磁系统整流器励磁(a) 静止整流器励磁交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组(b) 旋转整流器励磁交流励磁机→整流→直流电→励磁绕组同步电机的额定值永磁同步电机的额定值额定电压U N ：电机额定运行时定子的线电压（V 或kV ）额定电流I N ：电机额定运行时定子的线电流（A ）额定功率因数：电机额定运行时的功率因数额定效率ηN ：电机额定运行时的效率cos N额定功率P N ：电机额定运行时的输出功率（kW 或MW ）对发电机为额定输出有功电功率对电动机是轴上输出的额定机械功率额定频率f (Hz) 额定励磁电流I fN (A) ；额定励磁电压U fN (V)NN N N I U P ϕcos 3=3cos N N N N NP U I ϕη=额定转速n N ：电机额定运行时的转速(r/min)谢谢同步电机空载磁场同步电机空载运行•空载运行：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＝0）绕组不带任何负载时（定子电流Ia•空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势单独建立，分析较为简单•主磁通和漏磁通ΦσΦf 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主磁通通过气隙并与定子绕组相交链，漏磁通不通过气隙，仅与励磁绕组相交链。
《同步电机》PPT课件
精选ppt
15
..
Ia
E0
★y=(0~900 ) (参图6-9） 滞后 一个锐角
Id=Iasiny Iq=Iacosy
A、直轴分量Id直轴去磁作用
Ff1
B、交轴分量 Iq交磁作用， F，
其轴线位置从空载时直轴处逆转
子转向后移一个锐角
Iq F Faq
. E0 .
Ia Fa
(Id)Fad
图6-9
精选ppt
图6-4 凸极式转子
精选ppt
6
同步电机的运行原理
一、同步发电机工作原理
参考同步电机结构模型图6-5
1、定子上：三相绕组，空间互 差1200电角度，匝数相等
转子上：If,由转子N极出 来气隙定子铁心气隙转 子S极
原动机n逆时针恒速旋转定子 上导体切割磁力线产生e
图6-5
精选ppt
7
6.2 同步发电机的空载运行
.
E . .
EE
.. . E =E0+Ea
=U.+I.Ra+jI.X
a0
.
E 基波
.
U
精选ppt
17
图6-10
. . .. . .
..
. . . E0=-Ea+U+IRa +jIX =U+IRa +jIX+jIXa
=U+IRa+jIXt
Xt =X+ Xa
大小：E0=4.44f1NKN10
Xt--隐极机同步电抗，表征对称稳态运行时电枢反应基波磁场和漏磁场 .
2、时空矢量图（取定子绕组的时间参考轴即时轴与相轴重合）
Ff中的基波分量Ff1 (空间矢量）与由它产生的Bf1 (空间矢量）
十四同步发电机结构及工作原理精品PPT课件
❖ 主要介绍同步电机的结构、分析方法、运行特性和
它的各种参数。
第十四章 三相同步发电机的基 本工作原理与结构
❖第一节 三相同步发电机的 基本工作原理及分类
一. 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。 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。 等等
4.同步发电机的冷却方式
❖ 常用的冷却介质有空气、氢气和水。
❖ 目前发电机的冷却方式有：
空气冷却；水-氢-氢，即定子绕组用水冷却，转子 绕组采用氢内冷，定子铁心为氢冷；
水-水-氢，即定子绕组和转子绕组用水冷却，定子 铁心为氢冷。
由于氢气的密度仅为空气的1/4，导热性能比空气 好6倍，其冷却效果比空气好，所以，大容量同步 发电机采用水-氢-氢。
❖ 定子上嵌放有对称三相绕组ax、b-y、c-z。
N
If
n
❖ 转子绕组通以直流电流形成分 布励磁磁场，匝链定子上的各 相绕组。
S
❖ 原动机拖动转子以恒定速度旋
转，励磁磁场随转子一起旋转
，就得到一个机械旋转磁场，
图14-1 同步电机的结构模型该磁场依次切割定子各相绕组
（相当于绕组的导体反向切割
励磁磁场）。
二.水轮发电机
❖ 水轮发电机(hydro-generator)的主要结构型式有 卧式、立式和灯泡贯流式，如图14-13。
❖ 通常小容量水轮发电机多采用卧式结构，中等容量 水轮发电机采用立式或卧式结构，而大容量水轮发 电机则广泛采用立式结构。
它的各种参数。
第十四章 三相同步发电机的基 本工作原理与结构
❖第一节 三相同步发电机的 基本工作原理及分类
一. 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。 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。 等等
4.同步发电机的冷却方式
❖ 常用的冷却介质有空气、氢气和水。
❖ 目前发电机的冷却方式有：
空气冷却；水-氢-氢，即定子绕组用水冷却，转子 绕组采用氢内冷，定子铁心为氢冷；
水-水-氢，即定子绕组和转子绕组用水冷却，定子 铁心为氢冷。
由于氢气的密度仅为空气的1/4，导热性能比空气 好6倍，其冷却效果比空气好，所以，大容量同步 发电机采用水-氢-氢。
❖ 定子上嵌放有对称三相绕组ax、b-y、c-z。
N
If
n
❖ 转子绕组通以直流电流形成分 布励磁磁场，匝链定子上的各 相绕组。
S
❖ 原动机拖动转子以恒定速度旋
转，励磁磁场随转子一起旋转
，就得到一个机械旋转磁场，
图14-1 同步电机的结构模型该磁场依次切割定子各相绕组
（相当于绕组的导体反向切割
励磁磁场）。
二.水轮发电机
❖ 水轮发电机(hydro-generator)的主要结构型式有 卧式、立式和灯泡贯流式，如图14-13。
❖ 通常小容量水轮发电机多采用卧式结构，中等容量 水轮发电机采用立式或卧式结构，而大容量水轮发 电机则广泛采用立式结构。
电机学-同步电机的基本知识和结构ppt课件
➢水轮发电机
转子
特点：转速低，转轴短粗，为凸极式转子。 作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。
定子
特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。 作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
同步电机工作时必须供给励磁绕组直流电流，以便建立励磁磁场。 提供直流的电源及附属设备统称为励磁系统。获得励磁电流的方 法称为励磁方式。
励磁系统的形式很多，按照励磁系统和发电机的关系，可分为他 励式(separately excited)和自励式(self-excited)两类。
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
一、他励式励磁系统 他励式励磁系统主要有下列几种。 1．直流励磁机励磁系统
if
If
L
Rf
A
K
～G V
同步电动机：PN是指轴上输出的有效机械功率，也用千瓦(kW) 或兆瓦(MW)来表示。对于同步调相机，则用线端的额定无功 功率来表示其容量。以千乏(kVAR)或兆乏(MVAR)为单位。
同步电机的基本知识和结构
§7-5 同步电机的额定值
➢额定电压UN 指在额定运行时电机定子三相线电压，单位为伏(V)或千伏(kV)。
Y
C
Y
C
A
.N
S
XA
n1
Z
B
Z
横截面图 凸极式
N
S
X
.n1
B
隐极式
同步电机的基本知识和结构
§7-2 同步电机的基本工作原理
➢同步发电机
作为发电机运行时，用一原动机拖动转
子旋转，转子励磁绕组中通入直流电，
Y
从而在气隙中产生一旋转的磁场，该磁
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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。
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1—定子 2—凸极式转子
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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。
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1—定子 3—隐极式转子
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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。
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。
同步电机篇
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本篇主要内容
•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
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概述
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。
励磁磁场Bf
随转子旋转 电枢感应 eeOaAEEmmcsionstt
角速度ω 电势
eeObBE Emmcsio n tst(1122)000
22f f
f
f
ppnn 6600
eeOcBE Emmcsio n tst(11220)00
ec
eb
三相对称负 三相对称电 旋转基波
载运行时
枢电流 iabc
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同步电机的类型
• 按运行方式不同分为：发电机、电动机和调相机。
• 按结构形式不同分为：电枢旋转式（简称转枢式） 和磁极旋转式（简称转场式）。磁极旋转式按转 子结构不同又分为凸极式和隐极式。
• 按安装方式不同分为：卧式和立式。
• 按原动机类型不同分为：汽轮发电机、水轮发电 机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、 太阳能发电机等等。
• 转子：转动的部分，转子上有 磁极和励磁绕组，产生磁场。
• 定子（又叫电枢）：固定的部 分，定子铁心上有齿和槽，槽 内设置有绕组，是切割磁场的 导体。
• 气隙：定转子之间有气隙。
动画
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三相同步发电机的基本工作原理
• 定子：有三相定子绕组，每相 结构完全相同，它们在空间上 互差120°电角度对称分布放置 在定子铁心槽内。
• 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。
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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
ea
N
If
n
S
转子通直流电流 If
现代发电厂中所发出的交流电能几乎全
部是同步发电机发出，尽管目前有其他发电
型式，如磁流体发电，太阳能发电等，但电 力系统中仍是同步发电机占绝对优势。
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概述
同步电机指电机转子的转速n与旋转磁场 转速n1相同的交流电机。
同步电机的转速：n=60f1/p f1 --电网频 率。
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• 按冷却介质不同分为：空气冷却、氢气冷却、水 冷却等。
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第二节 同步发电机的基本构造
• 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19.转06.2。020
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三相同步发电机的基本工作原理
交流电势频率f的确定
f pn 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n60f /p为恒
定值，这是同步发电机的主要特点。
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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：
f pn 60
n转子转速r，/ min
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第十四章
三相同步发电机的基本 工作原理与结构
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本章主要内容
第一节 三相同步发电机的基本工作原理及分类 第二节 同步发电机的基本结构 第三节 大型同步发电机的基本系统 第四节 同步发电机的型号与额定值
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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。
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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。
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。
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三相同步发电机的基本工作原理
N
If
n
S
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• 同步发电机基本工作原理：导 体切割磁力线感应电动势。
磁势Fa
Fa
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nn11
6600 ff pp
nnnn1 1
(同步电机) 10
三相同步发电机的基本工作原理
定子绕组三相感应电势
eOAEmsi nt
eOB E msi nt (12 )0 eOC E ms（ in t24 ） 0
定子外接负载，形成回路，有三相电流。 机械能转化为电能
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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。
p 3000 n
汽轮发电机转速较高，极对数较少，如转速 n=3000r/min，则极对数p=1。 水轮发电机转速较低，极对数较多，如转速 n=125r/min，则极对数p=24。