【正文】 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） ? 在中、小型電機(jī)中，都采用空氣作為冷卻介質(zhì)。當(dāng)電機(jī)的容量很大時(shí)，電機(jī)內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增加，冷卻問題顯得格外重要，此時(shí)必須加強(qiáng)通風(fēng)或采用其他的冷卻方式。 ? 在大型汽輪發(fā)電機(jī)中，為了提高其冷卻效率，往往用氫氣冷卻，但是氫氣與空氣混合后，有爆炸危險(xiǎn)，必須有一套控制設(shè)備來保證外界空氣不會滲入到電機(jī)內(nèi)部。 ? 目前在更大容量的發(fā)電機(jī)中，可以采用導(dǎo)線內(nèi)部直接冷卻。例如采用空心導(dǎo)體（如圖），冷卻介質(zhì)直接在導(dǎo)體中流通而把熱量帶走，這樣能更有效地降低電機(jī)的溫升。所采用的冷卻介質(zhì)一般有氫氣 及水等。 三、冷卻系統(tǒng) 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 同步發(fā)電機(jī)水系統(tǒng) 定子繞組導(dǎo)線采用空心與實(shí)心導(dǎo)線的組合形式，冷卻水進(jìn)入發(fā)電機(jī)勵(lì)端的匯水總管，經(jīng)定子繞組空心導(dǎo)線，冷卻定子繞組，然后，從汽端匯水總管流出，經(jīng)水箱、水泵、水冷器、過濾器重新回到發(fā)電機(jī)勵(lì)端的匯水總管。冷卻水系統(tǒng)的作用是保證向定子繞組不間斷地供水，監(jiān)視水壓、流量和電導(dǎo)率等參數(shù)。系統(tǒng)還設(shè)有自動(dòng)水溫調(diào)節(jié)器，以調(diào)節(jié)定子冷卻水進(jìn)水溫度，使之保持基本穩(wěn)定；設(shè)置了離子交換器，用以提高定子繞組冷卻水的水質(zhì)。 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 定子水路 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)為由發(fā)電機(jī)定子機(jī)座、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦以及氫氣管路構(gòu)成全封閉氣密結(jié)構(gòu)，熱氫通過發(fā)電機(jī)的氫氣冷卻器由循環(huán)水冷卻。發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)及氫氣控制裝置應(yīng)能滿足發(fā)電機(jī)充氫、自動(dòng)補(bǔ)氫、排氫及中間氣體介質(zhì)置換工作的要求，應(yīng)能自動(dòng)監(jiān)測和保持氫氣的額定壓力、規(guī)定純度、冷氫溫度、干燥度等。 氫冷系統(tǒng) 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） ?補(bǔ)充：超導(dǎo)體發(fā)電機(jī) ? 近年來世界各國開始研制超導(dǎo)體氣輪發(fā)電機(jī)，它是巨型氣輪發(fā)電機(jī)的一種很有前途 的 冷卻方式 。由于超導(dǎo)狀態(tài)下電機(jī)繞組的電阻完全消失，從而徹底解決了電機(jī)的溫升問題，也大大提高了電機(jī)的效率。所謂超導(dǎo)發(fā)電機(jī)是指常規(guī)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組導(dǎo)線采用超導(dǎo)體或勵(lì)磁繞組與電樞繞組均采用超導(dǎo)體的發(fā)電機(jī)后者又叫做全超導(dǎo)發(fā)電機(jī)?，F(xiàn)各國研制的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)大多數(shù)是前者 。 ? 世界首座高熱超導(dǎo)體氫發(fā)電廠 2022年 11月在德國巴伐利亞一座水電廠安裝。這座發(fā)電廠由 Zenergy電力公司開發(fā)，裝機(jī)為 。據(jù)公司宣稱，氫發(fā)電機(jī)以Zenergy公司有名的高溫超導(dǎo)體材料制造，它能使機(jī)器效率提高到 98％以上。 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） ?超群的超導(dǎo)磁體 由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下具有零電阻和完全的抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得 10萬高斯以上的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場。而用常規(guī)導(dǎo)體做磁體，要產(chǎn)生這么大的磁場，需要消耗 ，投資巨大。 超導(dǎo)磁體在電力方面的應(yīng)用：可用于制作交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、磁流體發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)輸電線路等。 超導(dǎo)發(fā)電機(jī) 在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈磁體可以將發(fā)電機(jī)的磁場強(qiáng)度提高到 5萬～ 6萬高斯，并且?guī)缀鯖]有能量損失，這種發(fā)電機(jī)便是交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的單機(jī)發(fā)電容量比常規(guī)發(fā)電機(jī)提高 5～ 10倍，達(dá) 1萬兆瓦，而體積卻減少 1/2，整機(jī)重量減輕 1/3，發(fā)電效率提高 50％。 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 磁流體發(fā)電機(jī) 磁流體發(fā)電機(jī)同樣離不開超導(dǎo)強(qiáng)磁體的幫助。磁流體發(fā)電，是利用高溫導(dǎo)電性氣體（等離子體）作導(dǎo)體，并高速通過磁場強(qiáng)度為 5萬～ 6萬高斯的強(qiáng)磁場而發(fā)電。磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常簡單，用于磁流體發(fā)電的高溫導(dǎo)電性氣體還可重復(fù)利用。 超導(dǎo)輸電線路 超導(dǎo)材料還可以用于制作超導(dǎo)電線和超導(dǎo)變壓器，從而把電力幾乎無損耗地輸送給用戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的銅或鋁導(dǎo)線輸電，約有 15%的電能損耗在輸電線路上，光是在中國，每年的電力損失即達(dá) 1000多億度。若改為超導(dǎo)輸電，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建數(shù)十個(gè)大型發(fā)電廠。有專家預(yù)測，按現(xiàn)在的電價(jià)和用電量計(jì)算，如果我國輸電線路全部采用超導(dǎo)電纜，則每年可節(jié)約 400億元。 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 圖： 75m 、 云電英納超導(dǎo)電纜公司也于 2022年完成 33m長、 35kV/2kA 高溫超導(dǎo)交流電纜的開發(fā)，安裝在云南普吉變電站中運(yùn)行。 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 四、額定值 1. 額定電壓 UN ：線電壓的額定值。 2. 額定電流 IN ：線電流的額定值。 3. 額定功率 PN ：輸出功率的額定值。 三相同步電動(dòng)機(jī)： PN =√3 UNIN?N ?N 三相同步發(fā)電機(jī)： PN =√3 UNIN?N 4. 額定轉(zhuǎn)速 nN ：額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。 5. 額定頻率 fN ： 50Hz。 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 一、三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 1. 基本方程式 ＋ U1 － I1 Uf → If → F0m Fm U1 → I1→ Fam E1 電樞 感應(yīng) → Φ 合成 磁通勢 U1 = R1I1－ E?－ E1 E? =－ j X? I1 ※ 漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢： ※ R X? —— 定子每相繞組的電阻、漏電抗。 三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 R1I1 E? ?? 漏磁通 E1 ??E? ?? 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） (勵(lì)磁電動(dòng)勢不變 ) (電樞反應(yīng)電動(dòng)勢隨負(fù)載變化 ) 如果不計(jì)磁路飽和，則 Uf → If → F0m → Φ0 U1 → I1 → Fam → E0 → Φa → Ea ?? → E? R1I1 E1= E0 + Ea U1 =－ E1+(R1 ＋ j X? )I1 Ea =－ j Xa I1 ※ Xa —— 電樞反應(yīng)電抗。 U1 =－ E0－ Ea－ E?＋ R1I1 疊加定理 忽略磁路飽和 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 在同樣大小電流情況下 ,如果 越大，電樞反應(yīng)電勢也越大，表示著電樞磁勢所產(chǎn)生的電樞磁通很強(qiáng)。因此 的大小可以說明電樞反應(yīng)的強(qiáng)弱。 aXaX※ Xa —— 電樞反應(yīng)電抗。 1IEx aa ? 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） U1 =－ E0＋ (R1＋ j X?＋ j Xa ) I1 U1 =－ E0＋ (R1＋ jXs ) I1 ※ Xs = X?＋ Xa —— 同步電抗。 一般： R1＜＜ Xs ，忽略 R1 ，則 U1 =－ E0＋ j Xs I1 2. 等效電路 R1 jXs + U1 － I1 － + E0 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 3. 相量圖 U1 =－ E0＋ (R1＋ jXs ) I1 U1 (a) 電感性 I1 ? R1 I1 jXsI1 － E0 Ψ ? —— 功率因數(shù)角。 Ψ —— 內(nèi)功率因數(shù)角。 已知： － E0 滯后于 － E1θ角， U1 =－ E1＋ (R1＋ j X?) I1 θ 因此－ E0 滯后于 U1θ。 ≈－ E1（忽略 R1 和 X?） (b) 電阻性 U1 I1 － E0 jXsI1 R1 I1 θ=Ψ (c) 電容性 U1 I1 ? R1 I1 jXsI1 － E0 θ Ψ = ? 177。 ? Ψ 容性取正 感性取負(fù) 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） U1 =－ E0＋ jXs I1 (a) 電 感性 U1 I1 jXsI1 － E0 如果忽略 R1 ，則有 同樣有關(guān)系 Ψ = ? 177。 ? (b) 電阻 性 U1 I1 － E0 jXsI1 θ=Ψ (c) 電 容性 U1 I1 jXsI1 － E0 ? ? θ Ψ Ψ ????????????????:.:)(,:,:101110三者關(guān)系的時(shí)間相位角與是功角功率角與負(fù)載有關(guān)的時(shí)間相位角與是外功率因數(shù)角與電機(jī)參數(shù)及負(fù)載有關(guān)的時(shí)間相位角與是內(nèi)功率因數(shù)角UEIUIE 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 【 例 】 某三相隱極同步電動(dòng)機(jī)， PN = 50 kW， UN = 380 V， Y 形聯(lián)結(jié)， IN = 90 A， ?N = （電感性）， R1 = Ω， Xs = Ω。求在上 述條件下運(yùn)行時(shí)的 E0、 ? 、 ? 和 ? 。 解：電樞相電壓和相電流為 U1 = UN 3 I1 = IN = 90 A ? = = 取參考相量： U1 = 220 0o V 則 I1 = 90 － A = V = 220 V 380 3 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 由此求得 E0 = V θ = Ψ = ? － θ = － E0 = U1－ ( R1＋ jXs ) I1 =［ 220 0o － ( ＋ ) 90 － ］ V = － V U1 I1 ? R1 I1 jXsI1 － E0 Ψ θ 電氣工程與自動(dòng)化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 二、三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析 特點(diǎn)：氣隙不均勻。 很顯然，由于直軸處的氣隙比交軸處小，故直軸磁導(dǎo)比交軸磁導(dǎo)大。這樣，同樣大小的電樞磁動(dòng)勢作用在直軸和交軸上時(shí)，所產(chǎn)生的電樞磁場將有明顯的差別。而不同的磁阻將對應(yīng)著不同的電抗。 同樣的 Fam → 產(chǎn)生不同的 Φa → 對應(yīng)不同的 Xa 。