【正文】 第 5章（作者：賀曉蓉） 定子水路 電氣工程與自動化系 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。所采用的冷卻介質(zhì)一般有氫氣 及水等。當(dāng)電機(jī)的容量很大時，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，此時必須加強(qiáng)通風(fēng)或采用其他的冷卻方式。 2. 靜止整流器勵磁 交流勵磁機(jī) → 整流 → 直流電 3. 旋轉(zhuǎn)整流器勵磁 交流勵磁機(jī) → 整流 → 直流電 → 勵磁繞組。火電站和核電站采用。主要用于大型汽輪發(fā)電機(jī)。 + － N S 按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極式。 (2)勵磁繞組： 工作時施加直流勵磁。 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 一、主要部件 1. 定子（電樞） 由硅鋼片疊成。 電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢 Fam 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢 F0m 氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢 F m N S n0 n0 θ 電樞反應(yīng) —— Fam 對 Fm 的影響。 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） * 微型同步電動機(jī) 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相同步電機(jī)的工作原理 第 5 章 同步電機(jī)的基本理論 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相同步電動機(jī)的運(yùn)行分析 三相同步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩 三相同步電動機(jī)的的運(yùn)行特性 三相同步電動機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié) 三相同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行分析 三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行 三相同步電機(jī)的工作原理 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） V1 V2 W2 W1 U1 U2 N S 三相同步電機(jī)的工作原理 定子 + Uf － If 轉(zhuǎn)子 勵磁 繞組 一、三相同步電動機(jī) 定子 旋轉(zhuǎn)磁場。 N S S N 電動機(jī)狀態(tài) n0 n0 理想空載狀態(tài) F0m Fam Fm θ 功角 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 同步電動機(jī)中的感應(yīng)電動勢 V1 V2 W2 W1 U1 U2 N S F0m Fam Fm θ F0m 電樞三相 繞組中感應(yīng) E0 Fm 電樞三相 繞組中感應(yīng) E1 E0 在時間上滯后于 E1θ角 F0m 在空間上 滯后于 Fmθ角 － E0 在時間上滯后于 － E1θ角 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 二、三相同步發(fā)電機(jī) 勵磁機(jī) → F0m 旋轉(zhuǎn)的 F0 m和 Φ0 E0 原動機(jī) 電樞三相 繞組中感應(yīng) n0 N S n0 θ 發(fā)電機(jī)運(yùn)行 N S S N n0 n0 理想空載狀態(tài) V1 V2 W2 W1 U1 U2 N S F0m Fam Fm θ 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 三相同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時 電樞（定子）： I1 (Fam ) = 0 轉(zhuǎn)子每極磁通： Φ0 空載電動勢： E0 = kw1 N1f1 Φ0 或 電樞相電壓： U0P = E0 電樞線電壓（ Y 形聯(lián)結(jié)）： E0 = － kw1 N1f1 Φ0 E0 的頻率： f1 = pn 60 如果： f1 = 50Hz， 則： pn = 3 000 U0L =√3 E0 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 三相同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時 電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢 Fam 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢 F0m 氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢 Fm 同步電動機(jī)中的感應(yīng)電動勢 V1 V2 W2 W1 U1 U2 N S F0m Fam Fm θ F0m 電樞三相 繞組中感應(yīng) E0 Fm 電樞三相 繞組中感應(yīng) E1 E0 在時間上超前于 E1θ角 F0m 在空間上 超前于 Fmθ角 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 三、三相同步電機(jī)的可逆運(yùn)行 N S n0 n0 θ 電動機(jī)狀態(tài) N S S N n0 n0 理想空載狀態(tài) n0 N S n0 θ 發(fā)電機(jī)運(yùn)行 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 同步電機(jī)與異步電機(jī)主要結(jié)構(gòu)部件對比：從結(jié)構(gòu)上看，二者定子繞組和定子鐵心完全一樣，而且轉(zhuǎn)子鐵心也也都由導(dǎo)磁材料構(gòu)成，二者的區(qū)別就在于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。 對稱三相繞組。 (3)阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。 (a)凸極式 (b)隱極式 磁極數(shù)多、直徑大、氣隙不均勻。 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） (a)凸極式 (b)隱極式 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 區(qū)別：對于高速旋轉(zhuǎn)的同步電機(jī)，在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上，我們采用隱極式，而對于低速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子的圓周速度較低，離心力較小，故采用制造簡單、勵磁繞組集中安放的凸極式結(jié)構(gòu)。 水輪發(fā)電機(jī)：由水輪機(jī)作為原動機(jī)，立式安裝、轉(zhuǎn)速低、極對數(shù)多，采用凸極式。 由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷勵磁系統(tǒng)。 ? 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。 三、冷卻系統(tǒng) 電氣工程與自動化系 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)勵端的匯水總管。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?，F(xiàn)各國研制的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)大多數(shù)是前者 。 電氣工程與自動化系 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。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％。 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。 電氣工程與自動化系 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。 三相同步電動機(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)行時的轉(zhuǎn)速。 U1 =－ E0－ Ea－ E?＋ R1I1 疊加定理 忽略磁路飽和 電氣工程與自動化系 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)。 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 容性取正 感性取負(fù) 電氣工程與自動化系 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。 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。 分析方法：采用 雙反應(yīng)原理 。 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） F0m V1 V2 W2 W1 U1 U2 N S Fam Fam 如果磁路不飽和： 將 I1 分解為兩個分量。 Eaq =－ jXaq Iq E0 ??E? ??Ead ??Eaq ?? 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） E? =－ jXσI1 I1 = Id＋ Iq U1 =－ E0 ＋ j Xad Id＋ j Xaq Iq＋ j XσI1＋ R1I1 =－ E0＋ j (Xad＋ X?) Id＋ j (Xaq＋ X?) Iq＋ R1I1 U1 =－ E0＋ jXd Id＋ jXq Iq＋ R1I1 ※ Xd = Xad＋ X? —— 直軸同步電抗。 取 U1 = U1 0o (1) 畫 I1 。 (5) 畫 j Xd Id 和 j Xq Iq 。 XqI1 U1cos? ※ 電感