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第一章 600MW发电机结构
第一节同步发电机的发展概况
发电机的功能是将原动机转轴上的动能通过发电机转子与定子间的磁场偶合作用,转换到定子绕组上变成电能。
按照原动机的不同,通常同步发电机分为水轮发电机、汽轮发电机、燃气轮发电机及柴油发电机等。水轮发电机和柴油发电机的转速较低,极数较多,多采用凸极式转子。汽轮发电机和燃气轮发电机的转速很高,则采用隐极式转子。目前600MW级燃煤机组是世界多数工业发达国家重点发展的火电主力机组,在一些国家火力发电机组标准系列中是一个重要的级别。这一容量等级的机组也是目前我国火电建设中将要大力发展的系列之一。
第二节同步电机的基本原理与结构
一、同步电机的基本特点
同步电机的基本特点是:同步电机转子的转速恒等于定子旋转磁场的同步转速,它和电网频率之间严格遵守下式的关系;
(1-1-4)
――转子的转速(圈/分钟);
——定子旋转磁场的转速;
——转子的极对数;
——频率;
同步电机即由此得名。我国工业频率规定为=50Hz,而电机极对数户是整数,因此,对某一台同步电机其转速总为一固定值,例如:二极同步电机的转速为3000r/min,四极同步电机的转速为1500rmin,依此类推。
同步电机主要用来作为产生三相交流电的发电机,现代工农业所用的交流电能几乎全由同步电机供给,所以同步电机的作用和价值是极其重要的。
同步电机和其他所有电机一样,从原理上讲也是可逆的,它不仅可以作为发电机运行,也可以作为电动机运行。
同步电机的另一种特殊运行方式为同步调相机,或称同步补偿机,专门用来向电网发送送滞后无功功率,以改善电网的功率因数。
二、同步电机的基本工作原理
同步电机主要分定子和转子两部分。一般同步电机的定子(又称电枢)与异步电机的定子相同,在定子铁心内腔均匀冲槽,槽中嵌放对称三相绕组。同步电机的转子结构与异步电机转子完全不同,如图1-1-1所示,图中定子只画出d相的两个等效集中绕组。转子为凸极式。
图1-1-1 同步电机结构原理图
。当励磁绕组中流过直流电流后,产生磁极磁场或称为励磁磁场,原动机拖动转子旋转时,主磁场同转子一起旋转,就得到一个机械旋转磁场,该磁场对定子发生相对运动,在定子绕组中感应出三相对称的交流电势。由于定子三相对称绕组在空间相差120电角度,因此三相电势也在时间上相差120电角度,
(1-1-5)
——为定子绕组中最大电势;
如果同步发电机接上负载,就有三相电流流过,这时同步发电机将机械能转换为电能。接入电网的同步发电机,在一定条件下也可作电动机运行,这时同步电动机便将电旋转变为机械能。
三、同步电机的结构特点
现代同步电机绝大部分都是做成电枢固定而磁场旋转的,称为转场式,如有特殊要求时,可作为转枢式,如交流励磁机。
在旋转磁极式的同步电机中,按磁极的形状又可分为隐极式和凸极式两种,如图1-1-2所示。
1一定于: 2一凸极转于, 3一隐极转于; 4一滑环
图1-1-2 同步电机的基本型式
在固定的电源频率下,采用那一种形式的转子和电机的转速有关。对于用汽轮机拖动的同步发电机,由于汽轮机转速较高(如=l,转子直径为1米时转子圆周的线速度就达到157m/sec),要求有足够的机械强度,所以转子磁极宜作成隐极式,这种电机通常称为汽轮发电机。对于用水轮机拖动的发电机,由于水轮机转速较低,因而要求有较多的磁极,转子宜作成凸极式,凸极式的转子在结构和加工工艺上都比隐极式的简单,这种电机通常称为水轮发电机。
无论是汽轮发电机还是水轮发电机,它们都含有共同的三个部分,即:定子、转子和气隙。依靠转子磁场旋转,在定于绕组中产生电磁感应,实现能量转换。
由于同步电机的励磁功率是由直流电源供给的,不像异步电机那样由电网供给无功励磁功率;同时为了满足同步电机运行性能的要求,电机应具有较大的气隙。按容量大小不同,~8cm范围内。而异步电机气隙较小,
同步电机的定子铁心和绕组就其结构原理而言,与异步电机没有本质的区别,只是由于同步电机容量大,电压高,因而要求一些特殊的通风冷却和绝缘结构以及专门的加工工艺。
四、汽轮发电机的特点
现在,我们着重介绍汽轮发电机的特点。
由于原动机的要求,汽轮发电机均为横轴式(卧式)的。图1-1-3(a)和(b)为两极汽轮发电机转于铁心横剖面图。
(a)幅射形槽(b)干行槽
图1-1-3 两极汽轮发电机转子铁芯横剖面图
对于转子铁心,要求它的导磁性能好,一般由高强度和导磁性能较好的合金钢锻成,并且和转轴做成一个整体,转子铁芯上开槽较多,齿较窄的部分叫小齿,这部分约占圆周的三分之二(