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三相同步电机的结构及分类方式

同步电机主要由磁极和电枢两部分组成,可以做成磁极固定、电枢旋转的同步电机(转枢式),这种形式在小容量同步电机中得到某些应用,也可以做成电枢固定而磁极旋转的同步电机(转式)。这种形式广泛应用于大、中型容量的同步电机中,并成为同步电机的通常结构形式。这种结构形式有下列特点。
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,向转子输人励磁电流时,电刷与滑环负荷较小,工作较为可靠。
②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。从转子运行的机械强度和固定转子绕组来看,旋转磁极式又可分为隐极式和凸极式,如图8-1所示。

1、同步电机的结构特点图8-2为同步电机的构造原理图。

通常三相同步电机的定子是电枢,与三相异步电机定子绕组相似,转子装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通人直流电后,转子立即建立恒定磁场。当转子在外力拖动下旋转时,定子导体由于和转子旋转磁场有相对运动而产生交流电动势,此电动势的频率为f,即:

式中p代表电机的磁极对数,n代表每分钟转数。
从式(8-1)可见,交流电动势的频率与电机的磁极对数、转子转数有确定关系。
当定子绕组内通过三相交流电时,定于绕组内便产生一个旋转磁场,这时,转子绕组仍通以直流电,则转子所建立的恒定磁场将在定子旋转磁场的带动下,沿定子磁场的方向,以定子旋转磁场的转速旋转,转子的转速由下式决定

由上述两种情况可知,同步电机无论作为发电机使用,还是作为电机使用,其转速较流电频率之间将保持严格不变的关系,这是同步电机的基本特点。在磁极对数确定的情况下,电机的转速与交变电流的频率成正比。同步电机在恒定频率下的转速称为同步转速。这是同步电机与异步电机的基本差别之一。
我国电力系统规定50 Hz为标准频率。如果电机有一对磁极,其额定转速为3000 r/min,若有两对磁极时,其额定转速为1 500 r/min,以此推之,24 对磁极的水轮发电机的额定转速125r/min。
2、同步电机的分类
同步电机按结构分,可分为旋转磁极式和旋转电枢式。高压、大容量电机大多采用旋转磁极式。在旋转磁极式电机中,同步电机又分为隐极式和凸极式两种基本形式。
从安装结构上可分为立式和卧式两种。
按防护形式分,有开启式、防护式和封闭式。按冷却方式分,有空气冷却、氢冷、水冷和混合冷却等。
按同步电机的用途分,有发电机、电机和调相机。
按拖动发电机的原动机类型分,可分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、汽油发电机、风力发电机等。
下面按同步电机的常规分法,即按用途及原动机综合分类加以说明。按同步电机的用途可分为以下各类。

1. 发电机
(1) 汽轮发电机以汽轮机或燃气轮机等高速动力机械作为原动机,拖动同步发电机而产生交流电的设备,称为汽轮发电机。通常转速为3 000 r/min或1 500 r/min。功率在300~ 600 000 kW以上,电压在400~27 000 V之间。国产系列汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS。QF表示汽轮发电机(Q是汽字拼音字头,即字母表示关键字拼音字头),第三个字母Q表示氢外冷,N表示氢内冷,S表示双水内冷。
(2) 水轮发电机它是以水轮机为原动机拖动同步电机而产生交流电的设备。功率从几千瓦到90万kW以上,电压从400~20000 V,转速-般较低,从50~1500 r/ min。国产大型水轮发电机是TS系列,T表示同步,s表示水轮。
(3)柴油发电机它是用柴(汽)油机作为原动机拖动同步电机而发电的设备。其发电成本较高,一般只是作为备用发电机组或用于无电网的边远地区,或作为临时移动电源。功率从几千瓦到数千千瓦,电压一般为220~6300 V,转速从250 ~3000 r/min。
(4)中频发电机中频发电机的频率范围从400 ~20 000 Hz,功率从2~1 000kKW,电压有115V、230 v、375 V、750V及1500V等,转速一般为3 000 r/min。小功率的中频发电机用做超高速电机及雷达等设备的特种电源。大功率的一般作为中频感应加热用电源,所用动力源根据情况而定。中频发电机系列有BP、BPT、BLZ及BPS等。
2. 电机
从电网吸收电能转变为其他机械动力的同步电机,称为同步电机。同步电机的功率因数,可通过调节励磁电流进行调节。它不但可把功率因数调节到1,还可以调节到超前,对改善电网的功率因数有重要意义。同步电机转速为恒定值,不受负载变动的影响。功率范围一般在250kW到1万kW以上,电压有3kV、6kV和10kV三种,转速范围从100r/min到3 000 r/min,一般用于不调速( 或恒速)机械。TD表示同步电机,TDL表示立式同步电机。
3. 调相机(同步补偿机)
同步电机可以通过调节励磁电流专门改善电网功率因数,这种电机又称同步调相机。同步调相机的功率范围约为5000 ~60000 kVA,电压为6.6 kV、11 kV等。一般用于电网中,TT表示同步调相机。

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