1同步电机的基本结构介绍
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第一章 同步电机的基本结构
• • • • • • • • • 引言 §1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6 §1.7 小结
同步电机的基本结构型式 隐极同步电机的基本结构 凸极同步电机的基本结构 同步电机的冷却方式 同步电机的运行状态 同步电机的励磁方式 同步电机的额定值
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§1.1 同步电机的基本结构型式
• 同步电机按其结构型式可分为旋转电枢式(图1)和旋转磁极式 (图2)两种。旋转电枢式只用于小容量同步电机中，对于高压， 中大容量的同步电机，都采用旋转磁极式。目前旋转磁极式已 成为同步电机的基本结构形式。 • 在旋转磁极式中，按照磁极的形状又可分为隐极式和凸极式两 种(图2 a，b)。隐极机的气隙是均匀的，转子成圆柱形。凸极 机的气隙是不均匀的，极弧下较小，而极间较大。
引言
什么是同步电机？ 一.同步电机和异步电机的区别
①转子绕组结构 感应电机: 三相双层叠绕组或其他交流绕组 笼式绕组,构成闭合回路 同步电机: 多为同心式绕组，外接直电源 ②转子转速和同步转速的关系 ③绕组中的电流 ④气隙大小的差别
二、同步电机的运行原理
• 当励磁绕组通以直流电之后，建立恒定的磁 场，转子转速为n时，定子的导体感应交流电 动势，其频率是
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1．转子铁心(也称转子本体)
• 转子铁心是汽轮发电机最关键部件之一。它 既是电机磁路的主要组成部件，又由于高速 旋转而承受着很大的机械应力，所以一般都 采用整块的高机械强度和良好导磁性能的合 金钢锻成，与转轴锻成—个整体。
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• 沿转子铁心表面用铣床铣出槽以安放励磁绕组。槽 的排列形状有平行式(图a)和辐射式(图b)两种，后者 用得较普遍。从图可见在一个极距内约有1／3部分 没有开槽，叫大齿。大齿的中心实际上就是磁极的 中心。 • 转子槽形一般均做成开口槽，使励磁绕组安装方便， 并易于保证绕组绝缘质量。为了有效地散去励磁绕 组铜损耗的热量，有时在转子槽底部铣出较窄的通 风槽(如图)。
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3．护环，中心环，滑环和风扇
• 由图可见，护环是一个厚壁金属圆筒，用来 保护励磁绕组的端部使其紧密地压在护环和 转轴之间，不会因离心力而甩出。而中心环 则用以支持护环并阻止励磁绕组端部沿轴向 的移动。 • 护环一般由无磁性合金钢作成，它所受到的 总应力是十分巨大的，对大容量电机，其值 可高达590N／mm2。 • 滑环装在转子轴上，通过引线接到励磁绕组， 并借电刷装臵接到励磁装臵。
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2012年9月6日
ห้องสมุดไป่ตู้
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二、转子
• 图示是2极空气冷却汽轮发电机转子结构示意图。图上绘出 了转子的各组成部件和相互组装的情况。转子由转子铁心， 励磁绕组，护环、中心环，滑环及风扇等部件组成。由于转 速高，转子直径受离心力的影响，最多只能取到1.5m。因此 转子呈细长圆柱形。
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第 7页
定子
• 定子机座为钢板焊接结构，其作用除了支撑定子铁 心外，还要组成所需的通风路径，因此要求它有足 够的刚度和强度，以承受加工、运输，起吊及运行 中的各种力。 • 定子绕组是由嵌在定子铁心槽内的线圈按一定规律 联接而成，一般均采用三相双层短距叠绕组。由于 汽轮发电机容量大，因此带来了两个问题： • 1．为避免电流太大，定子绕组选用较高的电压，一 般取6.3，10.5和13.8kV。 • 2．由于定子绕组电流大，每个槽内一般只嵌放两个 有效导体(或称线棒)。为了减少涡流损耗，每根导 体常由多股截面为15mm2以下的扁铜线并联组成， 并且在槽内直线部分进行编织换位(如图)。
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2．励磁绕组
• 励磁绕组由扁铜线绕成同心式线圈。各线匝之间垫 有绝缘，线圈与铁心之间要有可靠的“对地绝缘”。 励磁绕组是被糟楔压紧在槽里的，由于转子圆周速 很高，槽仅必须采用具有较高机械强度的材料，如 硬质铝合金，及铝铁镍青铜。 • 大容量汽轮发电机为了降低不平衡运行时转子的发 热，在每一槽楔与转子导体之间放臵一细长铜片， 其两端接到转子两端的阻尼端环上，形成一短路绕 组，称为阻尼绕组，当电机负载不平衡或发生振荡 时，阻尼绕组中感应出电流可减弱负序旋转磁场和 由其引起的转子杂散损耗和发热，并使振荡衰减。
• 定子电流较大，每槽一般只嵌放两个有效导体(线 棒)，为减少涡流损耗，每根导体常由多股截面为 15mm2以下的扁铜线并联而成，而有进行编织换位。
§1.3 凸极同步电机的基本结构
eOA Em sin t eOB Em sin( t 120) e E sin( t 240) m OB
pns f 60
三.同步电机的分类
• ①按运行方式和功转换方向：同步发电机 同步电动机 同步调相机 • ②按结构分 旋转磁极式 旋转电枢式(小容量) • ③按磁极的形状分： 隐极机 凸极机 • ④按原动机的类别分：汽轮发电机 水轮发电机 柴油发电机 燃汽轮发电机 风力发电机 • 汽轮发电机——转速高、离心力大(p=1,p=2)——隐极式 • 水轮发电机——转速低、极数多——凸极式
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§1.2 隐极同步电机的基本结构
• 一、定子 • 二、转子 • 三、端盖和轴承
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第 6页
一、定子
• 定子是由铁心，绕组，机座以及固定这些部 分的其他结构件组成。 • 定子铁心一般采用厚0.5mmD41硅钢片叠成。 每叠厚约3～6cm。叠与叠之间留有宽1cm的 通风槽。整个定子铁心靠拉紧螺杆和特殊的 非磁性端压板压紧成整体，固定在机座上， 如图所示。
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三、端盖和轴承
• 端盖的作用是将电机本体的两端封盖起来， 并与机座，定子铁心和转子一起构成电机内 部完整的通风系统。端盖多用无磁性的轻型 材料硅铝合金铸造而成。 • 汽轮发电机的轴承都采用油膜液体润滑的座 式轴承，并配有复杂的油循环系统。
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线棒换位
• • • • • • • • • 引言 §1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6 §1.7 小结
同步电机的基本结构型式 隐极同步电机的基本结构 凸极同步电机的基本结构 同步电机的冷却方式 同步电机的运行状态 同步电机的励磁方式 同步电机的额定值
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§1.1 同步电机的基本结构型式
• 同步电机按其结构型式可分为旋转电枢式(图1)和旋转磁极式 (图2)两种。旋转电枢式只用于小容量同步电机中，对于高压， 中大容量的同步电机，都采用旋转磁极式。目前旋转磁极式已 成为同步电机的基本结构形式。 • 在旋转磁极式中，按照磁极的形状又可分为隐极式和凸极式两 种(图2 a，b)。隐极机的气隙是均匀的，转子成圆柱形。凸极 机的气隙是不均匀的，极弧下较小，而极间较大。
引言
什么是同步电机？ 一.同步电机和异步电机的区别
①转子绕组结构 感应电机: 三相双层叠绕组或其他交流绕组 笼式绕组,构成闭合回路 同步电机: 多为同心式绕组，外接直电源 ②转子转速和同步转速的关系 ③绕组中的电流 ④气隙大小的差别
二、同步电机的运行原理
• 当励磁绕组通以直流电之后，建立恒定的磁 场，转子转速为n时，定子的导体感应交流电 动势，其频率是
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1．转子铁心(也称转子本体)
• 转子铁心是汽轮发电机最关键部件之一。它 既是电机磁路的主要组成部件，又由于高速 旋转而承受着很大的机械应力，所以一般都 采用整块的高机械强度和良好导磁性能的合 金钢锻成，与转轴锻成—个整体。
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• 沿转子铁心表面用铣床铣出槽以安放励磁绕组。槽 的排列形状有平行式(图a)和辐射式(图b)两种，后者 用得较普遍。从图可见在一个极距内约有1／3部分 没有开槽，叫大齿。大齿的中心实际上就是磁极的 中心。 • 转子槽形一般均做成开口槽，使励磁绕组安装方便， 并易于保证绕组绝缘质量。为了有效地散去励磁绕 组铜损耗的热量，有时在转子槽底部铣出较窄的通 风槽(如图)。
2012年9月6日 第17页
3．护环，中心环，滑环和风扇
• 由图可见，护环是一个厚壁金属圆筒，用来 保护励磁绕组的端部使其紧密地压在护环和 转轴之间，不会因离心力而甩出。而中心环 则用以支持护环并阻止励磁绕组端部沿轴向 的移动。 • 护环一般由无磁性合金钢作成，它所受到的 总应力是十分巨大的，对大容量电机，其值 可高达590N／mm2。 • 滑环装在转子轴上，通过引线接到励磁绕组， 并借电刷装臵接到励磁装臵。
2012年9月6日 第10页
2012年9月6日
ห้องสมุดไป่ตู้
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二、转子
• 图示是2极空气冷却汽轮发电机转子结构示意图。图上绘出 了转子的各组成部件和相互组装的情况。转子由转子铁心， 励磁绕组，护环、中心环，滑环及风扇等部件组成。由于转 速高，转子直径受离心力的影响，最多只能取到1.5m。因此 转子呈细长圆柱形。
2012年9月6日
第 7页
定子
• 定子机座为钢板焊接结构，其作用除了支撑定子铁 心外，还要组成所需的通风路径，因此要求它有足 够的刚度和强度，以承受加工、运输，起吊及运行 中的各种力。 • 定子绕组是由嵌在定子铁心槽内的线圈按一定规律 联接而成，一般均采用三相双层短距叠绕组。由于 汽轮发电机容量大，因此带来了两个问题： • 1．为避免电流太大，定子绕组选用较高的电压，一 般取6.3，10.5和13.8kV。 • 2．由于定子绕组电流大，每个槽内一般只嵌放两个 有效导体(或称线棒)。为了减少涡流损耗，每根导 体常由多股截面为15mm2以下的扁铜线并联组成， 并且在槽内直线部分进行编织换位(如图)。
2012年9月6日 第16页
2．励磁绕组
• 励磁绕组由扁铜线绕成同心式线圈。各线匝之间垫 有绝缘，线圈与铁心之间要有可靠的“对地绝缘”。 励磁绕组是被糟楔压紧在槽里的，由于转子圆周速 很高，槽仅必须采用具有较高机械强度的材料，如 硬质铝合金，及铝铁镍青铜。 • 大容量汽轮发电机为了降低不平衡运行时转子的发 热，在每一槽楔与转子导体之间放臵一细长铜片， 其两端接到转子两端的阻尼端环上，形成一短路绕 组，称为阻尼绕组，当电机负载不平衡或发生振荡 时，阻尼绕组中感应出电流可减弱负序旋转磁场和 由其引起的转子杂散损耗和发热，并使振荡衰减。
• 定子电流较大，每槽一般只嵌放两个有效导体(线 棒)，为减少涡流损耗，每根导体常由多股截面为 15mm2以下的扁铜线并联而成，而有进行编织换位。
§1.3 凸极同步电机的基本结构
eOA Em sin t eOB Em sin( t 120) e E sin( t 240) m OB
pns f 60
三.同步电机的分类
• ①按运行方式和功转换方向：同步发电机 同步电动机 同步调相机 • ②按结构分 旋转磁极式 旋转电枢式(小容量) • ③按磁极的形状分： 隐极机 凸极机 • ④按原动机的类别分：汽轮发电机 水轮发电机 柴油发电机 燃汽轮发电机 风力发电机 • 汽轮发电机——转速高、离心力大(p=1,p=2)——隐极式 • 水轮发电机——转速低、极数多——凸极式
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§1.2 隐极同步电机的基本结构
• 一、定子 • 二、转子 • 三、端盖和轴承
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一、定子
• 定子是由铁心，绕组，机座以及固定这些部 分的其他结构件组成。 • 定子铁心一般采用厚0.5mmD41硅钢片叠成。 每叠厚约3～6cm。叠与叠之间留有宽1cm的 通风槽。整个定子铁心靠拉紧螺杆和特殊的 非磁性端压板压紧成整体，固定在机座上， 如图所示。
2012年9月6日 第18页
三、端盖和轴承
• 端盖的作用是将电机本体的两端封盖起来， 并与机座，定子铁心和转子一起构成电机内 部完整的通风系统。端盖多用无磁性的轻型 材料硅铝合金铸造而成。 • 汽轮发电机的轴承都采用油膜液体润滑的座 式轴承，并配有复杂的油循环系统。
2012年9月6日
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线棒换位