【正文】 系 第 5章（作者：賀曉蓉） 區(qū)別：對于高速旋轉(zhuǎn)的同步電機，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，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)。 磁極數(shù)少，直徑小，氣隙均勻。 (a)凸極式 (b)隱極式 磁極數(shù)多、直徑大、氣隙不均勻。 2. 轉(zhuǎn)子 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） N S + － 3 ~ 3 ~ (3)阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。 定子鐵芯 端蓋 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 汽輪發(fā)電機的定子 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 機座 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） (1)轉(zhuǎn)子鐵心： 由整塊鑄（鍛）鋼制成。 對稱三相繞組。 在異步電機中轉(zhuǎn)子繞組是一個自行閉合的繞組，當(dāng)氣隙磁場切割轉(zhuǎn)子繞組時，便會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢產(chǎn)生電流，轉(zhuǎn)子鐵芯便表現(xiàn)為表面旋轉(zhuǎn)變化的磁極。 N S S N 電動機狀態(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 勵磁機 → F0m 旋轉(zhuǎn)的 F0 m和 Φ0 E0 原動機 電樞三相 繞組中感應(yīng) n0 N S n0 θ 發(fā)電機運行 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)電機空載運行時 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)電機負載運行時 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、三相同步電機的可逆運行 N S n0 n0 θ 電動機狀態(tài) N S S N n0 n0 理想空載狀態(tài) n0 N S n0 θ 發(fā)電機運行 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 同步電機與異步電機主要結(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)。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 同步 60 f1 p n = n0 = 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 同步電動機中的磁通勢 定子 —— 電樞。 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） * 微型同步電動機 三相同步發(fā)電機的運行特性 三相同步電機的基本結(jié)構(gòu) 三相同步電機的工作原理 第 5 章 同步電機的基本理論 三相同步電機的基本結(jié)構(gòu) 三相同步電動機的運行分析 三相同步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩 三相同步電動機的的運行特性 三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié) 三相同步發(fā)電機的運行分析 三相同步發(fā)電機的功率和轉(zhuǎn)矩 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行 三相同步電機的工作原理 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 三相同步電機的工作原理 定子 + Uf － If 轉(zhuǎn)子 勵磁 繞組 一、三相同步電動機 定子 旋轉(zhuǎn)磁場。 轉(zhuǎn)子 直流磁極。 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。 三相同步電機的基本結(jié)構(gòu) 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 在同步電機中，轉(zhuǎn)子是主磁 極，當(dāng)外加的直流勵磁電流流入轉(zhuǎn)子繞組時，轉(zhuǎn)子鐵芯便表現(xiàn)出固定的極性，隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于一塊旋轉(zhuǎn)的磁鐵。 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。 (1)定子鐵心： (2)定子繞組： (3)機座和端蓋等。 (2)勵磁繞組： 工作時施加直流勵磁。 阻尼繞組 在同步發(fā)電機中，阻尼繞組抑制轉(zhuǎn)子機械振蕩；在同步電動機中，阻尼繞組做起動繞組用。 + － N S 按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極式。多用于水輪發(fā)電機和一般中小型同步電機。主要用于大型汽輪發(fā)電機。 大型同步發(fā)電機通常用汽輪機或水輪機作為原動機來拖動，前者稱為 汽輪發(fā)電機 ，后者稱為 水輪發(fā)電機 ?；痣娬竞秃穗娬静捎?。水電站采用。 2. 靜止整流器勵磁 交流勵磁機 → 整流 → 直流電 3. 旋轉(zhuǎn)整流器勵磁 交流勵磁機 → 整流 → 直流電 → 勵磁繞組。 電刷 集電環(huán) 勵磁繞組。當(dāng)電機的容量很大時，電機內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增加，冷卻問題顯得格外重要，此時必須加強通風(fēng)或采用其他的冷卻方式。 ? 目前在更大容量的發(fā)電機中，可以采用導(dǎo)線內(nèi)部直接冷卻。所采用的冷卻介質(zhì)一般有氫氣 及水等。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)。 電氣工程與自動化系 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)電機氫冷系統(tǒng)為由發(fā)電機定子機座、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)電機的氫氣冷卻器由循環(huán)水冷卻。 氫冷系統(tǒng) 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） ?補充：超導(dǎo)體發(fā)電機 ? 近年來世界各國開始研制超導(dǎo)體氣輪發(fā)電機，它是巨型氣輪發(fā)電機的一種很有前途 的 冷卻方式 。所謂超導(dǎo)發(fā)電機是指常規(guī)發(fā)電機的勵磁繞組導(dǎo)線采用超導(dǎo)體或勵磁繞組與電樞繞組均采用超導(dǎo)體的發(fā)電機后者又叫做全超導(dǎo)發(fā)電機。 ? 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。據(jù)公司宣稱，氫發(fā)電機以Zenergy公司有名的高溫超導(dǎo)體材料制造，它能使機器效率提高到 98％以上。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)發(fā)電機 在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈磁體可以將發(fā)電機的磁場強度提高到 5萬～ 6萬高斯，并且?guī)缀鯖]有能量損失，這種發(fā)電機便是交流超導(dǎo)發(fā)電機。 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） 磁流體發(fā)電機 磁流體發(fā)電機同樣離不開超導(dǎo)強磁體的幫助。磁流體發(fā)電機的結(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。據(jù)統(tǒng)計，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 1000多億度。有專家預(yù)測，按現(xiàn)在的電價和用電量計算，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。 3. 額定功率 PN ：輸出功率的額定值。 5. 額定頻率 fN ： 50Hz。 三相同步電動機的運行分析 R1I1 E? ?? 漏磁通 E1 ??E? ?? 電氣工程與自動化系 第 5章（作者：賀曉蓉） (勵磁電動勢不變 ) (電樞反應(yīng)電動勢隨負載變化 ) 如果不計磁路飽和，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。因此 的大小可以說明電樞反應(yīng)的強弱。 1IEx aa ?