海南风光第二节三相同步发电机第二节第二节 三相同步发电机三相同步发电机一、三相同步发电机的结构一、三相同步发电机的结构 二、三相同步发电机工作原理二、三相同步发电机工作原理三、三相同步发电机的并联供电三、三相同步发电机的并联供电一、一、 三相同步发电机的结构三相同步发电机的结构 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。式同步电机。 图图15.115.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场间的分布磁场，称为励磁磁场( (也称主磁场、转子磁场也称主磁场、转子磁场) )。 气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 除了转场式同步电机外除了转场式同步电机外, ,还有转枢式同步电机，其磁极还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。图中用电机的转子充当了电枢。图中用AXAX、BYBY、CZCZ三个在空间错开三个在空间错开120120电角度分布的线圈代表三相对称交流绕组。电角度分布的线圈代表三相对称交流绕组。二、三相同步发电机的工作原理二、三相同步发电机的工作原理 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。场，即建立起主磁场。 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。感应电流的载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。向切割励磁磁场）。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。引出线，即可提供交流电源。 感应电势的有效值：由第感应电势的有效值：由第1111章可知，每相感应电势的有效值为章可知，每相感应电势的有效值为 感应电势感应电势 频率：频率： 感应电势的频率决定于同步电机的转速感应电势的频率决定于同步电机的转速n n 和极对和极对数数p p ，即，即 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 三、同步发电机的额定值三、同步发电机的额定值 额定容量额定容量 ( (VA,kVA,MVAVA,kVA,MVA等等) ) 或额定功率或额定功率PN (PN (W,kW,MWW,kW,MW等等) ) ：指电机输出功率的保证值。发电机通过额定容量值可以确：指电机输出功率的保证值。发电机通过额定容量值可以确定电枢电流，通过额定功率可以确定配套原动机的容量。电动定电枢电流，通过额定功率可以确定配套原动机的容量。电动机的额定容量一般用机的额定容量一般用kWkW数表示，补偿机则用数表示，补偿机则用kVARkVAR表示。表示。 额定电压额定电压 ( (V,kVV,kV等等) ) ：指额定运行时定子输出端的线电：指额定运行时定子输出端的线电压。压。 额定电流额定电流 (A) (A) ：指额定运行时定子的线电流。：指额定运行时定子的线电流。 额定功率因数额定功率因数 ：额定运行时电机的功率因数。：额定运行时电机的功率因数。 额定频率额定频率 ：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频率规定为我国标准工业频率规定为50Hz50Hz。 额定转速额定转速 ：额定运行时电机的转速，即同步转速。：额定运行时电机的转速，即同步转速。 除上述额定值外，同步电机名牌上还常列出一些其它的运行数除上述额定值外，同步电机名牌上还常列出一些其它的运行数据，例如额定负载时的温升据，例如额定负载时的温升 、励磁容量、励磁容量 和励磁电压和励磁电压 等。等。 三、同步发电机的并联供电1 1、并联条件、并联条件 把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车、把同步发电机并联至电网的过程称为投入并联，或称为并列、并车、整步。在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损整步。在并车时必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步发电机受到损坏、电网遭受干扰。坏、电网遭受干扰。并车前必须检查发电机和电网是否适合以下条件：并车前必须检查发电机和电网是否适合以下条件： 双方应有一致的相序；双方应有一致的相序； 双方应有相等的电压；双方应有相等的电压； 双方应有同样或者十分接近的频率和相位。双方应有同样或者十分接近的频率和相位。 若以上条件中的任何一个不满足则在开关若以上条件中的任何一个不满足则在开关K K的两端，会出现差额电压的两端，会出现差额电压 ，如果闭合，如果闭合K K，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。，在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因上述条件中，除相序一致是绝对条件外，其它条件都是相对的，因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。为通常电机可以承受一些小的冲击电流。 并车的准备工作是检查并车条件和确定合闸时刻。通常用电压表测并车的准备工作是检查并车条件和确定合闸时刻。通常用电压表测量电网电压量电网电压 ，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压，并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U=U1U=U1。再借。再借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。 2 2、并联方法、并联方法（1）准确同步法）准确同步法 直接接法（直接接法（ 灯光明暗法）灯光明暗法） 如图如图17.3a所示，将三只灯泡直接跨接于电网与发所示，将三只灯泡直接跨接于电网与发电机的对应相之间。并车方法为：电机的对应相之间。并车方法为：通过调节发电机励磁电流的大小使得通过调节发电机励磁电流的大小使得 ；电压调电压调整好后，如果相序一致，灯光应表现为明暗交替，如果灯光不是明暗交替，则说明相整好后，如果相序一致，灯光应表现为明暗交替，如果灯光不是明暗交替，则说明相序不一致，这时应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；序不一致，这时应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；通过调节发电机的转速改变的频率，直到灯光明暗交替十分缓慢时，说明和的频率已通过调节发电机的转速改变的频率，直到灯光明暗交替十分缓慢时，说明和的频率已十分接近，这时等待灯光完全变暗的瞬间到来，即可合闸并车。十分接近，这时等待灯光完全变暗的瞬间到来，即可合闸并车。 交叉接法（灯光旋转法）参看图交叉接法（灯光旋转法）参看图17.3(b)和图，灯和图，灯1跨接于跨接于A1B，灯，灯2 跨接于跨接于B1A，灯，灯3 跨接于跨接于C1C。旋转法并车方法为：。旋转法并车方法为：通过调节发电机励磁电流的大小使得通过调节发电机励磁电流的大小使得 ；电压调整好后，如果相序一致，则灯光旋转，否则说明相序不一致，这时应调整电压调整好后，如果相序一致，则灯光旋转，否则说明相序不一致，这时应调整发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；发电机的出线相序或电网的引线相序，严格保证相序一致；通过调节发电机的转速通过调节发电机的转速改变改变 的频率，直到灯光旋转十分缓慢时，说明的频率，直到灯光旋转十分缓慢时，说明 和和 频率已十分接近，这时等待灯频率已十分接近，这时等待灯 3 完完全熄灭的瞬间到来，即可合闸并车。灯光法又称为理想整步法。由于它对并车条件逐全熄灭的瞬间到来，即可合闸并车。灯光法又称为理想整步法。由于它对并车条件逐一检查和调整，所以费时较多。一检查和调整，所以费时较多。（2）自同步法：在相序一致的情况下将励磁绕组通过适当的电阻短接，再用原动机）自同步法：在相序一致的情况下将励磁绕组通过适当的电阻短接，再用原动机把发电机拖动到接近同步速把发电机拖动到接近同步速(相差相差25)，在没有接通励磁电流的情况下将发电机接，在没有接通励磁电流的情况下将发电机接入电网，再接通励磁并调节励磁强弱，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转入电网，再接通励磁并调节励磁强弱，依靠定子磁场和转子磁场之间的电磁转矩将转子拉入同步转速，并车过程即告结束。需要注意的是，励磁绕组必须通过一限流电阻子拉入同步转速，并车过程即告结束。需要注意的是，励磁绕组必须通过一限流电阻短接，因为直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在定、转子绕组间短接，因为直接开路，将在其中感应出危险的高压；直接短路，将在定、转子绕组间产生很大的冲击电流。自同步法的优点是：操作简单，方便快捷；缺点是：合闸时有产生很大的冲击电流。自同步法的优点是：操作简单，方便快捷；缺点是：合闸时有冲击电流。冲击电流。