同步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)及其基本類型——柴油發(fā)電機(jī)組總體構(gòu)造與維修基礎(chǔ)

1.同步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)

圖2-17所示為同步發(fā)電機(jī)的構(gòu)造原理圖。通常單、三相同步發(fā)電機(jī)的定子是電樞，轉(zhuǎn)子是磁極，當(dāng)轉(zhuǎn)子勵磁繞組通以直流后，即建立恒定的磁場。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，定子導(dǎo)體由于與此磁場有相對運(yùn)動而感應(yīng)交流電動勢。電機(jī)具有p對磁極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電動勢變化p次。設(shè)轉(zhuǎn)子每秒鐘轉(zhuǎn)速為n，則轉(zhuǎn)子每秒鐘旋轉(zhuǎn)n/60轉(zhuǎn)，因此感應(yīng)電動勢每秒鐘變化pn/60次，即電動勢的頻率為：

式中 f—— 電勢頻率;

p—— 磁極對數(shù);

n—— 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

由此可見，當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的磁極對數(shù)p、轉(zhuǎn)速n一定時，發(fā)電機(jī)的交流電動勢的頻率是一定的。也就是說，同步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是：同步發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和交流電頻率之間保持嚴(yán)格不變的關(guān)系。在恒定頻率下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒定而與負(fù)載大小無關(guān)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速恒等于發(fā)電機(jī)空氣隙中(定子)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。同步電機(jī)由此得名。

在我國的電力系統(tǒng)中，規(guī)定工頻交流電的額定頻率為50Hz。因此，對某一臺指定的同步發(fā)電機(jī)而言，其轉(zhuǎn)速總為一固定值。例如：磁極對數(shù)為1對(二極)的同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min;磁極對數(shù)為2對(四極)的同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500r/min;依此類推，同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速還有1000 r/min、750 r/min、600 r/min、500 r/min和375 r/min等。為了保持交流電動勢的頻率不變，拖動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的原動機(jī)必須具有調(diào)速機(jī)構(gòu)，使發(fā)電機(jī)在輸出不同的有功功率時都能維持轉(zhuǎn)速不變。

文章出自《柴油發(fā)電機(jī)組實(shí)用技術(shù)技能》

作者：楊貴恒、張海呈、張壽珍、鐘進(jìn) 化學(xué)工業(yè)出版社出版

圖2-17 同步發(fā)電機(jī)構(gòu)造原理圖

1-定子鐵心;2-定子槽內(nèi)繞組導(dǎo)體;3-磁極;4-集電環(huán)

2.同步發(fā)電機(jī)的基本類型

同步發(fā)電機(jī)通常按其結(jié)構(gòu)形式和相數(shù)等進(jìn)行分類。

(1)按發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式分類

按發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分，同步發(fā)電機(jī)可分為旋轉(zhuǎn)電樞式(簡稱轉(zhuǎn)樞式)和旋轉(zhuǎn)磁極式(簡稱轉(zhuǎn)磁式)兩種型式。

①旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī) 旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-18所示。其電樞是轉(zhuǎn)動的，磁極是固定的，電樞電勢通過集電環(huán)和電刷引出與外電路連接。旋轉(zhuǎn)電樞式只適用于小容量的同步發(fā)電機(jī)，因?yàn)椴捎秒娝⒑图姯h(huán)引出大電流比較困難，容易產(chǎn)生火花和磨損;電機(jī)定子內(nèi)腔的空間限制了電機(jī)的容量;發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高;電機(jī)運(yùn)行速度受到離心力及機(jī)械振動的限制。所以目前只有交流同步無刷發(fā)電機(jī)的勵磁機(jī)使用旋轉(zhuǎn)電樞結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機(jī)。

(a)旋轉(zhuǎn)電樞式單相同步發(fā)電機(jī)模型

(b)旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)模型

圖2-18 旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)模型

②旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī) 旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-19所示。其磁極是旋轉(zhuǎn)的，電樞是固定的，電樞繞組的感應(yīng)電勢不通過集電環(huán)和電刷而直接送往外電路，所以其絕緣能力和機(jī)械強(qiáng)度好，且安全可靠。由于勵磁電壓和容量比電樞電壓和容量小得多，所以電刷和集電環(huán)的負(fù)荷及工作條件就大為減輕和改善。這種結(jié)構(gòu)型形式廣泛用于同步發(fā)電機(jī)，并成為同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)型式?，F(xiàn)代交流發(fā)電機(jī)常采用無刷結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)省略了集電環(huán)和電刷，無滑動接觸部分，維護(hù)簡單，工作可靠性高。

(a)凸極式同步發(fā)電機(jī)模型

(b)隱極式同步發(fā)電機(jī)模型

圖2-19 旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)模型

在旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)中，按磁極的形狀又可分為凸極式同步發(fā)電機(jī)[如圖2-19(a)所示]和隱極式同步發(fā)電機(jī)[如圖2-19(b)所示]兩種型式。由圖2-19可以看出，凸極式轉(zhuǎn)子的磁極是突出的，氣隙不均勻，極弧頂部氣隙較小，兩極尖部分氣隙較大。勵磁繞組采用集中繞組套在磁極上。這種轉(zhuǎn)子構(gòu)造簡單、制造方便，故內(nèi)燃機(jī)組和水輪發(fā)電機(jī)組一般都采用凸極式。隱極式轉(zhuǎn)子的氣隙是均勻的，轉(zhuǎn)子成圓柱形。勵磁繞組分布在轉(zhuǎn)子表面的鐵心槽中，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)組大多采用這種型式。