同步发电机原理 非常好的 找了好久

实际生产中，它还可以检查三 相电枢绕组的对称性、匝间短路、 判断励磁绕组和定子铁心有无故障 等。
同步电机原理
发电机的短路特性 定子绕组短路，定子绕组电流与励磁电
流之间的关系 作用：求发电机的同步电抗、断路比，判
断转子绕组的匝间短路
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2、短路特性
定义： n = n1 ,U = 0, IS = f ( I f )
转子
转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成 励磁绕组：铜线制成 护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出 中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动 滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组
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转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
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1、汽轮发电机结构 （1）定子铁心
基波 波形
大小
位置
转速
转向
励磁磁动 正弦 恒定，由励 由转子位置 由原动机的转速 由原动机
势
波 磁电流决定 决定
决定
决定
电枢反应 正弦 恒定，由电 由电流瞬时 由磁极对数和电 由电流相
磁动势 波 枢电流决定 值决定
流频率决定
序决定
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同步发电机的能量输出
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• 1.有关发电机的损耗
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二 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 I f ，定子绕组开路的运行称为空载运行。
电磁关系：
If
Ff
Φ& f σ
Φ& 0
E& 0
空载电动势 E 0大小：
E0 = 4.44 fN1kw1Φ0
空载特性： n = nN , I = 0, E0 = f ( I f )
产生定子磁场 (电枢反应磁场)
阻碍转子磁场前进
维持额定转速 汽机增加进汽 汽机转速降低
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F0
发
N
电
机
转
向
S
发电机空载,δ=0
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发 电 机 转 向
δ角
F0
FR
N
F S
发电机带负荷时,δ的大小负荷大小性质有关
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纯感性负荷 去磁 端电压
纯容性负荷 助磁 端电压
上两种负荷只会使磁场 削弱或加强,但不会扭曲 但是,实际负荷都是感性的,相当于纯阻性和 纯感性的叠加,所以它既有使主磁场的扭曲, 又有去磁作用.
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功 率
180°角
功角
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2.功角特性对运行的影响 1.）发电机的功率极限：当δ角从0—900时，有 功随δ增大而增大，当δ=900时，有功最大。 PMAX=UE0/Xd
发电机的功率极限
当δ=900时，有功随δ增大而减小 当δ=1800时，有功为0
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静态稳定区：汽轮机功率不变，转子在外力的 作用下，δ角发生微小变化，如果原来的工作 点在δ角0—900之间，则发电机会通过若干个 摆动回到原来的工作点，此区间为静态稳定区 非稳定区：如果δ角在900—1800之间，则不 会稳定，为非稳定区 如果δ角超过1800，则为逆功率运行
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同步电机和异步电机的区别? 1.同步 同步发电机:定子磁场与转子磁场以同
方向、同转速旋转。
２.空载特性 概念：额定转速下，发电机不带负荷，即只
加励磁，不并网时的特性。 空载特性试验：定速后，逐渐增加励磁，到
端电压130%，后逐渐降低励磁，会得到空载特 性曲线。
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Eo
空载特性曲线
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发电机运行极限受哪些条件限制
• 根据同步发电机运行极限图可知受以下几 个方面的限制：
• 发电机定子绕组温升（即视在功率）限制、 励磁绕组温升（即励磁电流）限制、发电 机额定有功功率限制、发电机定子端部温 升和静态稳定性限制等。
同步电机原其理它影响因素
• 1、电压、周波变动范围在允许值内 • 2、发电机事故过负荷能力 • 3、功率因数在迟相0.85～0.95， • 自动励磁调节时允许功率因数为1运行 • 4、未进行温升试验，不允许超过铭牌数据运行 • 5、进相运行时，应符合进相运行条件 • 6、机、炉无影响机组运行缺陷 • 7、主变温升在允许值内
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1、汽 轮发电 机结构
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2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
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2、水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
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1.发电环节——各种电机
引进600MW汽轮发电机
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国产300MW汽轮发电机
额定电压U N (kV ) 额定电流 I N ( A)
额定运行时加在 三相定子绕组上 的线电压。
在额定运行状 态下三相定子 绕组的线电流.
对同步发电机额定值之间关系为：
额定功率因数
额额额额定定定定转 效 频励速 率 率磁电ηnf NNN流
cosϕ
I fN
N
额定励磁电压 U fN
PN = SN cos ϕN = 3U N I N cos ϕN
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故,在同步发电机中,气隙磁场轴线和主磁场轴线 之间的夹角与发电机输出的有功功率的大小有关. 当同步发电机输出的有功功率增大时,原动机输入 的有功功率增大,δ角也随着增大. δ角也叫做功 率角.一般汽轮发电机额定负荷运行, δ角约为 250---300
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三 同步发电机的运行特性
• 一个通电线圈和一根磁棒相当，那末，使 通电线圈和另一线圈作相对运动，我们将 看到完全相同的现象。那末，究竟是由于 相对运动还是由于线圈所在处磁场的变化 使线圈中产生电流？
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• 一个体积较大的线圈A与电流计G接成闭合 回路，另一个体积较小的线圈B与直流电源 和电键K串联起来组成另一回路，并把B插 入线圈A内，可以看到，在接通和断开K的 瞬间，电流计的指针突然偏转，并随即回 到零点。若用变阻器代替电键K，同样会观 察到这个现象。从这个实验可归纳出：相 对运动本身不是线圈产生电流的原因，应 归结为线圈A所在处磁场的变化。
作用：和继报保有关，用来求电压 变化率，不饱和电抗值
降低励磁过程,磁滞现象
增加励磁过程
I
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1、空载特性 定义：n = n1 , I = 0,U0 = E0 = f ( I f )
空载特性是发电机的基本特性 之一。它一方面表征了磁路的饱和 情况，另一方面把它和短路特性、 零功率因数负载特性配合，可确定 电机的基本参数、额定励磁电流和 电压变化率等。
• 摩擦损失+风阻 铁芯磁滞+涡流 定子绕组本身的损失
机械损失
铁损
空载损耗
铜损（<1%可以忽略）
汽轮机输入的功率减去以上损失,剩下的 作为有功功率输出
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• 2、同步发电机有功输出 当发电机带纯阻性负荷时
出现定子电流
使气隙磁场发生歪曲或畸变,即气隙磁场 对于主磁场来说,逆着转向偏了一个 δ角
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将线圈与电流计接成闭合回路。由于回 路中不含电源，所以电流计的指针不偏 转，现将一条形磁铁插入线圈，通过插入、 停止、拔出的过程，通过电流计指针的变 化可归纳出：只有当磁铁棒与线圈有相对 运动时，线圈中才会有电流，相对速度越 大，所产生的电流就越强，停止相对运 动，电流随之消失。
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一 同步电机的基本工作原理与结构
（二） 同步电机的基本工作原理与分类
１、同步发电机的基本工作原理
励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁
场，原动机拖动转子以转速 n 旋转时，其
磁场切割定子绕组而感应交流每电相动绕势组E匝0 数.
频率： 大小：
f = pn 60
电势绕每极组磁系通 数（Wb）
E0 = 4.44 fN1kw1Φ0
• 发电机和无穷大电网并联运行时，发电机的 输出功率为：
• Pde=(UE0/Xd)sinδ • ------其中δ—发电机端电压与空载电势的夹角（功率角）
• U —发电机端电压
•
E0 —发电机空载电势
•
Xd —发电机同步电抗
• 式中U、E0、 Xd都可以认为是常数，这样Pde的大小仅仅与 δ有关，它们之间是正弦函数关系， Pde与之间的关系曲线 为功角特性
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在稳恒磁场内有一闭合的金属线框A，其中 串联一灵敏电流计G，线框的a b部分为可 沿水平方向滑动的金属杆。无论ab朝哪个 方向滑动，A所在处的磁场并没有变化，但 金属框所围的面积发生了变化，结果也产 生电流。
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法拉第电磁感应定律 我们知道，闭合回路中有电流产生，那就意味着 回路中有电动势存在。这种由于磁通量的变化而 引起的电动势称为感应电动势。感应电动势比感 应电流更能反映电磁感应现象的本质。当回路不 闭合的时候，也会发生电磁感应现象，这时并没 有感应电流，而感应电动势却依然存在。此外， 感应电流的大小是随着回路的电阻而变的，而感 应电动势的大小则不随回路的电阻而变。确切地 讲，对于电磁感应现象应这样来理解：当穿过导 体回路的磁通量发生变化时，回路中就产生感应 电动势。
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三 同步电机的电枢反应
电枢反应:电机带上负载后，电枢磁动势的基波在气隙中使气隙 磁通的大小及位置均发生变化, 这种影响称为电枢反应.
之电间枢的反应相的对性位质置，，取即决与于空电载枢电磁动动势势E& 0和基电波枢Fa 和电励流磁I& 磁之动间势的基夹波角
Ff
ψ
有关.
励磁磁势和电枢磁势的区别
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同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速机 时得名。同步电机主要用作发电机，也可用作电动机和调相机。
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一 同步电机的基本工作原理与结构
（一） 同步电机的基本结构
以汽轮发电机为例:
定子铁心：硅钢片叠成。 定子(电枢) 电枢绕组：三相对称绕组——铜线制成
机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。
短路时的等效电路
短路特性曲线
短路特性与 空载特性配合可 以求出电机的同 步电抗。
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• 3、发电机的外特性 • 指COSΦ、励磁电流、转速恒定时，
发 • 电机定子电流与端电压的变化关系
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1.5U
在滞后的COSΦ下，当
COSΦ=1
定子电流增加时，电压
降较大，此时是去磁作
用。
COSΦ=0.8 在超前的COSΦ下，当
定子电流增加时，电压
1
反而升高，此时是助磁
作用。
COS（- Φ）=0.8
0.5
1.0 I
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4、发电机的调整特性 ---指电压、转速、COSΦ恒定，改变定子电
流时的励磁电流的变化曲线 。
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励 磁 电 流
COSΦ=0
1
COSΦ=0.8 COSΦ=1
COS (-Φ)=0.8
0
1 定子电流
发电机调整特性曲线
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在滞后的COSΦ下,负荷增加,励磁电流也必然 增加. ----此时去磁作用加强,要维持气隙磁通,必须增加 转子磁势.
在超前的COSΦ下,负荷增加,励磁电流一般要 降低. ----这是因为电枢反应有助磁作用.
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四、发电机的功角特性
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• 1、发电机的功角特性
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国产200MW汽轮发电机定子
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国产200MW汽轮发电机定子铁心
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现场运行的水轮发电机
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电磁感应定律
• 电磁感应现象 1820年，奥斯特的发现第一次揭示了电流能够
产生磁，从而开辟了一个全新的研究领域。当时 不少物理家想到：既然电能够产生磁，磁是否也 能产生电呢？法拉第坚信磁能够产生电，并以他 精湛的实验技巧和敏锐的捕捉现象的能力，经过 十年不懈的努力，终于在1831年8月29日第一次 观察到电流变化时产生的感应现象。紧接着，他 做了一系列实验，用来判明产生感应电流的条件 和决定感应电流的因素，揭示了感应现象的奥秘。
波形：由e = B( x )lv 可知，波形 取决于 B( x ) 的空间分布。
相序：由转子的转向决定。
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发电机的物理过 程可用图示表示
U1
•
W2 •
N
n
•
×S
V1
×
U2
• V2
×
× W1
旋转示意图1 旋转示意图2
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２、同步电机的分类
按运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。 按结构型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。 旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。 按原动机类别,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油 发电机等。 汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2极，转速 为3000转/分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。
同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。
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３ 同步电机的额定值
额定容量 S N 额定功率 PN
指电机额定运行时，输出功率的保证值。同步发电机是指输 出的额定视在功率或有功功率，单位是KVA或KW。电动机额定容 量是指额定条件下转轴上输出的机械功率，单位是KW。调相机用 KVA或Kvar表示。