发电机原理.pptx
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1、目录交流发电机原理交流发电机原理 1.旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型2.三相交流发电机原理模型三相交流发电机原理模型3.汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造4.变压器基础原理变压器基础原理5.电力变压器的构造电力变压器的构造6.电机基本名词术语电机基本名词术语7.交流发电机原理交流发电机原理GeneratorFundamentals 发发电电机机是是根根据据电电磁磁感感应应原原理理来来发发电电的的,发发电电机机首首先先要要有有磁磁场场,现现在在用用一一对对磁磁铁铁来来产产生生发电机的磁场,磁力线从北极到南极。发电机的磁场,磁力线从北极到南极。在在磁磁场场内内放放入入矩矩形形线
2、线圈圈,线线圈圈两两端端通通向向两两个个滑滑环环,滑滑环环通通过过电电刷刷连连接接到到输输出出线线上上,输输出出线端连有负载电阻。线端连有负载电阻。交流发电机原理交流发电机原理交流发电机原理交流发电机原理当线圈旋转时,根据电磁感应原理,线圈两端将当线圈旋转时,根据电磁感应原理,线圈两端将会产生感应电动势,当磁场是均匀的,矩形线圈会产生感应电动势,当磁场是均匀的,矩形线圈作匀速旋转时,感应电势按正弦规律变化,在负作匀速旋转时,感应电势按正弦规律变化,在负载电阻上有正弦交流电通过。动画中绿色小球运载电阻上有正弦交流电通过。动画中绿色小球运动的方向表示感应电流的方向、运动的速度表示动的方向表示感应电
3、流的方向、运动的速度表示感应电流的大小。感应电流的大小。根据这种磁场固定,由线圈在磁场中旋转感生根据这种磁场固定,由线圈在磁场中旋转感生电势的原理制造的发电机称为旋转电枢式同步电势的原理制造的发电机称为旋转电枢式同步发电机。发电机。交流发电机原理交流发电机原理交流发电机原理交流发电机原理返回返回旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型PrincipleoftheRotatingMagneticFieldgenerator旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型在这个模型中磁场是不动的,线圈在磁场中旋转产在这个模型中磁场是不动的,线圈在磁场中旋转产生感应电势。在实际发电机
4、中产生感应电势的线圈生感应电势。在实际发电机中产生感应电势的线圈是不运动的,运动的是磁场。是不运动的,运动的是磁场。产生磁场的是一个可旋转的磁铁,两端为南、北两产生磁场的是一个可旋转的磁铁,两端为南、北两磁极,是发电机的转子,线圈在磁铁外围,与磁铁磁极,是发电机的转子,线圈在磁铁外围,与磁铁转轴同一平面。当磁铁旋转时产生旋转磁场,线圈转轴同一平面。当磁铁旋转时产生旋转磁场,线圈切割磁力线产生感应电动势。切割磁力线产生感应电动势。旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型由于空气的磁导率太低,在旋转磁铁的外围安上环由于空气的磁导率太低,在旋转磁铁的外围安上环型铁芯,也就是定子,可大大加
5、强磁铁的磁感应强型铁芯,也就是定子,可大大加强磁铁的磁感应强度。度。在定子铁芯的内圆有一对槽,线圈嵌装在槽内。为在定子铁芯的内圆有一对槽,线圈嵌装在槽内。为了看清线圈电流与转子的运动关系,把定子变成半了看清线圈电流与转子的运动关系,把定子变成半透明的。当磁铁旋转时,线圈切割磁力线感生交流透明的。当磁铁旋转时,线圈切割磁力线感生交流电流。电流。旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型真正发电机的转子是电磁铁,转子上绕有励磁线圈,真正发电机的转子是电磁铁,转子上绕有励磁线圈,通过滑环向励磁线圈供电来产生磁场。把定子与线通过滑环向励磁线
6、圈供电来产生磁场。把定子与线圈安在转子外围,一个单相交流发电机原理模型就圈安在转子外围,一个单相交流发电机原理模型就组成了。组成了。旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型转子作匀速旋转时,线圈就感生交流电流,画面中转子作匀速旋转时,线圈就感生交流电流,画面中绿色小球运动的方向表示感应电流的方向、运动的绿色小球运动的方向表示感应电流的方向、运动的速度表示感应电流的大小。速度表示感应电流的大小。在这个模型中感生电压的频率与转子转速完全相同,在这个模型中感生电压的频率与转子转速完全相同,感生的电压的变化与转子旋转完全对应,当转速为感生
7、的电压的变化与转子旋转完全对应,当转速为每秒每秒50转(转(50r/s)或每分钟)或每分钟3000转(转(3000r/min)时,发出的交流电频率为时,发出的交流电频率为50赫兹(赫兹(Hz)。)。这种旋转磁场的发电机称为旋转磁极式同步发电机。这种旋转磁场的发电机称为旋转磁极式同步发电机。旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型返回返回三相交流发电机原理模型三相交流发电机原理模型PrincipleofThree-phaseGenerator三相交流发电机原理模型三相交流发电机原理模型 实际应用的都是三相交流发电机,其定子铁芯实际应用的都是三相交流发电机,其定子铁芯的内圆均匀分布着的
8、内圆均匀分布着6个槽,嵌装着三个相互间隔个槽,嵌装着三个相互间隔120度的同样线圈,分别称之为度的同样线圈,分别称之为A相线圈、相线圈、B相线圈、相线圈、C相线圈。装上转子就组成了一台三相交流发电机原相线圈。装上转子就组成了一台三相交流发电机原理模型。理模型。三相交流发电机原理模型三相交流发电机原理模型画面中的三相交流发电机采用星形接法,三个线圈的公共点引出线是中画面中的三相交流发电机采用星形接法,三个线圈的公共点引出线是中性线,每个线圈的引出线是相线。性线,每个线圈的引出线是相线。三相交流发电机原理模型三相交流发电机原理模型当转子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线,都会当转子匀速旋转时三个线圈
9、顺序切割磁力线,都会感生交流电动势,其幅度与频率相同。由于三个线感生交流电动势,其幅度与频率相同。由于三个线圈相互间隔圈相互间隔120度,它们感应电势的相位也相差度,它们感应电势的相位也相差120度。在画面上有每根相线的输出电势波形。度。在画面上有每根相线的输出电势波形。三相交流发电机原理模型三相交流发电机原理模型这个模型的转子只有两个极,所以感生的电压频率这个模型的转子只有两个极,所以感生的电压频率与转子每秒转速相同,是同步交流发电机,当转速与转子每秒转速相同,是同步交流发电机,当转速为每分钟为每分钟3000转(转(3000r/min)时,发出的三相交)时,发出的三相交流电频率为流电频率为5
10、0赫兹(赫兹(Hz),这种两极的同步发电机),这种两极的同步发电机广泛应用在燃煤电厂、燃气轮机电厂与核电厂,这广泛应用在燃煤电厂、燃气轮机电厂与核电厂,这些电厂使用转速为些电厂使用转速为3000r/min的蒸汽轮机或燃气轮的蒸汽轮机或燃气轮机带动同步发电机发电。机带动同步发电机发电。三相交流发电机原理模型三相交流发电机原理模型以上的原理模型电机的转子有以上的原理模型电机的转子有2个磁极,定子有个磁极,定子有6个个槽,实际的三相交流发电机定子铁芯上有多个槽,槽,实际的三相交流发电机定子铁芯上有多个槽,其槽数为极数的其槽数为极数的3n倍(倍(n=1,2,3,),称为整数),称为整数槽;还有不成整数
11、关系的称为分数槽。多个三相绕槽;还有不成整数关系的称为分数槽。多个三相绕组按规律均匀的分布在槽中。组按规律均匀的分布在槽中。三相交流发电机原理模型三相交流发电机原理模型返回返回汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造SteamTurbineGeneratorStructure汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造,发电机主要由转子与定子组成。汽轮发电机的构造,发电机主要由转子与定子组成。汽轮发电机是同步发电机,由于汽轮机的转速很高,汽轮发电机是同步发电机,由于汽轮机的转速很高,故汽轮发电机的转子只有一对磁极,在额定转速每故汽轮发电机的转子只有一对磁极,在额定转速每分钟分钟3000转时输出转时
12、输出50赫兹的三相交流电。赫兹的三相交流电。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造由于大型汽轮发电机转速高,转子磁极表面线速度由于大型汽轮发电机转速高,转子磁极表面线速度达达150m/s以上,离心力很大,故转子做成细长型。以上,离心力很大,故转子做成细长型。转子圆周上没有凸出的磁极(不像原理模型中的转转子圆周上没有凸出的磁极(不像原理模型中的转子),转子铁芯是一个在圆周上开有一些槽的圆柱,子),转子铁芯是一个在圆周上开有一些槽的圆柱,在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿,就是磁在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿,就是磁极(图极(图1所示),称之为隐极式转子。在槽中嵌有所示),称之为隐极式转子。在槽
13、中嵌有励磁绕组,隐极式转子将励磁绕组分成多个线圈,励磁绕组,隐极式转子将励磁绕组分成多个线圈,便于安装与加固。便于安装与加固。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造励磁绕组两端通过集电环(滑环)接到励磁电源,励磁绕组两端通过集电环(滑环)接到励磁电源,在转子圆周两侧就形成北极与南极,旋转时就产生在转子圆周两侧就形成北极与南极,旋转时就产生旋转磁场。旋转磁场。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造以上的原理模型电机的转子有以上的原理模型电机的转子有2个磁极,定子有个磁极,定子有6个个槽,实际的三相交流发电机定子铁芯上有多个槽,槽,实际的三相交流发电机定子铁芯上有多个槽,其槽数
14、为极数的其槽数为极数的3n倍(倍(n=1,2,3,),称为整数),称为整数槽;还有不成整数关系的称为分数槽。多个三相绕槽;还有不成整数关系的称为分数槽。多个三相绕组按规律均匀的分布在槽中。组按规律均匀的分布在槽中。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造下面通过一个汽轮发电机模型来介绍汽轮发电机的下面通过一个汽轮发电机模型来介绍汽轮发电机的基本构造与组成。基本构造与组成。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造汽轮发电机转子,转子铁芯采用隐极式结构。汽轮发电机转子,转子铁芯采用隐极式结构。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造转子励磁绕组嵌放在转子铁芯的槽中转子励磁绕组嵌放在转子铁芯的槽中汽轮发电机的构造汽轮发电机
15、的构造绕组相互连接后再连接到集电环,集电环安装在转子轴绕组相互连接后再连接到集电环,集电环安装在转子轴一端,为降低发电机的温度,在转子两端还装有风扇。一端,为降低发电机的温度,在转子两端还装有风扇。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造因为定子铁芯内的磁通是在不停的变化,定子铁芯采因为定子铁芯内的磁通是在不停的变化,定子铁芯采用多层硅钢片叠成,硅钢片间相互绝缘,可减小涡流用多层硅钢片叠成,硅钢片间相互绝缘,可减小涡流损耗。硅钢片导磁良好,在铁芯内圆均匀分布着许多损耗。硅钢片导磁良好,在铁芯内圆均匀分布着许多槽用来嵌装定子绕组槽用来嵌装定子绕组汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造在定子铁芯槽内嵌放定子的三
16、相绕组。每相绕组由多在定子铁芯槽内嵌放定子的三相绕组。每相绕组由多个线圈组成,按一定规律对称排列,该图是排列在一个线圈组成,按一定规律对称排列,该图是排列在一起的定子绕组示意图。起的定子绕组示意图。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造这些绕组是嵌装在汽轮发电机定子铁芯槽内这些绕组是嵌装在汽轮发电机定子铁芯槽内,示意图。示意图。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造定子铁芯与绕组是安装在发电机机座内,机座下方有定子铁芯与绕组是安装在发电机机座内,机座下方有发电机接线箱,连接到定子绕组,发出的三相交流电发电机接线箱,连接到定子绕组,发出的三相交流电从这里引出从这里引出汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造把转子插
17、入机座内,转子转轴由安装在机座两端轴承把转子插入机座内,转子转轴由安装在机座两端轴承托架或轴承座上的轴承支撑。转子磁极与定子铁芯间托架或轴承座上的轴承支撑。转子磁极与定子铁芯间留有气隙,转子可自由旋转留有气隙,转子可自由旋转,电刷装置与集电环紧密接电刷装置与集电环紧密接触连接触连接汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造集电环通过电刷与励磁电源连接,电刷安装在刷盒内,集电环通过电刷与励磁电源连接,电刷安装在刷盒内,刷盒固定在刷握上,刷握固定在刷握架座上,见图左刷盒固定在刷握上,刷握固定在刷握架座上,见图左图;电刷与集电环紧密接触,在图右图中显示了电刷图;电刷与集电环紧密接触,在图右图中显示了电刷与集电
18、环的相对位置。与集电环的相对位置。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造碳刷装置与集电环一同装在隔音罩内。图是汽轮发电碳刷装置与集电环一同装在隔音罩内。图是汽轮发电机外观图。机外观图。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造该图是汽轮发电机剖面图。该图是汽轮发电机剖面图。汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造实际的汽轮发电机构造非常复杂,本课件与动画仅实际的汽轮发电机构造非常复杂,本课件与动画仅介绍与发电相关的主要组成部分,机座仅为示意图,介绍与发电相关的主要组成部分,机座仅为示意图,实际的机座一般由机座与两侧端盖等部分构成,机实际的机座一般由机座与两侧端盖等部分构成,机座还包含冷
19、却系统。座还包含冷却系统。返回返回变压器基础原理变压器基础原理TransformerFundamentals变压器基础原理变压器基础原理变压器是利用电磁学的电磁感应原理,从一个电路变压器是利用电磁学的电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能的一种电器设备,它可将一向另一个电路传递电能的一种电器设备,它可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能。流电能。变压器基础原理变压器基础原理图图1是单相变压器的原理模型,由铁心与套在铁心是单相变压器的原理模型,由铁心与套在铁心上的两个绕组组成,铁心由导磁性能好、磁滞损耗上的两个绕组组成,铁心由导
20、磁性能好、磁滞损耗小的材料制成。与电源相连的线圈为一次绕组,与小的材料制成。与电源相连的线圈为一次绕组,与负载相连的线圈为二次绕组。负载相连的线圈为二次绕组。U1为输入一次绕组为输入一次绕组的电压,的电压,N1为一次绕组的匝数,为一次绕组的匝数,U2为二次绕组输为二次绕组输出的电压,出的电压,N2为二次绕组的匝数为二次绕组的匝数变压器基础原理变压器基础原理变压器基础原理变压器基础原理当这是一个理想变压器时,在一次绕组输入按正弦当这是一个理想变压器时,在一次绕组输入按正弦规律变化的交流电,根据变压器的基本原理有:规律变化的交流电,根据变压器的基本原理有:U1/U2=N1/N2=kk=电压比(匝数
21、比)电压比(匝数比)即输出即输出电压电压U2=U1*N2/N1变压器基础原理变压器基础原理其输入电压,输出电压、铁芯磁通的波形图见图其输入电压,输出电压、铁芯磁通的波形图见图2,图中,图中t表示波形移表示波形移动方向。动方向。变压器基础原理变压器基础原理变压器基础原理变压器基础原理我们平常使用的都三相交流电,图我们平常使用的都三相交流电,图3是三相变压器是三相变压器的原理模型,它由的原理模型,它由A相绕组、相绕组、B相绕组、相绕组、C相绕组与相绕组与铁芯组成。铁芯组成。变压器基础原理变压器基础原理变压器基础原理变压器基础原理三对绕组完全相同,每对绕组包含一次绕组与二次三对绕组完全相同,每对绕组
22、包含一次绕组与二次绕组,其匝数比为绕组,其匝数比为k。三个一次绕组的相同端接在三个一次绕组的相同端接在一起,三个二次绕组的相同端接在一起组成星形接一起,三个二次绕组的相同端接在一起组成星形接法。法。变压器基础原理变压器基础原理当这是一个理想变压器时,在一次绕组输入按正弦当这是一个理想变压器时,在一次绕组输入按正弦规律变化的三相交流电时,根据变压器的基本原理规律变化的三相交流电时,根据变压器的基本原理有:有:U1A、U1B、U1C分别为三相的输入电压,分别为三相的输入电压,U2A、U2B、U2C分别为三相的输出电压。分别为三相的输出电压。U1A/U2A=U1B/U2B=U1C/U2C=k变压器基
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