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1、第一节 三相交流同步发电机,一、三相交流同步发电机的构造与工作原理,1、三相交流同步发电机的构造：,（1）定子（电枢）： 定子铁芯、机座、三相绕组(接星形)。 定子绕组与三相电网连接，产生感应电动势，并电网输送电能。 （旋转磁极式三相同步发电机的定子也称“电枢”）,（2）转子（磁极）：转子铁芯、直流励磁绕组、滑环与电刷 励磁绕组通直流电，产生恒定的主磁通，在原动机带动下旋转。,转子磁极结构形式,凸极式：有凸出的磁极，简单,适用于船用柴油机、水轮机作原动机的发电机。(离心力较大) 转速：500-1500r/min,隐极式：呈圆柱形，结构较复杂、用于高速发电机（汽轮发电机） 转速：1500r/mi
2、n,励磁系统,原动机,主发电机,转子磁极,定子电枢,2.三相交流同步发电机的工作原理,a转子绕组通过滑环、电刷外加直流电产生磁场 b转子在原动机的带动下变成旋转的磁极磁场 c定子绕组切割磁力线产生感应电势 d定子三相绕组在空间上互差120，故产生三相感应电势,eA=Emsint eB=Emsin(t120)eC=Emsin（t+120） 空载电动势有效值： Eo4.44fN,交流电动势的频率f,同步发电机电动势频率由原动机的转速n和电机极对数P决定。 f=pn/60 得空载电动势为：EoKen 即：空载电动势的大小与主磁通和转速n 成正比。,3.励磁方式：给磁极的励磁绕组提供直流电的装置-励磁
3、系统 见书本,自励式：半导体励磁 同步发电机的励磁电流是由发电机自已提供,电枢绕组,转子励磁绕组,三相桥式整流,辅助绕组,他励：设有专用励磁电源的称为他励（无刷）。 直流发电机 无刷同步发电机,4.铭牌数据,额定容量：同步发电机输出的电功率。 额定电压：额定运行时定子输出端的线电压。 额定电流：额定运行时定子输出端的线电流。 额定频率：额定运行时电枢输出端电能的频率。 额定转速：额定运行时电机的转速。 温升（绝缘等级）：电枢额定负载运行时允许最高温升。 P书163,自励式：半导体励磁 同步发电机的励磁电流是由发电机自已提供,电枢绕组,转子励磁绕组,三相桥式整流,辅助绕组,二、同步发电机的空载运
4、行及空载特性 1.同步发电机的自励起压,2.自励起压条件,（1）必须具有足够的剩磁，自励的必要条件 （2）自励过程构成正反馈，方向相同，极性一致 （3）适当整定励磁回路阻抗 3.自励起压存在的实际问题及措施 （1）提高发电机的剩磁电压 （2）降低伏安特性 （3）利用复励电流帮助起压,4.同步发电机的空载运行及空载特性E0=f（If）（ 相似磁化曲线）,EoKen 保持额定转速不变，空载电势E0与空载励磁电流I f的关系曲线。 E00 If ； 空载特性的实质就是磁化曲线。,同步发电机的空载额定电压一般处于空载特性曲线的部分（接近饱和点）,同步电机的转速n与旋转磁场转速no一致,发电机接负载，定
5、子（电枢）绕组有三相对称电流通过，产生旋转磁场n0=60f/p； 因转子转速在原动机带动下达 n=n0 故为同步，磁极磁场0与电枢磁场a同步，且相对静止。,电枢电流,三、同步发电机负载运行及电枢反应1.同步发电机负载运行特点,发电机接负载，定子（电枢）绕组有三相对称电流通过电枢电流Ia，电枢磁场a 电枢磁场对磁极磁场的影响叫电枢反应。当所接的负载性质不同产生的电枢反应结果也不一样，可能产生对电枢主磁场的不同作用效果。,电枢电流,2、同步发电机的电枢反应分析,电枢电流影响电枢反应的性质：电枢电流 Ia与空载电势Eo的关系有：同相位、滞后和超前三种。 与之对应的电枢反应的性质有：交轴、直轴去磁和直
6、轴增磁三种。 Ia与Eo的夹角为内功率因数角,前极靴（左）去磁、后极靴增磁，合成磁场扭斜角，为交轴电枢反应。,交轴反应（同相位）,(1）0 Ia与Eo同相（阻性负载）,a与o方向相反，合成磁场减少，为直轴去磁电枢反应。,直轴去磁（滞后）,(2) 90Ia滞后Eo90（感性负载）,a与o同向，合成磁场增强，为直轴增磁电枢反应。,直轴增磁（超前）,(3)90Ia超前Eo90（容性负载）,一般负载多为感性，电枢电流滞后电动势Eo （090） 电枢电流Ia分成两个量 Iq与Eo同相交轴电枢反应 Id与Eo垂直直轴去磁电枢反应。 结果：一般性负载既有交磁反应，又有去磁反应，且负载的功率因数越低，去磁反应
7、越严重。,一般情况,四、同步发电机的外特性及调节特性,1外特性U=f（I） 电阻性负载，交轴电枢反应，电流增加，端电压稍有下降； 感性负载，交轴和去磁电枢反应，电流增加，端电压下降； 容性负载，交轴和增磁电枢反应，电流增加，端电压增加。,负载的功率因数越低，去磁反应越严重，端电压下降越利害。,电压下降率： U%=(Uo-UN)/UN100%,2调节特性If=f（I）,为保持端电压基本不变，励磁电流随负载电流变化。,电枢反应去磁，则励磁电流应增加，反之则减小。,同步发电机有功功率、无功功率的调节,同步发电机的转矩与功率的平衡： 空载 带负载 原动机输入转矩Tin=To Tin=To+T阻（电磁转
8、矩） 原动机输入功率Pin=Po Pin=Po +Pe （电磁功率）,原动机,励磁系统,主发电机,发电机输出的功率包括：有功功率和无功功率,由于一般负载均为感性负载：既有功功率和无功功率 无功功率的影响：感性负载的直轴去磁反应使主磁通下降，端电压下降。 有功功率的影响：因Ia与Eo同相交磁反应， Ia受电磁力作用，使T阻（电磁转矩）Tin， Pin=Po +Pe （电磁功率）发生变化，转速n下降，端电压下降，频率也下降。,同步发电机负载运行时的调节： 改变无功功率：调节励磁电流 改变有功功率：改变原动机的油门开度,同步发电机独立运行有3个特点： 1.有功功率和无功功率完全由负载决定； 2.频率
9、随转速而变化，电压随励磁电流而变化； 3.负载变化将引起频率（有功）或电压（无功）的相应变化。,同步发电机的并联运行,与无穷大电网并联: 电网与单机容量比非常大，U、f不受单机调节影响。 并联运行：是指两台以上发电机同时向同一电网供电的工作状态。 并联条件：三个相等（电压、频率、相位） U1=U2 f1=f2 1=2 一个一致（相序）,同步发电机的并联:,有功功率的调节：减小原运行机的油门，增加新并机油门，要同时调节。 无功功率的调节：减小原运行机励磁电流，增加新并机励磁电流，要同时调节。,同步发电机的解列：同步发电机退出运行解列,减小解列机油门，增加继续运行机的油门，要同时调节。 减小解列机的励磁电流，增加继续运行机的励磁电流，要同时调节。,本节要点： 一、同步发电机结构、工作原理、类型、额定参数。 二、同步发电机空载特性实质；电枢反应（3种）； 三、同步发电机外特性与（u）；调节特性。 四、功率的调节与并联运行特点（无穷大，同容量）。 电枢反应是本章的相对难点,