6.2 三相同步电机的结构和铭牌数据（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

6.2 三相同步电机的结构和铭牌数据 同步精品课堂 电机与变压器 高教版 1 学习目标 掌握隐极式同步发电机的结构 掌握凸极式同步发电机的结构 掌握并学会三相同步电机的铭牌数据的内容 知识目标 能力目标 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 同步电机的结构有两种基本形式：一种是旋转电枢式，即三相绕组装在转子上，磁极装在定 子上，在小容量同步电动机中得到某些应用； 另一种是旋转磁极式，它与前者相反，把磁极装在转 子上，三相绕组装在定子上，广泛应用于大、中型容量的同步电机中，并成为同步电机的通常结构 形式。 01 02 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 1 励磁电流比电枢电流小得多，励磁电压比电枢电压低得多，向转子输入励磁电流时，电刷与滑环负荷较小，工作较为可靠。 同步电机容量较大，尤其是同步发电机，容量更大。电枢装在定子上，便于嵌线，加强绝缘，通风散热。强大的电流向负载输出时不经过电刷和滑环，可减少故障，保证供电的可靠性。 2 这种结构形式有下列特点： 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 旋转磁极式，从转子运行的机械强度和固定转子绕组来看，又可分为隐极式和凸极式，如图所示。 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 一 、隐极式同步发电机的结构 对于发电机来说，目前应用最广泛的是汽轮式发电机和水轮式发电机。 汽轮机的转速都很 高，理论和实践证明，汽轮机的转速不高则效率很低。 这样，用汽轮机拖动的发电机的转速也要很高，否则，采用高转速汽轮机拖动低速发电机，中间还要采用减速机构，这就降低了传动效率。 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 因此，汽轮发电机组，不需要中间减速机构，而采用高速同步电机。在规定的电源频率下，转子的磁极对数与转速有关，即 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 1 . 转子 如果汽轮机转速达3000 r/min,那么转子有一对磁极就够了。 因此转子可以做得细一些，减 少了转子圆周上的线速度，以免转子部件由于高速旋转的离心作用而损坏，造成事故。 01 02 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 1 . 转子 为此，转 子做成隐极式，它的直径较小，要达到一定的功率，长度加长即可，形成了一个细长的圆柱体，如图所示。 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 1 . 转子 转子直径虽已尽量缩小，但大容量发电机的转子直径仍有1~1.5 m, 显得十分庞大，圆周上 的线速度仍可达到150~250 m/s 。 尤其在负载突然减小时，转子会出现短时增速，转子外围圆周 上的线速度会更大，所以要求转子的材料要有很好的机械强度，以免被破坏。因此，转子采用整 块的有良好导磁性能的合金钢锻成。 并和轴锻成一个整体。沿转子铁心表面全长铣有凹槽，槽 内放置励磁绕组。转子槽形有两种， 一种为辐射排列， 一种为平行排列，如图所示。我国生 产的电机都采用辐射形槽。 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 汽轮发电机转子槽形 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 由于端部绕组需要很大的向心力，采用保护环和中心环来可靠地固定，如图所示。 1—转子本体；2—护环；3—绕组端接部分；4—中心环 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 直流励磁电流是通过电刷和集电环引入转子励磁绕组的。集电环一般装在定子外壳与轴承 之间。集电环一般用碳钢制成，热套于隔有云母绝缘的转轴上，两极空冷汽轮发电机转子结构分 解图如图所示。 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 1—轴向风扇；2—径向风扇；3—中心环；4-护环；5—槽楔；6—护环； 7—风扇；8—励磁机电枢；9—励磁机风扇；10—滑环；11—转子绕组；12 — 槽楔；13 — 转子绕组；14 — 转子槽；15 — 槽绝缘(对地绝缘);16—槽口保护套；17—励磁引线；18—滑环；19—轴头；20—联轴器 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 2.定子 它是由定子铁心、定子绕组、机座、端盖和挡风装置等部件组成。 定子铁心一般由0.38 mm 厚的硅钢片叠压而成，每叠厚30~60 mm,各叠之间留10 mm 宽的通风槽，以增加定子铁心的散 热面积。 在定子铁心两端用非磁性材料的压板压紧，整个铁心固定在机座上。在定子铁心槽中 安放定子绕组，为了便于嵌放绕组和保证绕组的绝缘的质量，一般均做成开口槽，汽轮发电机的 绕组一般为双层叠绕组。 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 2.定子 为了减少由于趋肤效应引起的附加损耗，导线都由许多相互绝缘的多股线并绕组成，在绕组 的直线部分还要换位，使绕组中每一股线在槽内沿轴线的各个长度上，占有不同的位置，以减小 因漏磁通而引起的各股线间的电势差和涡流。 整个线圈外面包有对地绝缘，其厚度决定于电机 的额定电压。 为了防止由于突然短路时绕组端部导线之间的巨大机械应力而引起的端部变形， 定子绕组端接部分需要用细绳绑紧在用非磁性钢做成的端箍上。 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 1 3 2 一般机座都是用钢板焊接而成，机座和铁心外圆之间还留有空间，加上隔板形成风道。 外壳、端盖和护板构成空间，加上风道、冷却风室以及风扇等构成密闭的通风冷却系 统。 定子机座应有足够的强度和刚度，以承受加工、运输及运行过程中的各种作用力，另外要满 足通风散热的要求。 新知学习 一 、隐极式同步发电机的结构 汽轮发电机结构总图如图所示。 1一定子机座；2一定子铁心；3—外壳；4—为吊起定子的装置；5—防火导水管；6一定子绕组；7一定子的压紧环； 8—外护板；9—里护板：10—通风壁；11—导风屏；12—电刷架；13—电刷握；14—电刷；15—轴承； 16—轴承衬；17—油封口；18—汽轮机边的油封口；19—基础板；20—转子；21一端线；22—励磁机 新知学习 二 、凸极式同步发电机的结构 由于水轮机的转速远没有汽轮机的转速高，要使水轮发电机发出50 Hz的交流电，必须增加 同步发电机的磁极对数。由于转子磁极对数的增加，导致转子变粗，因此，将同步发电机做成凸 极式更适合水轮机或其他低速动力机的要求。 01 同步发电机与水轮机、励磁机一起组成水轮发电机组。一般大型低速水轮发电机为立式 安装，中速以上的中、小型水轮发电机为卧式安装。立式水轮发电机可分为悬式和伞式两种。 02 新知学习 二 、凸极式同步发电机的结构 图所示为悬式水轮发电机结构图。 1—换向器；2—端盖；3—主极；4—推力轴承；5—冷却水进出水管；6—上端盖；7一定子绕组；8—磁极线圈；9一主轴；10—靠背轮；11—油面高度指示器；12—出线盒；13—磁极装配支架；14—定子铁心；15—风罩；16—发电机机座；17—碳刷；18—集电环；19—制动环；20—端部撑架 新知学习 二 、凸极式同步发电机的结构 悬式是指推力轴承装在转子上面的机架上，整个转子处于悬吊状态中转动，如图6-9(a) 所 示。伞式是把推力轴承装在转子下面的机架上，整个转子处于被托着的状态中转动。通常转速 较高的电机(转速150 r/min 以上)采用伞式结构，如图6-9(b) 所示。 新知学习 二 、凸极式同步发电机的结构 定子主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。 1 定子铁心由扇形硅钢片叠成，并留有通风沟 (孔),铁心两端放置夹板，然后用双头螺杆从背部夹紧成为一整体。 2 整个铁心固定在机座内圆 的定位筋上，同时机座外壳与铁心内圆留有通风道。 3 1.定子 新知学习 二 、凸极式同步发电机的结构 悬式是指推力轴承装在转子上面的机架上，整个转子处于悬吊状态中转动，如图6-9(a) 所 示。伞式是把推力轴承装在转子下面的机架上，整个转子处于被托着的状态中转动。通常转速 较高的电机(转速150 r/min 以上)采用伞式结构，如图6-9(b) 所示。 新知学习 二 、凸极式同步发电机的结构 2. 转子 在水轮发电机的磁极上， 一般装有阻尼绕组，和笼型感应电动机的笼型绕组相似。整个阻尼 绕组由插入极靴阻尼孔内的裸铜条和端部铜环焊接而成。阻尼绕组可以减小并联运行时转子振 荡的幅值，对同步电动机主要作为启动绕组用，如图所示。 新知学习 二 、凸极式同步发电机的结构 2. 转子 磁极固定在轮环(磁轭)上，有各种固定方式。有在磁极下做成T 形尾或燕尾，轮环上开有 同样形状的槽，装配时两者用钢键楔紧。 还有用螺栓固定的。大型电机的轮环是用厚2~5 mm的钢板冲成扇形片叠成，并留有风沟，最后用螺杆把各层夹紧，形成一个整体。 在中小型电机中， 磁轭常用整块钢板冲成或用铸钢做成，轮环与转轴间用转子支架撑着，由于要通过轴传递力矩， 所以转子支架必须有足够的强度。 新知学习 三、三相同步电机的铭牌数据 同步电机同其他电机一样，制造厂将电机正常运行的条件、各种规定的数据都刻印在铭牌 上，这些数据是使用电机时应遵守的技术规定。 同步发电机的主要数据： (1)额定电压UN 指发电机在正常运行时，定子绕组的线电压，单位是V(伏)或kV (千伏)。 (2)额定电流I、 指发电机在额定运行时，定子绕组的线电流，单位是A(安)或kA (千安)。 新知学习 三、三相同步电机的铭牌数据 同步电机同其他电机一样，制造厂将电机正常运行的条件、各种规定的数据都刻印在铭牌 上，这些数据是使用电机时应遵守的技术规定。 同步发电机的主要数据： (3)额定容量P 、 指发电机在额定运行时输出的电功率。 (4)额定转速 n 、 指转子正常运行时的转速，单位是r/min 。 (5)额定效率η、指发电机在额定状态下运行的效率。 (6)额定频率f 指我国规定的交流电标准频率f 为50 Hz。 1.三相同步电机的同步转速取决于哪两个因素？ A. 电源电压和负载大小 B. 电源频率和电机极对数 C. 电机结构和材料 D. 电机设计和冷却系统 课堂练习 答案：B 解析： 三相同步电机的同步转速取决于电源频率和电机的极对数，这两者共同决定了电机的理论转速，与负载大小无关。 2.三相同步电机的铭牌上通常不会显示哪个参数？ A. 额定功率 B. 额定电压 C. 绝缘等级 D. 颜色代码 课堂练习 答案：D 解析： 三相同步电机的铭牌上会提供重要的运行参数，如额定功率、额定电压和绝缘等级，但通常不会显示颜色代码。 3.三相同步电机的铭牌上，绝缘等级表示什么？ A. 电机的最大负载电流 B. 电机绕组的耐热等级 C. 电机的防护等级 D. 电机的效率等级 课堂练习 答案：B 解析： 绝缘等级指的是电机绕组所用绝缘材料的耐热等级，这是衡量电机在高温下能够正常工作的能力。 。 4.三相同步电机的额定功率是指什么？ A. 电机输入的电功率 B. 电机轴上输出的机械功率 C. 电机在最大负载下的功率 D. 电机在空载下的功率 课堂练习 答案：B 解析： 额定功率是指电机在额定条件下轴上输出的机械功率，这是电机作为机械动力源的输出能力。 5.三相同步电机的额定电压和额定电流是指什么？ A. 电机在正常工作时的实际电压和电流 B. 电机在额定条件下的电压和电流 C. 电机在启动时的电压和电流 D. 电机在短路条件下的电压和电流 课堂练习 答案：B 解析： 额定电压和额定电流是指电机在额定条件下运行时的电压和电流，这些参数对于确保电机的安全和有效运行至关重要。 6.三相同步电机的铭牌上，防护等级通常表示什么？ A. 电机的防水和防尘能力 B. 电机的防振和防噪能力 C. 电机的防腐蚀和防锈能力 D. 电机的防火和防爆能力 课堂练习 答案：A 解析： 防护等级是指电机的防水和防尘能力，通常用IP代码表示，这是电机适应不同工作环境的重要指标。 7.三相同步电机的铭牌上，工作制通常指的是什么？ A. 电机的工作时间安排 B. 电机的工作温度范围 C. 电机的连续工作能力 D. 电机的工作频率要求 课堂练习 答案：C 解析： 工作制是指电机在额定条件下的连续工作能力，它描述了电机可以连续运行的类型，如S1表示连续工作制，S2表示短时工作制等。 8.三相同步电机的铭牌上，温升通常指的是什么？ A. 电机在运行中的温度变化 B. 电机的环境温度 C. 电机的冷却系统温度 D. 电机的绕组温度 课堂练习 答案：A 解析： 温升是指电机在额定条件下运行时，其温度相对于环境温度的升高值，这是衡量电机散热性能的重要参数。 课堂小结 1.简述三相同步电机的铭牌数据。 2.简述悬式水轮发电机结构。 3.简述凸极式同步发电机的结构。 作业布置 感谢观看 $$