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一、同步發(fā)電機工作原理 

1、 主磁場的建立:勵磁繞組通以直流勵磁電流,建立極性相間的勵磁磁場,即建立起主磁場. 

2、 載流導體:三相對稱的電樞繞組充當功率繞組,成為感應電勢或者感應電流的載體. 

3、 切割運動:原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(給電機輸入機械能),極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組(相當于繞組的導體反向切割勵磁磁場). 

4、 交變電勢的產(chǎn)生:由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動,電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢.通過引出線,即可提供交流電源. 

5、感應電勢 有效值:由第11章可知,每相感應電勢的有效值為 

6、 感應電勢 頻率: 感應電勢的頻率決定于同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速n 和極對數(shù)p ,即 

7、交變性與對稱性:由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間,使得感應電勢的極性交變;由于電樞繞組的對稱性,保證了感應電勢的三相對稱性. 

二、同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)模型 

1、同步發(fā)電機和其它類型的旋轉(zhuǎn)電機一樣,由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成.一般分為轉(zhuǎn)場式同步電機和轉(zhuǎn)樞式同步電機. 

2、圖15.1給出了的轉(zhuǎn)場式同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)模型,其定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽,槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組.這種同步電機的定子又稱為電樞,定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組. 

3、轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對磁極,磁極上繞有勵磁繞組,通以直流電流時,將會在電機的氣隙中形成極性相間的分布磁場,稱為勵磁磁場(也稱主磁場、轉(zhuǎn)子磁場). 

4、氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間,氣隙層的厚度和形狀對電機內(nèi)部磁場的分布和同步電機的性能有重大影響. 

5、除了轉(zhuǎn)場式同步電機外,還有轉(zhuǎn)樞式同步電機,其磁極安裝于定子上,而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi),這種同步電機的轉(zhuǎn)子充當了電樞.圖中用AX、BY、CZ三個在空間錯開120電角度分布的線圈代表三相對稱交流繞組. 

三、同步發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速 

1、同步轉(zhuǎn)速 從供電品質(zhì)考慮,由眾多同步發(fā)電機并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應該是一個不變的值,這就要求發(fā)電機的頻率應該和電網(wǎng)的頻率一致.我國電網(wǎng)的頻率為50Hz ,故有: 

2、要使得發(fā)電機供給電網(wǎng)50Hz的工頻電能,發(fā)電機的轉(zhuǎn)速必須為某些固定值,這些固定值稱為同步轉(zhuǎn)速.例如2極電機的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min,4極電機的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min,依次類推.只有運行于同步轉(zhuǎn)速,同步電機才能正常運行,這也是同步電機名稱的由來. 

四、同步發(fā)電機運行方式 

同步電機的主要運行方式有三種,即作為發(fā)電機、電動機和補償機運行. 作為發(fā)電機運行是同步電機最主要的運行方式,作為電動機運行是同步電機的另一種重要的運行方式.同步電動機的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié),在不要求調(diào)速的場合,應用大型同步電動機可以提高運行效率.近年來,小型同步電動機在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開始得到較多地應用. 同步電機還可以接于電網(wǎng)作為同步補償機.這時電機不帶任何機械負載,靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率,以達到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的.