三相交流同步发电机

转子磁极结构形式
凸极式：有凸出的磁极， 简单,适用于船用柴油 机、水轮机作原动机的 发电机。(离心力较大) 转速：500-1500r/min
隐极式：呈圆柱形，结 构较复杂、用于高 速发电机（汽轮发 电机） 转速：1500r/min
转子磁极
定子电枢
励 磁 系 统
原动机
主发电机
2.三相交流同步发电机的工作原理
二、同步发电机的空载运行及空Βιβλιοθήκη Baidu特性
1.同步发电机的自励起压
自励式：半导体励磁 同步发电机的励磁电流是由发电机自已提供
转子励磁绕组 电枢绕组
辅助绕组 三相桥式整流
2.自励起压条件
（1）必须具有足够的剩磁，自励的必要条件 （2）自励过程构成正反馈，方向相同，极性 一致 （3）适当整定励磁回路阻抗
3.自励起压存在的实际问题及措施
电枢电流
2、同步发电机的电枢反应分析 电枢电流影响电枢反应的性质：电枢电流 Ia与空载电势Eo的关系有：同相位、滞后和超 前三种。 与之对应的电枢反应的性质有：交轴、直轴去 磁和直轴增磁三种。 Ia与Eo的夹角为内功率因数角ψ
(1）Ψ ＝0
交 轴 反 应 （ 同 相 位 ）
Ia与Eo同相（阻性负载）
一、三相交流同步发电机的构造与工作原理
1、三相交流同步发电机的构造：
（1）定子（电枢）： 定子铁芯、机座、三相绕 组(接星形)。 定子绕组与三相电网连接， 产生感应电动势，并电 网输送电能。 （旋转磁极式三相同步发 电机的定子也称“电 枢”）
（2）转子（磁极）：转子铁芯、直流励磁绕组、 滑环与电刷 励磁绕组通直流电，产生恒定的主磁通，在原动机 带动下旋转。
本节要点： 一、同步发电机结构、工作原理、类型、额定参 数。 二、同步发电机空载特性实质；电枢反应（3种）； 三、同步发电机外特性与（Δ u）；调节特性。 四、功率的调节与并联运行特点（无穷大，同容 量）。 电枢反应是本章的相对难点
（1）提高发电机的剩磁电压 （2）降低伏安特性 （3）利用复励电流帮助起压
4.同步发电机的空载运行及空载特性 E0=f（If）（ 相似磁化曲线）
Eo＝KeΦn 保持额定转速不变，空 载电势E0与空载励磁 电流I f的关系曲线。 ∵ E0∝Φ0∝ If ； ∴空载特性的实质就是磁 化曲线。
同步发电机的空载额定电压一般处于空载特 性曲线的部分（接近饱和点）
转子励磁绕组 电枢绕组
辅助绕组 三相桥式整流
他励：设有专用励磁电源的称为他励（无刷）。 ①直流发电机 ②无刷同步发电机
4.铭牌数据
额定容量：同步发电机输出的电功率。 额定电压：额定运行时定子输出端的线电压。 额定电流：额定运行时定子输出端的线电流。 额定频率：额定运行时电枢输出端电能的频率。 额定转速：额定运行时电机的转速。 温升（绝缘等级）：电枢额定负载运行 时允许 最高温升。 P书163
负载的功率因数越低，去 磁反应越严重，端电压下 降越利害。
电压下降率： Δ U%=(Uo-UN)/UN×100%
2．调节特性If=f（I）
为保持端电压基本 不变，励磁电流 随负载电流变化。
电枢反应去磁，则励磁电流应增加，反之则减小。
励磁系统
同步发电机有功功率、无功功 率的调节
原动机 主发电机
同步发电机的转矩与功率的平衡： 空载 带负载 原动机输入转矩 Tin=To Tin=To+T阻（电磁转矩） 原动机输入功率 Pin=Po Pin=Po +Pe （电磁功率）
同步发电机的并联: 有功功率的调节：减小原运行机的油门，增加新 并机油门，要同时调节。 无功功率的调节：减小原运行机励磁电流，增加 新并机励磁电流，要同时调节。
同步发电机的解列： 同步发电机退出运行——解列 减小解列机油门，增加继续运行机的油门，要同 时调节。 减小解列机的励磁电流，增加继续运行机的励磁 电流，要同时调节。
前极靴（左）去磁、后极靴增磁，合成磁场Φ扭 斜θ角，为交轴电枢反应。
(2) Ψ ＝90°Ia滞后Eo 90°（感性负载）
直 轴 去 磁 （ 滞 后 ）
Φa与Φo方向相反，合成磁场Φ减少，为直轴 去磁电枢反应。
(3)Ψ ＝－90°Ia超前Eo 90°（容性负载）
直 轴 增 磁 （ 超 前 ）
Φ a与Φ o同向，合成磁场Φ 增强，为直轴增磁电 枢反应。
a．转子绕组通过滑环、电刷外加直流电产生磁场 b．转子在原动机的带动下变成旋转的磁极磁场 c．定子绕组切割磁力线产生感应电势 d．定子三相绕组在空间上互差120°，故产生三相感应电势
eA=Emsinωt eB=Emsin(ωt－120°) eC=Emsin（ωt+120°）
空载电动势有效值： Eo＝4.44fNΦ
同步发电机负载运行时的调节： 改变无功功率：调节励磁电流 改变有功功率：改变原动机的油门开度
同步发电机独立运行有3个特点： 1.有功功率和无功功率完全由负载决定； 2.频率随转速而变化，电压随励磁电流 而变化； 3.负载变化将引起频率（有功）或电压 （无功）的相应变化。
同步发电机的并联运行 与无穷大电网并联: 电网与单机容量比非常大， U、f不受单机调节影响。 并联运行：是指两台以上发电机同时向同一电网 供电的工作状态。 并联条件：三个相等（电压、频率、相位） U1=U2 f1=f2 δ1=δ2 一个一致（相序）
发电机输出的功率包括：有功功率和无功功率
由于一般负载均为感性负载：既有功功率和无功功率 ①无功功率的影响：感性负载的直轴去磁反应使主磁通下 降，端电压下降。 ②有功功率的影响：因Ia与Eo同相—交磁反应， Ia受电磁 力作用，使 T阻（电磁转矩）＞Tin， Pin=Po +Pe （电磁功率）发生变化，转速n下降，端电 压下降，频率也下降。
第一节 三相交流同步发电机
教学要求： 熟悉三相交流发步发电机的构造和工作原理，理解电 枢反应的概念，能说明不同性质的负载对发电机外 特性的影响，掌握空载特性、外特性和调节特性。 3.1.1三相交流同步发电机的构造与工作原理 3.1.2同步发电机的空载运行及空载特性 3.1.3同步发电机的负载运行及电枢反应 3.1.4同步发电机的外特性及调节特性
交流电动势的频率f
同步发电机电动势频率由原动机的转速n和电 机极对数P决定。 f=pn/60 得空载电动势为：Eo＝KeΦn 即：空载电动势的大小与主磁通Φ和转速n 成正比。
3.励磁方式：给磁极的励磁绕组提供直流电的装置--励磁 系统 见书本
自励式：半导体励磁 同步发电机的励磁电流是由发电机自已提供
一般情况
一般负载多为感性，电枢电流滞后 电动势Eo ψ （0＜ψ ＜90°） 电枢电流Ia分成两个量 Iq与Eo同相－交轴电枢反应 Id与Eo垂直－直轴去磁电枢反应。 结果：一般性负载既有交磁反应， 又有去磁反应，且负载的功率因 数越低，去磁反应越严重。
四、同步发电机的外特性及调节特性
1．外特性U=f（I） 电阻性负载，交轴电枢 反应，电流增加，端电 压稍有下降； 感性负载，交轴和去磁 电枢反应，电流增加， 端电压下降； 容性负载，交轴和增磁 电枢反应，电流增加， 端电压增加。
同步电机的转速n与旋转磁场转速no一致
①发电机接负载，定子（电枢）绕组有三相对称电流 通过，产生旋转磁场n0=60f/p； ②因转子转速在原动机带动下达 n=n0 故为同步，磁 极磁场Φ0与电枢磁场Φa同步，且相对静止。
电枢电流
三、同步发电机负载运行及电枢反应 1.同步发电机负载运行特点
发电机接负载，定子（电枢）绕组有三相对称电 流通过－电枢电流Ia，电枢磁场Φa 电枢磁场对磁极磁场的影响叫电枢反应。 当所接的负载性质不同产生的电枢反应结果也 不一样，可能产生对电枢主磁场的不同作用效 果。