发电机运行原理及特性解读.ppt

第四讲 发电机原理 浙江中高动力科技股份有限公司 发电机组原理 发电机组是将其他形式的能量转化成电能的发电设备。主 要将自然界的煤、油的化学能、水能、核能、风能和太阳能等 能量通过发电机组的形式转化成电能，提供生产和生活的需要。 本项目发电机组是柴油发电机组，柴油发动机通过燃烧柴油 产生的化学能转换成机械能，机械能通过发电机最终转化成电 能。 发电机简介 发电机是将机械能转换成电能的装置。是以磁场为耦合场，利用电 磁感应和电磁力的作用而实现能量转换的机械装置。我们使用的发电机 为同步交流发电机，当发电机以 1500 转 / 分的速度转动时，发电机就能 提供 50Hz,6300V 的三相交流电源。 电磁场概念 ? 电荷：物质的固有属性之一。 ? 电量守恒定律：电荷在转移前后，其总电量不变。 ? 电场：电荷周围空间存在的一种特殊物质。 ? 磁场：电流周围空间存在的一种特殊物质。 ? 电场与磁场共同存在。 ? 变化的电场可以产生磁场；变化的磁场可以产生电场。 ? 电磁感应定律：当穿过任何闭合回路所界定面积中的磁通量发生变化时，在回路 中产生的感应电动势等于该磁通量对时间的变化率的负值： e = － d F / dt (V) 发电机原理模型 这是一个演示交流发电机工作原理的模拟装置，用手或其它方 式匀速转动转轮，带动线圈在磁场中旋转，就会产生感应电流。 同步发电机工作原理 ? 利用磁场与导体之间的相对运动而使导体感应产生电动势发出电能。 ? 在定子铁心的槽内放置导线，导线按一定规律联成绕组；转子上装有磁 极和激磁绕组。当激磁绕组通以直流电流后，电机内就会产生磁场。转 动转子，则磁场与定子导线之间有相对运动，就会在定子导线中感应出 交流电势。交流电势的频率 f 取决于电机极对数 p 和转子转速 n 。 f = p × n/60 (Hz) 同步发电机的基本结构 ? 交流发电机的基本结构形式分为旋转电枢式和旋转磁场式。 旋转电枢绕组发出的电能一般采用电刷和滑环来引接，所以 不易引接出大电流，并容易产生火花及磨损。只适用于小容 量、低电压交流发电机。 ? 一般交流发电机采用旋转磁场式结构。 ? 发电机的磁极结构可分为凸极式和隐极式。隐极式转子为圆 柱形，与定子间气隙是均匀的，无明显磁极。凸极式转子有 明显的磁极，南、北极相间排列，气隙不均匀，极弧低下气 隙小，极间部分气隙大。 ? 转子直径受到离心力的影响，有一定限制。隐极发电机适用 于高速结构；为了增加容量，只能增加转子的长度。凸极发 电机适用于中、低转速结构。 同步发电机的基本结构 同步电机的磁路 ? 对磁路的要求： – 气隙磁密的分布要尽量接近正弦波； – 励磁绕组通入励磁电流后，能够产生足 够数量的气隙磁密 ? 主磁通：经过气隙并与定子电枢绕组相 链的磁通。 ? 漏磁通：凡不与定子绕组相链，只与转 子绕组相链的磁通。 ? 只有主磁通与定子绕组 间有相对运动， 才能在定子绕组中感应电势。 同步电机的磁路 ? 当凸极电机的极靴和定子间有等气隙， 则气隙磁密分布在极间均匀；而在磁极 两边不均匀；与正弦波形相差甚远。 ? 改善气隙磁密分布波形，将凸极电机做 成不均匀气隙。磁极极靴两端的气隙比 中间大，磁阻大，磁力线疏。所以，气 隙各处磁密大小不同 ? 当满足要求： 极弧系数 ? P =0.68 － 0.72 气隙比值 ? max/ ? min=1.3 － 1.8 气隙分布接近正弦波形状 自励控制系统图 励磁机 转子 ( 电枢 ) 励磁机磁场 ( 定子 ) 主 机 定 子 主机磁场 ( 转子 ) 机械旋转 动力输入 旋转二极管 A.V.R. 输出 检测 电力 电力输出 AVR 控制系统 AVR 主机转子 ( 磁场 ) 主机定子 线圈 风扇 旋转整流装置 励磁机转子 励磁机磁场 轴承 N S S N 机座 功率输入 电压感应 电源引出