第5章 同步发电机的基本知识及结构

三、同步发电机的铭牌
1、型号 、 例如： 例如：QFSN-200-2，TS-900/135-56 ， 2、额定值 、 额定功率P 额定功率 N（MW） — 指额定运行时电机 ） 的输出功率 额定电压U 额定电压 N （kV） —指额定运行时定子的 ） 指额定运行时定子的 线电压 额定电流I 额定电流 N （A） —指额定运行时定子的 ） 指额定运行时定子的 线电流
一、同步发电机的基本工作原理
同时， 同时，当三相对称绕组接有三相对称负 载时，绕组中会有三相对称电流流通， 载时，绕组中会有三相对称电流流通， 形成磁场， 形成磁场，其合成磁动势是一个幅值恒 定的旋转磁动势， 定的旋转磁动势，且转速决定于电流的 频率和磁极对数，即转速n 频率和磁极对数，即转速 1=60f1/p; 显然， 显然，转子的转速与气隙磁场的旋转速 度相等，所以称之为同步电机。 度相等，所以称之为同步电机。
PN = 3U N I N cos ϕ N
5.2 大型同步发电机的结构
一、发电机的定子
同步发电机的定子主要由定子铁芯、 同步发电机的定子主要由定子铁芯、定子绕 机座、端盖、轴承等部件组成。 组、机座、端盖、轴承等部件组成。 发电机的机座与端盖也称为电机外部壳体， 发电机的机座与端盖也称为电机外部壳体， 起着固定电机、 起着固定电机、保护内部构件以及支撑定子 绕组和铁芯的作用。 绕组和铁芯的作用。 定子铁芯是电机的主要部件， 定子铁芯是电机的主要部件，它起着构成主 磁路和固定定子绕组的重要作用。 磁路和固定定子绕组的重要作用。 定子绕组又称电枢绕组， 定子绕组又称电枢绕组，是发电机进行能量 转换的心脏部位。 转换的心脏部位。
静止半导体励磁系统
交流副励磁机 交流主励磁机 静止硅 整流器 主发电机 电流互感器
起 励 电 源
电 互 感 器 整流器
励 器
励磁 整器
旋转半导体励磁系统
旋转
起 励 电 源 电 互 感 器 整流器 交流副励磁机 静止硅 交流主励磁机 整流器 主发电机 电流互感器
励 器
励磁 整器
自并励励磁系统
主发电机 起 励 电 源 励 磁 变 压 器 电 压 互 感 器 电流互感器
二、 300 MW水氢氢机组水系统简介 水氢氢机组水系统简介
三、 300 MW水氢氢机组氢气控制系统简介 水氢氢机组氢气控制系统简介
三、 300 MW水氢氢机组密封油系统简介 水氢氢机组密封油系统简介
隐极式同步电机的类型
N
+
S
隐极式
凸极式同步电机的类型
N S N S
+
凸极式
5.3 大型同步电机的基本系统 大型同步电机的基本系统
励磁系统是指为同步发电机提供可调励磁电 流所需设备组成的系统。 流所需设备组成的系统。 大型发电机励磁方式分为： 大型发电机励磁方式分为： – 它励励磁系统：由一台与发电机同轴的交 它励励磁系统： 流发电机产生交流电，经整流变成直流电， 流发电机产生交流电，经整流变成直流电， 给发电机转子励磁。又分为静止半导体励 给发电机转子励磁。又分为静止半导体励 磁系统和旋转半导体励磁系统。 磁系统和旋转半导体励磁系统。 – 自并励励磁系统：将来自发电机机端的交 自并励励磁系统： 流电经变压器降压，再整流变成直流电， 流电经变压器降压，再整流变成直流电， 作为发电机转子的励磁。 作为发电机转子的励磁。
二、同步发电机的类型
原动机的类型不同分 汽轮发电机、 不同分： 按原动机的类型不同分：汽轮发电机、水 轮发电机等。 轮发电机等。 按转子结构不同分：凸极式和隐极式。 转子结构不同分：凸极式和隐极式。 不同分 按安装方式不同分：卧式和立式。 安装方式不同分：卧式和立式。 不同分 冷却介质不同分 空气冷却、氢气冷却、 不同分： 按冷却介质不同分：空气冷却、氢气冷却、 水冷却。 水冷却。
一、同步发电机的基本工作原理
同步发电机的基本结构部件有定子铁芯、 同步发电机的基本结构部件有定子铁芯、 定子铁芯 定子三相对称绕组、转子铁芯和 定子三相对称绕组、转子铁芯和励磁绕 组。 励磁绕组中通以直流电流励磁， 励磁绕组中通以直流电流励磁，产生恒 定的磁场。当原动机拖动转子以转速n 定的磁场。当原动机拖动转子以转速 旋转时，定子绕组导体将切割磁力线， 旋转时，定子绕组导体将切割磁力线， 在定子绕组中将感应出交变电动势。 在定子绕组中将感应出交变电动势。
http://blog.sina.com.cn/s/blog_5a53af350100fnmv.html
三、同步发电机的冷却方式
空气冷 水氢氢：定子绕组—水内冷，转子绕组— 水氢氢：定子绕组 水内冷，转子绕组 水内冷 氢内冷，铁芯—氢冷却 氢内冷，铁芯 氢冷却 双水内冷：定子绕组、转子绕组 水内冷 水内冷， 双水内冷：定子绕组、转子绕组—水内冷， 铁芯—空气冷却 铁芯 空气冷却 超导发电机
三、同步发电机的铭牌
额定功率因数 cos ϕ N —指额定运行时电机 指额定运行时电机 的功率因数 额定频率fN（Hz）— 指额定运ຫໍສະໝຸດ Baidu时电枢的频 额定频率 Hz） 率 额定转速nN（r/min）—指额定运行时电机 额定转速 ） 指额定运行时电机 的转速， 的转速，即为同步转速 3、额定值之间的关系： 、额定值之间的关系：
隐极式同步电机的转子
隐极式同步电机的转子
隐极式同步电机的转子
隐极式同步电机的转子
凸极式同步电机的转子
卧式凸极同步电机 转子的典型结构
凸极式同步电机的转子
凸极式同步电机的转子
三峡电站
三峡70万机组左岸发电机由 三峡 万机组左岸发电机由Alstom/ABB和 万机组左岸发电机由 和 VGS联合体供货，右岸实现国产。采用推力 联合体供货， 联合体供货 右岸实现国产。 轴承置于下机架的三导轴承半伞式结构， 轴承置于下机架的三导轴承半伞式结构，由 转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、 转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、 导轴承、空气冷却器和永磁机等部分组成。 导轴承、空气冷却器和永磁机等部分组成。 额定容量777.8MVA/700MW， 最大容量 额定容量 ， 840MVA，额定电压20kV，额定电流 22453A，额定转速 ， 额定转速75rpm，推力轴承总负 ， 荷 5520吨 ， 采用定子绕组水冷 、 转子空冷 吨 采用定子绕组水冷、 的冷却方式， 发电机总重量达3443吨 ， 是 的冷却方式 ， 发电机总重量达 吨 世界最大的水轮发电机。一台机组1小时发 世界最大的水轮发电机 。 一台机组 小时发 电量约为55万度 足够10万户家庭用一天 万度， 万户家庭用一天。 电量约为 万度 ， 足够 万户家庭用一天 。
第5章 同步发电机的 基本知识及结构
同步发电机的基本工作原理 大型同步发电机的结构 大型同步发电机的基本系统
火力发电厂的基本生产过程
烟囱
蒸汽管道 储煤场 汽轮机
发电机
升压站
输煤皮带
锅炉 江河或水库 冷却水 冷凝器
压水堆核电站工作原理
地热能发电原理
水力发电的基本过程
潮汐能发电
5.1 同步发电机的基本工作原理
流器 励磁 器
5.3 大型同步电机的基本系统
自并励励磁系统目前广泛应用于汽轮发电机、 自并励励磁系统目前广泛应用于汽轮发电机、 水轮发电机中，它具有以下优点： 水轮发电机中，它具有以下优点： ①优良的动态控制特性，灵活、快速、可靠； 优良的动态控制特性，灵活、快速、可靠； ②良好的传输特性； 良好的传输特性； ③简化机组轴系，轴短，运行维护简单； 简化机组轴系，轴短，运行维护简单； ④能方便地与不同类型和容量的发电机配用； 能方便地与不同类型和容量的发电机配用； ⑤损耗小。 损耗小。
一、同步发电机的基本工作原理
当导体经过一对磁极， 当导体经过一对磁极，导体中的感应电 动势就变化了一个周波， 动势就变化了一个周波，若转子极对数 为P，转子旋转一周，导体感应电动势 ，转子旋转一周， 就变化了P个周波， 就变化了 个周波，设转子转速为 n，则 个周波 ， 感应电动势的频率为： 感应电动势的频率为：f = pn/60。
一、发电机的定子
一、发电机的定子
一、发电机的定子
一、发电机的定子
二、发电机的转子
发电机转子的作用是传递原动机供给的机械 转矩，支撑旋转的励磁线圈， 转矩，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。 通路径和转子散热通道。 发电机转子 转子铁芯、励磁绕组、护环、 转子： 发电机转子：转子铁芯、励磁绕组、护环、 中心环和阻尼绕组等组成。 中心环和阻尼绕组等组成。 转子铁芯分为隐极式和凸极式。 转子铁芯分为隐极式和凸极式。 – 隐极式：气隙均匀，适于高速旋转，与汽 隐极式：气隙均匀，适于高速旋转， 轮机组合； 轮机组合； – 凸极式：气隙不均匀，旋转时阻力大，转 凸极式：气隙不均匀，旋转时阻力大， 速低，与水轮机组合； 速低，与水轮机组合；
一、同步发电机的基本工作原理
用途：同步电机主要作为发电机； 用途：同步电机主要作为发电机；作为电 动机一般用在恒速的低速大功率机械中； 动机一般用在恒速的低速大功率机械中； 亦可作同步补偿机，专门用来吸收和输送 亦可作同步补偿机， 无功功率。 无功功率。
一、 同步发电机的基本工作原理
同步电机的运行状态 电动机——把电能转换为机械能 把电能转换为机械能 电动机 补偿机——没有有功功率的转换，只发出 没有有功功率的转换， 补偿机 没有有功功率的转换 或吸收无功功率 发电机——把机械能转换为电能 把机械能转换为电能 发电机 同步电机运行状态，主要取决于定子合 同步电机运行状态， 成磁动势与转子磁动势之间的夹角。 成磁动势与转子磁动势之间的夹角。
三峡电站
发电机定子机座外径达21.4米，在工厂制造完 米 发电机定子机座外径达 成后，分数瓣运至工地，吊入机坑焊接拼装。 成后，分数瓣运至工地，吊入机坑焊接拼装。
三峡电站
发电机转子 是水轮机组 中，整体吊 装重量最重 的部件， 的部件，直 径18米，重 米 量超过1800 量超过 吨，安装间 隙只有3厘米 厘米。 隙只有 厘米。