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2.按原动机类型分类 按原动机类型的不同,同步电机可分为: (1)汽轮发电机:原动机为汽轮机。由于汽轮机在高转速运行时较为经济,故汽轮发电机 应当有尽可能高的转速或尽可能少的极数。为了发出 50Hz 的交流电,因此汽轮发电机都是两 极的,转速为 3000r/min。汽轮发电机的结构特点是细而长,转子为隐极式,一般是卧式安装。 汽轮发电机应用在火力发电厂中。 (2)水轮发电机:原动机为水轮机。水轮机的转速由水头和流量决定,通常很低,为几十 转/分到数百转/分。为了获得 50Hz 的交流电,电机应设计成低转速、多极数。水轮发电机的 结构特点是短而粗,转子为凸极式,一般是立式安装。水轮发电机应用在水力发电厂中。 (3)柴油发电机:原动机为柴油机。柴油机的转速通常在 500~1500r/min 之间,由此决定 了柴油发电机的转速。柴油发电机容量较小,主要作为自备电源、移动电源,或某些重要用电 设备的保安电源。 3.按冷却介质和冷却方式分类 按冷却介质和冷却方式,同步电机可分为: (1)空气冷却(空冷):主要采用内扇式轴向和径向混合通风系统,为确保运行安全,整个 空气系统应该是封闭的。
(2)氢气冷却(氢冷):氢气冷却的效果明显优于空气冷却,在汽轮发电机中被广泛应用, 并从外冷式发展为内冷式,定、转子绕组均采用空心导线,直接将氢气压缩进导体带走热量。 为了运行安全,应用中要注意解决防漏和防爆问题。 (3)水冷却(水冷):水的冷却效果优于氢气。主要方式为水内冷,以定子绕组内冷的应用 为多,面临泄露和积垢堵塞问题。 目前,除小容量的汽轮发电机仍采用空气冷却外,功率超过 50 兆瓦的汽轮发电机,广泛 采用氢、水或几种不同冷却介质分别冷却不同部件的冷却方式。冷却组合方式有如下几种:① 定、转子绕组和定子铁心均氢外冷;②定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定转子铁心氢外冷 (水一氢一氢);③定、转子绕组水内冷,定子铁心氢冷(水一水一氢);④定、转子绕组水内冷、 定子铁心空冷(水一水一空)等。 三、 同步发电机的额定值 额定值是制造厂对电机的正常合理安全使用所作的参数规定,同时也是电机设计和试验 的依据。同步发电机的额定值有: 。 1.额定功率 PN (kW 或 MW):指在额定状态下运行时,发电机的输出功率(电功率) 2.额定电压 U N (V 或 kV) :指在额定状态下运行时,按照制造厂的规定,定子三相绕 组上的线电压。 :指在额定状态下运行时,按照制造厂的规定,流过定子绕组 3.额定电流 I N (A 或 kA) 的线.额定频率 f N (HZ) :我国额定工业频率规定为 f N =50 Hz 。 5.额定功率因数 cos ϕ N :指在额定运行时,发电机输出的有功功率和视在功率的比值。 6. 额定转速 n N (r/min): 指在额定运行时,发电机的转速,即为同步转速。 发电机的额定功率 PN 、额定电压 U N 和额定电流 I N 之间的关系为
同步发电机运行时, 转子磁极产生的主磁场是由转子励磁绕组通入直流电流建立的。 提供 励磁电流的装置称为励磁系统。下面简要介绍几种同步发电机的励磁系统。 一、直流励磁机励磁系统 用直流发电机作为励磁电源向同步发电机提供励磁电流, 称为直流发电机励磁系统, 这是 同步发电机最基本的励磁方式。 最简单的办法是安装一台并励直流发电机, 使其与同步发电机 同轴旋转, 依靠产生的直流电压为同步发电机的励磁绕组提供直流电流, 此直流发电机称为励 磁机。在同步发电机的运行方式中,有时需要励磁电压快速上升,为达此目的,励磁机可以采 用他励式,这时再用另外一台并励直流发电机供给励磁机的励磁电流,如图 11.3.1 所示。其 中, 供给同步发电机励磁电流的他励直流发电机称为主励磁机; 供给主励磁机励磁电流的并励 直流发电机称为副励磁机。
一、定子 同步发电机的定子又称为电枢,其结构与异步电机相同,由定子铁心、电枢绕组、机座和 端盖等部件组成。 1. 定子铁心 定子铁心是磁路的一部分,又起固定电枢绕组的作用。它由 0.35 或 0.5 毫米厚的两面涂 有绝缘漆的硅钢片叠装而成。由于同步发电机的尺寸 较大,通常先将定子铁心冲成带有开口槽的扇形片, 如图 11.2.7 所示, 然后再把它们按圆周拼合叠装成定 子铁心。 定子铁心沿轴向长度每隔 30~60mm, 留有 6~ 10mm 的径向通风沟,以增加定子铁心的散热面积。整 个铁心通过端部压板及定位筋牢固地连成一体。 2.电枢绕组 汽轮发电机的电枢绕组一般为双层叠绕组,它由扁铜线绕制成型后,包以绝缘而成。为了 冷却需要, 线棒除了采用实心导线外, 大型同步发电机还通常采用空心与实心导线组合的型式, 空心导线可实现定子绕组水内冷。 绕组的直线部分嵌于定子铁心槽内, 是产生感应电动势的有 效部分,端接部分只起连接作用。嵌入铁心槽中的导线,用绝缘材料制成的槽楔作径向固定, 端部用绑扎或压板固定。 大型同步发电机的定子绕组电压较高, 对绕组的绝缘材料提出了较高 的要求。
转子由原动机拖动旋转,转子磁场切割定子绕组在时间上有先后。如图 11.1.1 中,当转 子逆时针方向旋转时,转子磁场切割定子绕组的先后顺序依次为 U 相、V 相、W 相,因此 U 相超前 V 相 120 o 电角度,V 相超前 W 相 120 o 电角度。即三相电动势的相序与转子的转向一 致,因此相序由转子的转向决定。 二、同步发电机的分类 同步发电机可以按结构型式、原动机的类别和冷却方式进行分类。 1.按结构型式分类 按结构型式分,同步电机可分为: (1)旋转磁极式:如图 11.1.2 所示,高压大中容量的同步发电机均采用这种结构型式; (2)旋转电枢式:如图 11.1.3 所示,这种结构型式只适用于小容量同步电机。 在旋转磁极式的电机中,按磁极形状又可分为隐极式和凸极式两种,分别如图 11.1.2(a)
3.机座和端盖 机座和端盖构成电机的壳体, 主要用来支持和固定定子铁心并构成冷却风道, 由钢板焊接 而成。 机座和定子铁心外圆之间留有空间, 加上隔板形成风道。 机座、 端盖和隔板构成的空间, 加上风道、冷却器及风扇等,构成密闭的通风冷却系统。 定子部分除上述主要部件外,还有轴承、轴承座及电刷等部件。汽轮发电机定子装配如图 11.2.3 所示。 二、转子 转子由转子铁心、励磁绕组、阻尼绕组、护环和中心环、滑环和风扇等组成。 1.转子铁心 转子铁心是磁路的一部分,又起固定励磁绕组和阻尼绕组的作用。汽轮发电机转速很高, 转子所受离心力很大, 所以转子铁心由高机械强度和导磁性能好的整块合金钢锻造而成。 转子 圆周上有三分之一部分没有槽,称作大齿,做为发电机的主磁极;转子表面其余部分铣有辐射 形或平行的开口槽以安放励磁绕组。汽轮发电机的转子铁心截面如图 11.2.8 所示,整个转子 装配如图 11.2.4 所示。