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发电机原理课件
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  发电机是将其他形式的能源转换成 电能的机械设备,它由汽轮机、水轮 机、柴油机或其他动力机械驱动,将 水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变 产生的能量转化为机械能传给发电机, 再由发电机转换为电能。 ? 发电机的形式很多,但其工作原理都基 于电磁感应定律和电磁力定律。因此,其 构造的一般原则是:用适当的导磁和导电 材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路, 以产生电磁功率,达到能量转换的目的。 发电机工作示意图(若果外动力使得转 子线圈转动,切割磁场,转子线圈中就生产了电流 定 子 磁 滑环 场 转子线圈 发电机是由定子、转子、励磁机等部分组成 ? 定子铁心的内圆均匀分布着定子槽,槽内嵌放着按 一定规律排列的三相 对称交流绕组。这种 同步电机的定子又称 为电枢,定子铁心和 绕组又称为电枢铁心 和电枢绕组。 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极,磁极上 绕有励磁绕组,通以直流电流时,将会在电机的气隙 中形成极性相间的分布磁场,称为励磁磁场(也称主磁 场、转子磁场)。 ? ? 主磁场的建立:励磁绕组通以直流励磁 电流,建立极性相间的励磁磁场,即建 立起主磁场。 转子磁场 ? 载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组,成为感应 电势或者感应电流的载体。 定子线圈一般为短接距叠 绕线圈。线圈为双层单线 圈。 切割运动:原动机拖动转子旋转(给电机输 入机械能),极性相间的励磁磁场随轴一起旋 转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导 体反向切割励磁磁场)。 ? 交变电势的产生: 由于电枢绕组与主磁场 之间的相对切割运动, 电枢绕组中将会感应出 大小和方向按周期性 变化的三相对称交变 电势。通过引出线, 即可提供交流电源。 ? 感应电势 有效值:由第11章可知,每 相感应电势的有效值为: ? 感应电势 频率: 感应电势的频率决定 于同步电机的转速n 和极对数p ,即: ? ? 交变性与对称性:由于旋转磁场极性 相间,使得感应电势的极性交变;由于 电枢绕组的对称性,保证了感应电势的 三相对称性。 同步转速 ? ◆同步转速 从供电品质考虑,由众多同步发电机并 联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值,这 就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国 电网的频率为50Hz ,故有: (15.3) ◆要使得发电机供给电网50Hz的工频电能,发电机 的转速必须为某些固定值,这些固定值称为同步转 速。例如2极电机的同步转速为3000r/min,4极电 机的同步转速为1500r/min,依次类推。只有运行于 同步转速,同步电机才能正常运行,这也是同步电 机名称的由来。 电磁感应定律 磁铁(或通电线圈)与线圈有相对运动时,线圈中产生了电流。 电流的方向,总是阻止磁场变化的方向。 电流导线磁场 通电导线周围产 生磁场,磁场的 方向是阻止电流 发生变化的方向 通电线圈周围磁 场 ? ? 发电机通常由定子、转子、端盖.机座及轴承等部件构成。 定子由机座.定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的 其他结构件组成。 转子由转子铁芯(有磁扼.磁极绕组)滑环、(又称铜环.集 电环).风扇及转轴等部件组成。 由轴承及端盖将发电机的定子,转子连接组装起来,使 转子能在定[1]子中旋转,做切割磁力线的运动,从而产生感 应电势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流。 ? ? 电磁感应定律 ? 当穿过闭合回路所围面积的磁通量 发生变化时,不论这种变化是什么 原因引起的,回路中都会建立起感 应电动势,且此感应电动势正比于 磁通量对时间变化率的负值。 ? 数学表达式:当采用国际单位制时, 比例系数为 1,数学表达式为: 行方向成右手螺旋关系的磁通量为正, 反之为负。 如果回路由N匝密绕线圈组成,则通过线圈的磁通用磁链表示: =ΝΦ 感应电流和感应电量: (1)感应电流: 回路中的总电阻为R,则回 路中的感应电流为: . (2)感应电量: 在 时间内,通过回路截面的 感应电量为: . 感应电量仅与回路中磁通量的 变化量有关,而与磁通量变化的快慢无关; 磁通计及其应用。 四、楞次定律 ? 闭合回路中感应电流的方向,总是使得它所 激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的 变化。 两种表述: 用楞次定律判断感应电流方向的步骤: ? (1)判断穿过闭合回路的磁通沿什么方向, 发生什么变化(增加或减少); (2)根据楞次定律来确定感应电流所激发的 磁场沿什么方向(与原来的磁场反向还是同 向); (3)根据右手螺旋法则从感应电流产生的磁 场方向确定感应电流的方向。 发电机的分类 发电机分:直流发电机和交流发电机 交流发电机分:同步发电机和异步发 电机(很少采用) 交流发电机还可分为单相发电机与三 相发电机。 发电机结构及工作原理 发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件 构成。 定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这 些部分的其他结构件组成。 转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、 中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。 由轴承及端盖将发电机的定子,转子连接组装 起来,使转子能在定子中旋转,做切割磁力线的运 动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在 回路中,便产生了电流。 同步发电机工作原理 ·主磁场的建立:励磁绕组通以直流励磁电流,建立极性相 间的励磁磁场,即建立起主磁场。 ·载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组,成为感 应电势或者感应电流的载体。 ·切割运动:原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能), 极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组 (相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。 ·交变电势的产生:由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割 运动,电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相对称交变电势。通过引出线,即可提供交流电源 蒸汽轮机是用蒸汽来推动轮机转动的,它运 转的基本原理和常见的风车相似,蒸汽轮机是 由一个中央很厚的钢盘及钢盘外沿有很多密排 的叶片组成的主体结构。从锅炉里出来的高压 过热蒸汽从喷嘴喷到叶片上时,轮机就转动起 来,蒸汽速度越大,轮机转动得越快(也就是 蒸汽的内能在喷射中变成蒸汽的动能,它的动 能又转变为机轴旋转的机械能