同步发电机结构及工作原理

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。
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。
• 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。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
汽轮发电机结构
（2）定子铁心
定子铁心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的电工钢 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。
ff 6p6p0n0n eeOcBEEmmcsoisn(tt112200 )0
ec
eb
三相对称负 载运行时
三相对称电 枢电流 iabc
旋磁转势基Fa波Fa
2021/4/11
n n 电力工程技n术n11（ch6i6n0pa0p-dffianli） n n1 1 (同步电机)
三相同步发电机的基本工作原理
2021/4/11
定子端部 电力工程技术（china-dianli）
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。
2021/4/11
气隙不均匀，极弧 底下气隙较小，极间部 分较大。
2021/4/11
1—定子 2—凸极式转子
电力工程技术（china-dianli）
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。
2021/4/11
1—定子 3—隐极式转子
电力工程技术（china-dianli）
凸极式和隐极式电机应用场合
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
汽轮发电机结构
汽轮机
同步发电机
励磁机
2021/4/11 火电厂(heat-e电n力g工in程e技术pl（acnhitna)-的dian生li）产现场
大亚湾核电站发电机组
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
岭澳一期核电站发电机组
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。
• 按冷却介质不同分为：空气冷却、氢气冷却、水冷 却等。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
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
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
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。
汽轮发电机的电压较高，要求定子绕组有足够的绝缘 强度，一般采用 B 级或 F 级绝缘。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
定子绕组下线定子绕组端部
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
定子绕组端部接头
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
汽轮发电机结构
（3）定子绕组
也称电枢绕组，一般采用双层三相对称绕组。
为便于绕组下线，定子槽采用矩形开口槽，定子绕组 放入槽中后，槽口用槽楔封住，槽楔常用绝缘材料(如 玻璃布板)做成。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
汽轮发电机结构
（3）定子绕组
大型电机定子电流极大，绕组导线截面大。为减小导 体集肤效应带来的附加损耗，定子绕组常由多股截面 15平方毫米以下的扁铜线并绕而成，且沿槽长进行适 当的换位，使绕组的有效部分，有时甚至连同绕组的 端接部分，成为编织形。
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。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
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。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
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
励磁磁场Bf
ea
N
If
n
S
随转子旋转 角速度ω
22f f
电枢感应 eeOaAEEmmcsoinstt
电势
eeObBEEmmcsoisn(tt112200 )0
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
第十四章
三相同步发电机的基本 工作原理与结构
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
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
定子绕组三相感应电势
eOA Em sin t 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
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
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。
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。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
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。
大型汽轮发电机定子铁心槽
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
汽轮发电机完工后的定子
发电机定子
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
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。
• 气隙：定转子之间有气隙。
动画
电力工程技术（china-dianli）
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。
电力工程技术（china-dianli）
转子绕组的通风口 护环 中心环 风扇
2021/4/11
汽轮发电机转子外形
电力工程技术（china-dianli）
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
发 电 机 转 子
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。
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。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
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）
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
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。
2021/4/11
电力工程技术（china-dianli）
（2）定子铁心
2思021/考4/11：定子铁心为电什力工么程技要术（用chin0a.-d5iamnli）m的硅钢片叠装？
• 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。