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第三章 同步发电机 第一节 同步发电机的基本原理 同步发电机的基本原理 同步发电机是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的一种装置。其工作原理如图1—1所示，在同步发电机的定子铁芯内，对称地安放着A—X、B—Y、C—Z三相绕组，它们彼此相差120o角，在转子铁芯上装有励磁绕组，当通入直流电后就产生主磁场，磁场方向如图中虚线从N极经气气隙、定子铁芯、气隙回到S极构成回路，当原动机（汽轮机）带动转子旋转时，转子磁场的磁力线就被定子绕组切割。根据电磁感应定律，在定子绕组中就产生感应电势。由于转子在不断地旋转，所以定子绕组在切割磁通的大小及方向就不断地变化，转子旋转一周定子绕组中感应电势的方向也就改变一次，由于定子三相绕组彼此互差120o角，按A→ B→ C三相顺序其电势大小为： eA=Emsinωt eB=Emsin(ωt-120o) eA=Emsin(ωt-240o) 感应电动的频率取决于发电动机的磁极对数P和转速n。当转子为一对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中的感应电动势正好交变一次，即一个周期；当转子有p对磁极时，转子旋转一周，感应电动势就交变了p个周期。设转子的转速为n(r/min)，则感应电动势每分钟交变pn/60次，即感应电动势的频率为：f=pn/60 (Hz)。此式表明：当发电机的极对数p、转速n一定时，则定子绕组感应电动势的频率就一定，即转速与频率保持不变的关系。当同步发电机的三相绕组与负载接通时，对称三相绕组中流过对称三相电流，，并产生一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速n1=60f/p，即定子旋转磁场的转速与发电机转子转速相同，故称为同步发电机。 我国电力系统的标准频率规定为50Hz，因此，当n=3000r/min时，发电机应为一对极；当n=1500r/min时，发电机应为两对极，依此类推。 发电机的基础知识 发电机的分类： 按原动机的不同主要分为汽轮发电机和水轮发电机 按冷却方式不同可分为空气冷却发电机、氢气冷却发电机和水内冷发电机 发电机的型号 汽轮发电机的型一般用汉语拼音字母和数字表示，如： 空气冷却发电机：QF2—100—2 Q—汽轮机，F—发电机，2—设计序号，100—100MW额定容量，2—极数 氢气冷却发电机：QFQ—100—2 Q—汽轮机，F—发电机，Q—氢气，100—100MW额定容量，2—极数 水冷发电机：QFS—100—2 Q—汽轮机，F—发电机，S—水冷，100—100MW额定容量，2—极数 发电机的有关参数 额定电流Ie：发电机正常连续运行的最大工作电流，单位：安（A）或千安（KA） 额定电压Ue：发电机长期安全运行的最高电压，指线电压，单位：伏（V）千伏（KV） 额定容量Se:发电机长期安全运行所输出的最大视在功率。单位：千伏安（KVA）或兆伏安（MVA） 额定功率Pe：发电机长期安全运行所输出的最大有功功率。单位千瓦（KW）或兆瓦（MW） 额定功率因数COSфe:发电机额定功率和额定容量的比值。 它们之间的关系为： Pe=SeCOSфe=1.732UeIeCOSфe 三．同步发电机的电势方程 1．同步发电机带负载运行时的电磁量 同步发电机带负载运行时，由于定子三相绕组中有电流通过，也会形成一个磁场，该磁场也是旋转磁场，称之为电枢磁场，电枢磁场以与转子主磁场相同的速度，相同的方向旋转。所以同步发电机运行时，气隙中存在着两个旋转磁场，即转子旋转磁场和电枢旋转磁场。为了分析问题简单方便，可不计磁路饱和的影响。应用叠加原理，认为一个磁动势独立产生一个磁通，并在电枢绕组中感应出相应的电动势。所以负载时定子绕组中感应电动势包括转子磁场感应的空载电动势E0、电枢磁场感应的电动势Es和漏磁通感应的电动势Eδ。 2．电势方程 根据基尔霍夫电压定律，参看图3—2所示各电磁量的方向，得出一相绕组的电动势平衡方程式： E0+Es+Eδ=U+Irs U—发电机的相电压 Irs—电枢一相绕组的电阻压降 若忽略电枢绕组的电阻压降，则得 E0+Es+Eδ=U 用Eδ=-jIXδ，ES=-jIXs来表示，则得 E0-jIXδ-jIXs=U 整理即得发电机的电动势方程： E0=U+jIXd 第二节 同步发电机的基本结构 同步发电机主要是由定子、转子、端盖及轴承等部件组成。 定子： 定子由定子铁芯、定子绕组、机座以及固定这些部件的其它构件组成。 定子铁芯一般是用含硅量较高的厚0.35mm的硅钢片迭成，每迭厚约3—6cm，迭与迭之间留有1cm宽的通风槽，整个定子铁芯靠拉紧螺杆和特殊的非磁性端压板压紧成整体，固定在机座上，机座为钢板焊接结构，其作用除了支撑定子铁芯外，还起通风作用