1、第第5 5章章 同步发电机的同步发电机的基本知识及结构基本知识及结构 同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理 大型同步发电机的结构大型同步发电机的结构 大型同步发电机的基本系统大型同步发电机的基本系统蒸汽管道蒸汽管道汽轮机汽轮机储煤场储煤场烟囱烟囱输煤皮带输煤皮带升压站升压站锅炉锅炉江河或水库江河或水库冷凝器冷凝器发电机发电机冷却水冷却水一、同步发电机的基本工作原理一、同步发电机的基本工作原理l同步发电机的基本结构部件有同步发电机的基本结构部件有定子铁芯定子铁芯、定子三相对称绕组定子三相对称绕组、转子铁芯转子铁芯和和励磁绕励磁绕组组。l励磁绕组中通以直流电流励磁，产生恒励磁绕组中通以
2、直流电流励磁，产生恒定的磁场。当原动机拖动转子以转速定的磁场。当原动机拖动转子以转速n n旋转时，定子绕组导体将切割磁力线，旋转时，定子绕组导体将切割磁力线，在定子绕组中将感应出交变电动势。在定子绕组中将感应出交变电动势。5.1 5.1 同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理l当导体经过一对磁极，导体中的感应电当导体经过一对磁极，导体中的感应电动势就变化了一个周波，若转子极对数动势就变化了一个周波，若转子极对数为为P P，转子旋转一周，导体感应电动势就，转子旋转一周，导体感应电动势就变化了变化了P P个周波，设转子转速为个周波，设转子转速为 n n，则感，则感应电动势的频率为：应电动
3、势的频率为：f=f=pn/60pn/60。一、同步发电机的基本工作原理一、同步发电机的基本工作原理l同时，同时，当三相对称绕组接有三相对称负当三相对称绕组接有三相对称负载时，绕组中会有三相对称电流流通，载时，绕组中会有三相对称电流流通，形成磁场，其合成磁动势是一个幅值恒形成磁场，其合成磁动势是一个幅值恒定的旋转磁动势，且转速决定于电流的定的旋转磁动势，且转速决定于电流的频率和磁极对数，即转速频率和磁极对数，即转速n n1 1=60f=60f1 1/p/p;l 显然，显然，转子的转速与气隙磁场的旋转转子的转速与气隙磁场的旋转速度相等，所以称之为同步电机速度相等，所以称之为同步电机。一、同步发电机
4、的基本工作原理一、同步发电机的基本工作原理用途：用途：同步电机主要作为发电机；作为电同步电机主要作为发电机；作为电动机一般用在恒速的低速大功率机械中；动机一般用在恒速的低速大功率机械中；亦可作同步补偿机，专门用来吸收和输送亦可作同步补偿机，专门用来吸收和输送无功功率。无功功率。一、同步发电机的基本工作原理一、同步发电机的基本工作原理l 同步电机的运行状态同步电机的运行状态发电机发电机把机械能转换为电能把机械能转换为电能 电动机电动机把电能转换为机械能把电能转换为机械能补偿机补偿机没有有功功率的转换，只发出没有有功功率的转换，只发出 或吸收无功功率或吸收无功功率 同步电机运行状态，主要取决于定子
5、同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁动势与转子磁动势之间的夹角。合成磁动势与转子磁动势之间的夹角。一、一、同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理l按按原动机的类型原动机的类型不同分：汽轮发电机、水不同分：汽轮发电机、水轮发电机等。轮发电机等。l按按转子结构转子结构不同分：不同分：凸极式凸极式和和隐极式隐极式。l按按安装方式安装方式不同分：卧式和立式。不同分：卧式和立式。l按按冷却介质冷却介质不同分：空气冷却、氢气冷却、不同分：空气冷却、氢气冷却、水冷却。水冷却。二、同步发电机的类型二、同步发电机的类型1 1、型号、型号 例如：例如：QFSN-200-2QFSN-200-2，TS-9
6、00/135-56TS-900/135-562 2、额定值、额定值l额定功率额定功率P PN N（MWMW）指额定运行时电机的指额定运行时电机的输出功率输出功率l额定电压额定电压U UN N （kVkV）指额定运行时定子的指额定运行时定子的线电压线电压l额定电流额定电流I IN N （A A）指额定运行时定子的指额定运行时定子的线电流线电流三、同步发电机的铭牌三、同步发电机的铭牌l额定功率因数额定功率因数指额定运行时电机指额定运行时电机的功率因数的功率因数 l额定频率额定频率f fN N（HzHz）指额定运行时电枢的指额定运行时电枢的频率频率l额定转速额定转速n nN N（r/minr/min
7、）指额定运行时电机指额定运行时电机的转速，即为同步转速的转速，即为同步转速3 3、额定值之间的关系：、额定值之间的关系：三、同步发电机的铭牌三、同步发电机的铭牌cosN 3cosNNNNPU I 5.2 5.2 大型同步发电机的结构大型同步发电机的结构l同步发电机的定子主要由定子铁芯、定子绕同步发电机的定子主要由定子铁芯、定子绕组、机座、端盖、轴承等部件组成。组、机座、端盖、轴承等部件组成。l发电机的机座与端盖也称为电机外部壳体，发电机的机座与端盖也称为电机外部壳体，起着固定电机、保护内部构件以及支撑定子起着固定电机、保护内部构件以及支撑定子绕组和铁芯的作用。绕组和铁芯的作用。l定子铁芯是电机
8、的主要部件，它起着构成主定子铁芯是电机的主要部件，它起着构成主磁路和固定定子绕组的重要作用。磁路和固定定子绕组的重要作用。l定子绕组又称电枢绕组，是发电机进行能量定子绕组又称电枢绕组，是发电机进行能量 转换的心脏部位。转换的心脏部位。一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子一、发电机的定子l发电机转子的作用是传递原动机供给的机械发电机转子的作用是传递原动机供给的机械转矩，支撑旋转的励磁线圈，形成良好的磁转矩，支撑旋转的励磁线圈，形成良好的磁通路径和转子散热通道。通路径和转子散热通道。l发电机
9、转子：转子铁芯、励磁绕组、护环、发电机转子：转子铁芯、励磁绕组、护环、中心环和阻尼绕组等组成。中心环和阻尼绕组等组成。l转子铁芯分为隐极式和凸极式。转子铁芯分为隐极式和凸极式。隐极式：气隙均匀，适于高速旋转，与汽隐极式：气隙均匀，适于高速旋转，与汽轮机组合；轮机组合；凸极式：气隙不均匀，旋转时阻力大，转凸极式：气隙不均匀，旋转时阻力大，转速低，与水轮机组合；速低，与水轮机组合；二、发电机的转子二、发电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子隐极式同步电机的转子凸极式同步电机的转子凸极式同
10、步电机的转子卧式凸极同步电机卧式凸极同步电机转子的典型结构转子的典型结构凸极式同步电机的转子凸极式同步电机的转子凸极式同步电机的转子凸极式同步电机的转子l三峡三峡7070万机组左岸发电机由万机组左岸发电机由Alstom/ABBAlstom/ABB和和VGSVGS联合体供货，右岸实现国产。采用推力联合体供货，右岸实现国产。采用推力轴承置于下机架的三导轴承半伞式结构，由轴承置于下机架的三导轴承半伞式结构，由转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、导轴承、空气冷却器和永磁机等部分组成。导轴承、空气冷却器和永磁机等部分组成。额定容量额定容量777.8MVA/700M
11、W777.8MVA/700MW，最大容量，最大容量840MVA840MVA，额定电压额定电压20kV20kV，额定电流，额定电流22453A22453A，额定转速，额定转速75rpm75rpm，推力轴承总负荷，推力轴承总负荷55205520吨，采用定子吨，采用定子绕组水冷、转子空冷的冷却方式，发电机总绕组水冷、转子空冷的冷却方式，发电机总重量达重量达34433443吨，是世界最大的水轮发电机。吨，是世界最大的水轮发电机。一台机组一台机组1 1小时发电量约为小时发电量约为5555万度，足够万度，足够1010万户家庭用一天。万户家庭用一天。l发电机定子机座外径达发电机定子机座外径达21.421.4
12、米，在工厂制造米，在工厂制造完成后，分数瓣运至工地，吊入机坑焊接拼完成后，分数瓣运至工地，吊入机坑焊接拼装。装。l发电机转子发电机转子是水轮机组是水轮机组中，整体吊中，整体吊装重量最重装重量最重的部件，直的部件，直径径1818米，重米，重量超过量超过18001800吨，安装间吨，安装间隙只有隙只有3 3厘米。厘米。http:/ 5.3 大型同步电机的基本系统大型同步电机的基本系统静止半导体励磁系统静止半导体励磁系统交流副励磁机交流副励磁机交流主励磁机交流主励磁机静止硅静止硅整流器整流器励磁励磁调整器调整器主发电机主发电机电电压压互互感感器器电流互感器电流互感器可控可控整流器整流器自励自励恒压器
13、恒压器起励电源起励电源 旋转半导体励磁系统旋转半导体励磁系统交流副励磁机交流副励磁机交流主励磁机交流主励磁机静止硅静止硅整流器整流器励磁励磁调整器调整器主发电机主发电机电电压压互互感感器器电流互感器电流互感器可控可控整流器整流器自励自励恒压器恒压器起励电源起励电源 旋转部分旋转部分自并励励磁系统自并励励磁系统励磁励磁调整器调整器主发电机主发电机电电压压互互感感器器电流互感器电流互感器可控可控整流器整流器起励电源起励电源 励磁变压器励磁变压器l 自并励励磁系统目前广泛应用于汽轮发电自并励励磁系统目前广泛应用于汽轮发电机、水轮发电机中，它具有以下优点：机、水轮发电机中，它具有以下优点：优良的动态控
14、制特性，灵活、快速、可靠；优良的动态控制特性，灵活、快速、可靠；良好的传输特性；良好的传输特性；简化机组轴系，轴短，运行维护简单；简化机组轴系，轴短，运行维护简单；能方便地与不同类型和容量的发电机配用；能方便地与不同类型和容量的发电机配用；损耗小。损耗小。5.3 5.3 大型同步电机的基本系统大型同步电机的基本系统二、二、300 MW 300 MW水氢氢机组水系统简介水氢氢机组水系统简介三、三、300 MW 300 MW水氢氢机组氢气控制系统简介水氢氢机组氢气控制系统简介三、三、300 MW 300 MW水氢氢机组密封油系统简介水氢氢机组密封油系统简介隐极式同步电机的类型隐极式同步电机的类型N NS S+隐极式隐极式N NS SN NS S+凸极式凸极式凸极式同步电机的类型凸极式同步电机的类型
