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同步发电机的基本结构和工作原理同步发电机是一种采用电磁感应原理将机械能转化为电能的设备。
它是电力系统中最常用的发电机类型之一，其结构和工作原理对于我们深入了解发电机的工作机制具有重要意义。
本文将介绍同步发电机的基本结构和工作原理。
一、基本结构同步发电机的基本结构包括定子、转子、励磁系统和机械部分。
1. 定子：定子是发电机的不动部分，通常由一组三相绕组和铁心构成。
三相绕组均匀分布在铁心上，并通过定子上的三个相序对称的绕组实现电能的产生。
2. 转子：转子是发电机的旋转部分，通常由一组绕组和铁心构成。
转子的绕组称为励磁绕组，其目的是通过旋转产生磁通，并与定子磁通相互作用，从而引发电磁感应。
3. 励磁系统：励磁系统是发电机提供直流电源的部分，通常由励磁机、整流器和调压器组成。
励磁机通过机械能驱动，产生直流电流，并经过整流器和调压器进行稳定和调节。
励磁系统的主要功能是提供足够的电流，以激励转子产生磁通。
4. 机械部分：机械部分包括轴、轴承和飞轮等设备，用于支持转子的旋转以及传递机械能。
二、工作原理同步发电机的工作原理基于电磁感应和电磁力的相互作用。
1. 励磁：当发电机启动时，励磁机产生的直流电流通过励磁绕组，形成转子磁通。
转子磁通的大小和方向决定了转子在定子磁场中受到的电磁力。
若磁通与定子磁场同相，转子将受到斥力；若磁通与定子磁场反相，转子将受到吸力。
通过调整励磁电流的大小和方向，可以控制电机的输出功率和功角。
2. 电磁感应：当励磁电流形成转子磁通后，转子通过与定子磁场的相互作用，产生感应电动势并输出电能。
根据电磁感应定律，当转子绕组被电磁力驱动旋转时，绕组中将产生感应电动势，从而产生电流。
这些感应电流通过定子绕组，形成电磁场，并与转子磁场相互作用，维持着发电机的运转。
3. 同步：同步是指发电机输出的频率和电流与电网频率和电流相匹配。
在发电机输出电能时，通过调整励磁电流和转速来保持发电机的同步，以确保发电机与电网的稳定运行。
同步发电机结构及工作原理一、引言同步发电机是一种将机械能转化为电能的发电机。
同步发电机以其高效环保、维护简单、输出电能清洁等优势，逐渐取代传统的发电机结构，成为发电行业的主流。
本文旨在介绍同步发电机的结构及其工作原理。
首先，我们将从发电机各个部分的组成结构入手，详细介绍同步发电机的构造；其次，我们将探讨同步发电机的工作原理，带您了解其发电过程的全貌。
二、同步发电机结构同步发电机的结构非常复杂，主要可分为定子、转子、调节系统等三部分。
下面我们将详细了解这些结构部件。
1.定子定子是同步发电机最关键的部分之一。
它包括定子核心、绕组、接线盒和支架四个部分。
a. 定子核心定子核心是由硅钢片叠压而成，具有较高的磁导率和较低的磁滞损耗。
定子核心的作用是增强磁场，使同步发电机在发电时稳定工作。
b. 绕组绕组是定子的另一关键部分。
它是由一系列互相交错的线圈组成的。
定子绕组通常由铜线制成，这样可以减少电能损失。
绕组的作用是在磁场中产生电磁感应，从而产生电压。
c. 接线盒接线盒是定子的一个重要组成部分。
它主要用于将定子上的绕组与汽轮机组或其他输电线路相连接。
一般来说，同步发电机的接线盒都是封闭并防水的，以避免损坏。
d. 支架支架是定子的支撑结构。
它主要由铸铁或钢材制成，并通过铆钉与定子上的绕组和接线盒相连。
支架的作用是确保定子在高速旋转时保持平衡和稳定。
2.转子转子是同步发电机的旋转部分。
它是由转子轴、极套和转子互感器等组成的。
a. 转子轴转子轴是将转子固定在汽轮机的轴上的主轴。
它通常是由高强度合金钢制成，以支撑转子高速旋转时的重量。
b. 极套极套是同步发电机转子的一个重要部分。
它位于转子的一端，从而承受了定子中产生的磁场。
因此，极套通常是由软磁材料制成，如电力钢或纯铁。
c. 转子互感器转子互感器是同步发电机中一个非常重要的部分。
它主要用于将定子中的电能转换为转子中的电能，并将电能输出。
转子互感器是由线圈和磁芯组成的。
第11章 思考题与习题参考答案
11.1 同步发电机感应电动势的频率和转速有什么关系? 在频率为50H Z 时，极数和转速有什么关系？ 答:频率与转速的关系为：60
pn f = 当频率为Hz 50时，30005060=×=pn 。
11.2 为什么汽轮发电机采用隐极式转子，水轮发电机采用凸极式转子？
答：汽轮发电机磁极对数少（通常p =1），转速高，为了提高转子机械强度，降低转子离心力，所以采用细而长的隐极式转子；水轮发电机磁极对数多,转速低，所以采用短而粗的凸极式转子。
11.3 试比较同步发电机与异步电动机结构上的主要异同点。
答：同步发电机和异步电动机的定子结构相同，都由定子铁心、定子三相对称绕组、机座和端盖等主要部件组成。
但这两种电机的转子结构却不同，同步发电机的转子由磁极铁心和励磁绕组组成，励磁绕组外加直流电流产生恒定的转子磁场。
转子铁心又分为隐极式和凸极式两种不同结构。
异步电动机的转子分为笼型和绕线型两种结构形式，转子绕组中的电流及转子磁场是依靠定子磁场感应而产生的，故也称为感应电动机。
11.4 一台汽轮发电机，极数22=p ，
MW 300=N P ，kV 18=N U ，85.0cos =N ϕ，Hz 50=N f ，试求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率。
解：（1）A U P I N N N
N 6.1132085.010********cos 336=××××==ϕ
（2）MW P N 300= MVA P S N N N 94.35285.0/300cos /===ϕ
var 186527.094.352sin M S Q N N N =×==ϕ
11.5一台水轮发电机，极数402=p ，MW 100=N P ，kV 813.U N =，9.0cos =N ϕ，Hz 50=N f ，求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率；（3）发电机的转速。
解：（1）A U P I N N N
N 553.46489.0108.13310100cos 336=××××==ϕ
（2）MW P N 100= MVA P S N N N 11.1119.0/100cos /===ϕ
var 44.48436.011.111sin M S Q N N N =×==ϕ
（3）min /15020
506060r p f n N =×== 第11章 自测题参考答案
一、填空题
1. 三相对称、直流；
2. 3000、3600；
3. 隐极、凸极；
4. 2、3000；
5. 转子转向、改变；
6. 旋转磁极、旋转电枢；
7.旋转磁极、旋转电枢；
8. 转子、定子磁场；
9. 相同、相同；
10. 笼型转子、抑制转子机械震荡
二、选择题
1.④
2.④
3.②
4.④
5.③
三、简答题
1. 答:同步发电机定子铁心槽内安放着空间相差D 120的电角度的三相对称绕组。
转子由磁极铁心和励磁绕组组成。
当励磁绕组通入直流电流后，建立恒定的转子磁场。
转子由原动机拖动以转速n 匀速旋转时，转子磁场切割定子三相对称绕组，在三相绕组中产生三相对称的电动势。
2. 答：励磁方式分为：
1）直流励磁机励磁系统：其优点是结构简单，直接获得直流电压；缺点是高转速、大容量的直流励磁机在制造和运行维护方面都存在一些困难，所以大容量汽轮发电机难以采用同轴直流励磁机励磁系统。
2）静止半导体励磁系统：其优点是运行、维护方便，由于取消了直流励磁机，使励磁容量得以提高；缺点是励磁电流通过电刷和滑环引入励磁绕组，当励磁电流过大时，将使滑环产生高温而极易损坏。
3）旋转半导体励磁系统：其优点是主励磁机实现了无刷化，避免了流经大电流的滑动接触，提高了电机运行的可靠性；缺点是转动部分的电压、电流难以测量，转子绕组保护比较困难。
四、计算题
解：（1）A U P I N N N
N 82.458.0103.6310400cos 333=××××==ϕ
（2）kW P N 400=
var 30075.0400k tg P Q N N N =×==ϕ。
