同步电机课件汇总

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§6.1 概述
§6.1.1 同步电机的结构
同步电机有旋转电枢和旋转磁极两种结构形式，旋转电枢式
结构只用于小容量电机，一般同步电机都采用旋转磁极式结构。
在旋转磁极式结构中，根据磁极形状又可分为隐极和 凸极两种型式。
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隐极同步电机气隙均匀，转子机械强度高，适用于高 速旋转，多于汽轮机构成发电机组；凸极同步电机的气 隙不均匀，旋转时空气阻力大，比较适合于中速或低速 旋转场合，常与水轮机构成发电机组。
第六章
同步电机
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本章重点



同步电机的结构和运行原理 同步发电机的运行特性 同步发电机的并联运行 同步发电机的功角特性及功率调节 同步电动机和调相机
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同步电机与异步电机的区别
同步电机是交流电机的一种，普通同步电机与异步电机的 根本区别是转子侧装有磁极并通入直流电流励磁，因而具有 确定的极性。由于定、转子磁场相对静止及气隙合成磁场恒 定是所有旋转电机稳定实现机电能量转换的前提条件，因此， 同步电机的运行特点是转子的旋转速度必须与定子磁场的旋 转速度严格同步，并由此得名。
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对绝缘材料和绝缘结构也就有特殊要求；此外，为限制电流密度，
2. 转子 主要由铁心、励磁绕组、护环、中心环和滑环等构成。由于受离 心力限制，转子直径最多为1.5m，但最大线速度已高达236m / S。
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转子铁心
转子铁心是汽轮发电机最关键的部件之一，它既是转子磁极的
主体，也是巨大离心力的受体，因此要求它兼备高导磁性能和高 机械强度，转子铁心一般采用铬镍钼合金钢锻制而成，并与转轴 锻为一个整体，在铁心表面，以主极轴线为对称中心， 1 / 3极距宽度 范围内不开槽，称为“大齿”，另外2 / 3极距宽度（对称两侧各1 / 3） 内均匀铣制开口式平行槽。
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§6.1.2 同步发电机的励磁方式
同步发电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流 电流，建立主磁场，将供给励磁电流的整个装置称 为励磁系统。
励磁系统是同步发电机的重要组成部分，可分为两类： 1. 采用直流发电机供给励磁电流 2. 通过整流装置将交流电流变为直流电流。
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§6.1.3 同步发电机的冷却方式
随着单机容量的不断提高，大型同步电机的发热与冷却问题 日趋严重，同步电机的冷却方式主要有以下几种：
1. 空气冷却 主要采用扇式轴向和径向混合通风系统，适用于容量50 MW以 下的汽轮发电机。
2. 氢气冷却 氢气冷却的效果明显优于空气冷却，在汽轮发电机中被广泛 应用，并从外冷发展为内冷，即定转子导线作成空心的，直接 将氢气压缩进导体带走热量，应用中注意解决的是防漏和防爆 问题。
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一、隐极同步电机 隐极同步电机适合于高速旋转，多与汽轮机构成发电机组， 所以汽轮发电机大多作成具有最高同步转速的两极结构。
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图6.3为一台200 MW汽轮发电机组的实物照片， 图片中部汽轮发电机。 由于转速高，离心力 大，汽轮发电机的外形必然细长，现代汽轮 发电机转子长度与直径之比 L / D 2.5 ~ 6.5，且容量越大比值越高。
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定子机座
* 定子机座为钢板焊接结构，用于支撑定子铁心，并构成所
需的通风路径，因此要求它具有足够的刚度和强度，以满足加 工、运输和运行过程中的受力要求。

定子绕组
一般采用双层短矩迭绕组形式，由于发电机容量很大，因此为
减小电流，绕组的电压都设计得很高，甚至可达数万伏；相应地 绕组导体的截面都比较大，但为减小涡流损耗，每根导体由多股 截面为15mm2左右的扁铜线并联而成，每股铜线在槽内的位置不固 定，并采用特殊的循环换位方式，使电流密度的分布趋于均匀。
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3. 水冷却 水冷却效果又优于氢气，主要方式为内冷式，并以 定子绕组内冷的应用为多，但面临泄露和积垢堵塞问题。
4. 超导发电机 超导电机的绕组在超导状态时电阻完全消失，从而 彻底解决了巨型电机绕组的发热、温升问题。同时， 电机绕组损耗消除，电机效率提高。
中心环用于支持护环阻止励磁绕组的轴向移动。

滑环装在转轴上，实现励磁绕组与励磁电源的连接。
3. 端盖和轴承
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二、凸极同步电机 凸极同步电机有卧式和立式两类：大多数同步电动机、调 相机和内燃机拖动的发电机采用卧式结构；大型水轮发电机 则采用立式结构。
凸极机的定子结构与隐极机基本相同，所不同的是转子结构， 凸极机的转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕组等部分组成。
磁极一般采用1mm ~ 3mm的钢板迭压而成，高速电机则采用 实心形式，外形与直流电机磁极相近，只是极靴为外圆弧，励 磁绕组多数为同心式线圈套装结构，磁轭可用铸钢，也可用冲 片迭压，磁极与磁轭之间的连接应牢固，以满足旋转受力要求。
阻尼绕组与异步电动机的笼形结构相似，由若干插在极靴槽 中的铜条经两端环短接而成。
主要结构部件有：定子、转子、端盖和轴承等。
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主要结构部件有：定子、转子、端盖和轴承等。
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1. 定子 : 由铁心、绕组、机座以及若干紧固件连接而成。 * 定子铁心采用含硅量高的无取向冷轧纲片分段迭压而成， 每段长度为30 ~ 60mm，在两段之间留有宽约10mm的径向通 风槽。整个铁心用拉紧螺杆和非导磁端压板压紧成整体后固 定在机座上。

励磁绕组
采用同心式线圈结构，由特制 扁铜线绕制而成，考虑承受高速 旋转离心力的需要，槽楔必须采 用高强度金属材料制成，如硬质 铝合金，绕组的绝缘亦要求高可 靠性。
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护环
护环为一金属圆筒，共两只，用于保护励磁绕组的两 个端部，使之不会因离心力作用而甩出，故采用高强度 非导磁合金钢制成。

中心环 滑环
设同步电机的转子转速为n，极对数为P，则在定子绕组中 Pn 60 f 感应交流的频率为 f 或 n ，同步速与极对数 60 P 成反比，我国规定交流电网的标准工作频率为50 Hz ，转子最 高转速n 3000r / min ，对应于P 1，极数越多，转速越低。
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同步电机的用途
1. 主要用作发电机，世界上的电力几乎全部都由 同步发电机发出； 2. 用作电动机，其特点是可以通过调节励磁电流 来改变功率因数； 3. 调相机，将同步电机接于电网空载运行，称调 相机，专门用于电网的无功补偿，以提高电网功率 因数，改善电性能。