一、同步發(fā)電機(jī)的類型

同步發(fā)電機(jī)按其原動機(jī)的不同，可分為汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)兩種。在火電廠中，用汽輪機(jī)作為發(fā)電機(jī)的原動機(jī)，轉(zhuǎn)速高（常為 1500~3000r/min）；在水力發(fā)電站中，用水輪機(jī)作為發(fā)電機(jī)的原動機(jī)，轉(zhuǎn)速低（通常在 1000r/min 以下）。按發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，同步發(fā)電機(jī)可分為隱極式和凸極式兩種，如圖 1-1 所示。隱極式轉(zhuǎn)子呈圓形，轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子直徑小，但長度長，汽輪發(fā)電機(jī)通常為隱極式。凸極式轉(zhuǎn)子具有突出的磁極，發(fā)電機(jī)的勵磁繞組繞在磁極上，轉(zhuǎn)速低，常用于水輪發(fā)電機(jī)。按發(fā)電機(jī)與原動機(jī)的連接方式不同，同步發(fā)電機(jī)又有立式和臥式之分，汽輪發(fā)電機(jī)均為臥式的，水輪發(fā)電機(jī)兩種型式都有；按冷卻介質(zhì)及冷卻方式可分為：空氣冷卻、氫氣冷卻、水冷卻和混合冷卻方式等；按照發(fā)電機(jī)勵磁方式來分，同步發(fā)電機(jī)可分為他勵方式和自勵方式；按發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分劃分，有旋轉(zhuǎn)磁場式和旋轉(zhuǎn)電樞式，以旋轉(zhuǎn)磁場式發(fā)電機(jī)居多，其電樞繞組是定子的一部分，又叫定子繞組。

圖1-1

（a）隱極式； （b）凸極式

二、同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

同步發(fā)電機(jī)由定子(固定部分)和轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)動部分)兩部分組成。

1.定子

定子是同步發(fā)電機(jī)的電樞部分,用以產(chǎn)生三相交流電能。定子由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座等組成。定子鐵芯由內(nèi)圓沖有嵌線槽的硅鋼片疊裝而成,定子繞組用絕緣扁銅線或漆包線繞制而成,并三相對稱地嵌放在定子鐵芯槽內(nèi),如圖 1-1、圖 1-2 所示。定子三相繞組通常接成星形,機(jī)座是用來固定鐵芯和承受荷重的

2.轉(zhuǎn)子

由上述,同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)型式,即凸極式和隱極式。

水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是凸極式,凸極式轉(zhuǎn)子由磁極鐵芯、磁軛、勵磁繞組、轉(zhuǎn)子支架、轉(zhuǎn)軸等主要部分組成。磁極是用 1~1.5mm 厚的鋼板沖成磁極沖片后鉚裝成一個整體。在磁極鐵芯上套有勵磁繞組。勵磁繞組是由扁銅線繞成,匝間墊有絕緣,勵磁繞組與磁極本身之間隔有絕緣。各勵磁繞組串聯(lián)后接到滑環(huán)上。磁軛通常由整塊鋼板或用鑄鋼做成,它用來固定磁極,是磁路的一部分。

圖1-2

三、同步發(fā)電機(jī)的工作原理

1.電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用

圖 1-2 所示的是一臺有一對磁極的同步發(fā)電機(jī)原理圖,同步發(fā)電機(jī)定子槽中對稱放置著三相繞組(互差 120°電角度),將 X、Y、Z 連在一起,組成星形連接。轉(zhuǎn)子和定子之間留有很小的空氣隙,當(dāng)勵磁繞組中通入直流電流后建立了磁場,由于轉(zhuǎn)子磁極采用了特殊的結(jié)構(gòu),使磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿空氣隙近似于按正弦規(guī)律分布。當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動機(jī)拖動旋轉(zhuǎn)時,這個按正弦規(guī)律的旋轉(zhuǎn)磁場就依次切割定子三相對稱繞組,而在定子繞組中感應(yīng)出對稱的三相正弦交變電動勢,其瞬時值為

三相電動勢的波形和相量圖如圖 1-3 所示。

圖 1-3

（a）波形圖； （b）相量圖

當(dāng)合上發(fā)電機(jī)出口開關(guān)，帶上負(fù)載后，發(fā)電機(jī)即向負(fù)載輸出電能。

2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

感應(yīng)電動勢的頻率 f 決定于發(fā)電機(jī)的磁極對數(shù) p 和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n，轉(zhuǎn)子為一對磁極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，定子繞組的感應(yīng)電動勢正好交變一次（即一個周期），當(dāng)轉(zhuǎn)子有 p 對磁極時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電動勢就交變 p 個周期，因此為保持一定的頻率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須符合下列關(guān)系

當(dāng)定子三相對稱繞組中有三相對稱交流電流通過時,則在空間產(chǎn)生了一個旋轉(zhuǎn)磁場,這個磁場的轉(zhuǎn)速也由上式?jīng)Q定。由于同步發(fā)電機(jī)定子三相繞組是按轉(zhuǎn)子磁極的對數(shù)來布置的,因此三相繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)和轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)一樣。即定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相等,稱為同步轉(zhuǎn)速。同步發(fā)電機(jī)就是因此而得名的。