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    2. 發電機原理簡述(二)

      結構模型

      結構模型
      • 同步發電機和其他類型的旋轉電機一樣,由固定的定子和可旋轉的轉子兩大部分組成。一般分為轉場式同步電機和轉樞式同步電機。
      • 上圖為最常用的轉場式同步發電機的結構模型,其定子鐵心的內圓均勻分佈著定子槽,槽內嵌放著按一定規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。
      • 轉子鐵心上裝有製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佈磁場,稱為勵磁磁場(也稱主磁場、轉子磁場)。
      • 氣隙處於電樞內圓和轉子磁極之間,氣隙層的厚度和形狀對電機內部磁場的分布和同步電機的性能有重大影響。
      • 除了轉場式同步電機外,還有轉樞式同步電機,其磁極安裝於定子上,而交流繞組分佈於轉子表面的槽內,這種同步電機的轉子充當了電樞。圖中用Aa、Bb、Cc三個在空間錯開120電角度分佈的線圈代表三相對稱交流繞組。

      工作原理

      • 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。
      • 載流導體:三相對稱的電樞繞組為功率繞組,成為感應電勢或者感應電流的載體。
      • 切割運動:原動機拖動轉子旋轉(電機輸入機械能),極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉並順次切割定子各相繞組(相當於繞組的導體反向切割勵磁磁場)。
      • 交變電勢的產生:由於電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動,電樞繞組中將感應出大小和方向按週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。感應電壓為\( E_0 = 4.44FN{\phi}{K} \)
      • 交變性與對稱性:由於旋轉磁場極性相間,使得感應電勢的極性交變;由於電樞繞組的對稱性,保證了感應電勢的三相對稱性。

      同步轉速

      • 同步轉速從供電品質考慮,由眾多同步發電機並聯構成的交流電網的頻率應該是一個不變的值,這就要求發電機的頻率應該和電網的頻率一致。
      • 要使得發電機供給電網60Hz的工頻電能,發電機的轉速必須為某些固定值,這些固定值稱為同步轉速。例如2極電機的同步轉速為 3600r/min,4極電機的同步轉速為1800r/min,依次類推。只有運行於同步轉速,同步電機才能正常運行,這也是同步電機名稱的由來。
      轉速N = 60 * F/P    F = 頻率    P = 磁極對數

      運行方式

      同步電機的主要運行方式有三種,即作為發電機、電動機和補償機運行。 作為發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可以調節,在不要求調速的場合,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速系統中開始得到較多地應用。 同步電機還可以接于電網作為同步補償機。這時電機不帶任何機械負載,靠調節轉子中的勵磁電流向電網發出所需的感性或者容性無功功率,以達到改善電網功率因數或者調節電網電壓的目的。

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