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同步發電機

同步發電機
同步發電機轉子轉速與定子旋轉磁場的轉速相同的交流發電機。按結構可分為旋轉電樞和旋轉磁場兩種。當它的磁極對數為p、轉子轉速為n時,輸出電流頻率f=np/60(赫)。
目錄

介紹
特性工作特性
空載特性
電樞反應
負載運行特性
結構和分類
工作原理
故障診斷與排除方法發電機過熱
發電機中性線對地有異常電壓
發電機電流過大
發電機端電壓過高
功率不足
定子繞組絕緣擊穿、短路
定子鐵芯松弛
鐵芯片間短路
發電機失去剩磁,起動時不能發電
自動勵磁裝置的勵磁電抗器溫度過高
發電機起動后,電壓升不起來
發電機的振蕩失步
發電機振動
介紹
特性 工作特性
空載特性
電樞反應
負載運行特性
結構和分類
工作原理
故障診斷與排除方法 發電機過熱
發電機中性線對地有異常電壓
發電機電流過大
發電機端電壓過高
功率不足
定子繞組絕緣擊穿、短路
定子鐵芯松弛
鐵芯片間短路
發電機失去剩磁,起動時不能發電
自動勵磁裝置的勵磁電抗器溫度過高
發電機起動后,電壓升不起來
發電機的振蕩失步
發電機振動
 


  
介紹
  作發電機運行的同步電機。是一種最常用的交流發電機。在現代電力工業中,它廣泛用于水力發電、火力發電、核能發電以及柴油機發電。由于同步發電機一般采用直流勵磁,當其單機獨立運行時,通過調節勵磁電流,能方便地調節發電機的電壓。若并入電網運行,因電壓由電網決定,不能改變,此時調節勵磁電流的結果是調節了電機的功率因數和無功功率。   同步發電機的定子、轉子結構與同步電機相同,一般采用三相形式,只在某些小型同步發電機中電樞繞組采用單相。
特性
工作特性
  表征同步發電機性能的主要是空載特性和負載運行特性。這些特性是用戶選用發電機的重要依據。
空載特性
  同步發電機結構圖發電機不接負載時,電樞電流為零,稱為空載運行。此時電機定子的三相繞組只有勵磁電流If感生出的空載電動勢E0(三相對稱),其大小隨If的增大而增加。但是,由于電機磁路鐵心有飽和現象,所以兩者不成正比(圖1)。反映空載電動勢E0與勵磁電流If關系的曲線稱為同步發電機的空載特性。
電樞反應
  當發電機接上對稱負載后,電樞繞組中的三相電流會產生另一個旋轉磁場,稱電樞反應磁場。其轉速正好與轉子的轉速相等,兩者同步旋轉。   [1]
負載運行特性
  原理圖主要指外特性和調整特性。外特性是當轉速為額定值、勵磁電流和負載功率因數為常數時,發電機端電壓U與負載電流I之間的關系,如圖2所示。調整特性是轉速和端電壓為額定值、負載功率因數為常數時,勵磁電流If與負載電流I之間的關系,如圖3所示。圖2中還顯示出電阻性、電容性和電感性3種負載的情況。由于電樞反應磁場影響的不同,三者的曲線也不一樣。在外特性中,從空載到額定負載時電壓的變化程度稱為電壓變化率△U,常用百分數表示為   同步發電機的電壓變化率約為20~40%。一般工業和家用負載都要求電壓保持基本不變。為此,隨著負載電流的增大,必須相應地調整勵磁電流。圖3所示為 3種不同性質負載下的調整特性。雖然調整特性的變化趨勢與外特性正好相反,對于感性和純電阻性負載,它是上升的,而在容性負載下,一般是下降的。
結構和分類
  同步發電機的結構按其轉速分為高速和低(中)速兩種。前者多用于火電廠和核電站;后者多與低速水輪機或柴油機聯動。在結構上,高速同步發電機多用隱極式轉子,低(中)速同步發電機多用凸極式轉子。
工作原理
  ◆主磁場的建立:勵磁繞組通以直流勵磁電流,建立極性相間的勵磁磁場,即建立起主磁場。   ◆ 載流導體:三相對稱的電樞繞組充當功率繞組,成為感應電勢或者感應電流的載體。   ◆ 切割運動:原動機拖動轉子旋轉(給電機輸入機械能),極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉并順次切割定子各相繞組(相當于繞組的導體反向切割勵磁磁場)。 ◆ 交變電勢的產生:由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動,電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線,即可提供交流電源。   ◆ 感應電勢 有效值:由第11章可知,每相感應電勢的有效值   ◆ 感應電勢 頻率: 感應電勢的頻率決定于同步電機的轉速n 和極對數p   ◆ 交變性與對稱性:由于旋轉磁場極性相間,使得感應電勢的極性交變;由于電樞繞組的對稱性,保證了感應電勢的三相對稱性。   ◆同步轉速 從供電品質考慮,由眾多同步發電機并聯構成的交流電網的頻率應該是一個不變的值,這就要求發電機的頻率應該和電網的頻率一致。我國電網的頻率為50Hz
故障診斷與排除方法
發電機過熱
  同步發電機(1)發電機沒有按規定的技術條件運行,如定子電壓過高,鐵損增大;負荷電流過大,定子繞組銅損增大;頻率過低,使冷卻風扇轉速變慢,影響發電機散熱;功率因數太低,使轉子勵磁電流增大,造成轉子發熱。應檢查監視儀表的指示是否正常。如不正常,要進行必要的調節和處理,使發電機按照規定的技術條件運行。   (2)發電機的三相負荷電流不平衡,過載的一相繞組會過熱;若三相電流之差超過額定電流的10%,即屬于嚴重蛄相電流不平衡,三相電流不平衡會產生負序磁場,從而增加損耗,引起磁極繞組及套箍等部件發熱。應調整三相負荷,使各相電流盡量保持平衡。   (3)風道被積塵堵塞,通風不良,造成發電機散熱困難。應清除風道積塵、油垢、使風道暢通無阻。   (4)進風溫度過高或進水溫度過高,冷卻器有堵塞現象。應降低進風或進水溫度清除冷卻器內的堵塞物。在故障未排除前,應限制發電機負荷,以降低發電機溫度。   (5)軸承加潤滑脂過多或過少,應按規定加潤滑脂,通常為軸承室的1/2~1/3(轉速低的取上限,轉速高的取下限),并以不超過軸承室的70%為宜。   (6)軸承磨損。若磨損不嚴重,使軸承局部過熱;若磨損嚴重,有可能使定子和轉子摩擦,造成定子和轉子避部過熱。應檢查軸承有無噪音,若發現定子和轉子摩擦,應立即停機進行檢修或更換軸承。   (7)定子鐵芯絕緣損壞,引起片間短路,造成鐵芯局部的渦流損失增加而發熱,嚴重時會使定子繞組損壞。應立即停機進行檢修。   (8)定子繞組的并聯導線斷裂,使其他導線的電流增大而發熱。應立即停機進行檢修。
發電機中性線對地有異常電壓
  (1)正常情況下,由于高次諧波影響或制造工藝等原因造成各磁極下的氣隙不均、磁勢不等而出現的很低電壓,若電壓在一至數伏,不會有危險,不必處理。   (2)發電機繞組有短路或對地絕緣不良,導致電設備及發電機性能變壞,容易發熱,應及時檢修,以免事故擴大。   (3)空載時中性線對地無電壓,而有負荷時出現電壓,是由于三相不平衡引起的,應調整三相負荷使其基本平衡。
發電機電流過大
  (1)負荷過大,應減輕負荷。   (2)輸電線路發生相間短路或接地故障,應對線路進行檢修,故障排除后即可恢復正常。
發電機端電壓過高
  (1)與電網并列的發電機電網電壓過高,應降低并列的發電機的電壓。   (2)勵磁裝置的故障引起過勵磁,應及時檢修勵磁裝置。
功率不足
  由于勵磁裝置電壓源復勵補償不足,不能提供電樞反應所需的勵磁電流,使發電機端電壓低于電網電壓,送不出額定無功功率,應采取下列措施:   (1)在發電機與勵磁電抗器之間接入一臺三相調壓器,以提高發電機端電壓,使勵磁裝置的磁勢逐漸增大。   (2)改變勵磁裝置電壓磁通勢與發電機端電壓的相位,使合成總磁通勢增大,可在電抗器每相繞組兩端并聯數千歐、10W的電阻。   (3)減小變阻器的阻值,使發電機的勵磁電流增大。
定子繞組絕緣擊穿、短路
  同步發電機(1)定子繞組受潮。對于長期停用或經較長時間檢修的發電機、投入運行前應測量絕緣電阻,不合格者不準投入運行。受潮發電機要進行烘干處理。   (2)繞組本身缺陷或檢修工藝不當,造成繞組絕緣擊穿或機械損傷。應按規定的絕緣等級選擇絕緣材料,嵌裝繞組及浸漆干燥等要嚴格按工藝要求進行。   (3)繞組過熱。絕緣過熱后會使絕緣性能降低,有時在高溫下會很快造成絕緣擊穿。應加強日常的巡視檢查,防止發電機各部分發生過熱而損壞繞組絕緣。   (4)絕緣老化。一般發電機運行15~20年以上,其繞組絕緣老化,電氣性能變化,甚至使絕緣擊穿。要做好發電機的檢修及預防性試驗,若發現絕緣不合格,應及時更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組,以延長發電機的使用壽命。   (5)發電機內部進入金屬異物,在檢修發電機后切勿將金屬物件、零件或工具遺落到定子膛中;綁緊轉子的綁扎線、緊固端部零件,以不致發生由于離心力作用而松脫。   (6)過大電壓擊穿:1)線路遭受雷擊,而防雷保護不完善。應完善防雷保護設施。2)誤操作,如在空載時,將發電機電壓升得過高。應嚴格按操作規程對發電機進行升壓,防止誤操作。3)發電機內部過電壓,包括操作過電壓、弧光接地過電壓和諧振過電壓等,應加強繞組絕緣預防性試驗,及時發現和消除定子繞組絕緣中存在的缺陷。
定子鐵芯松弛
  由于制造裝配不當,鐵芯沒有緊固好。如果是整個鐵芯松弛,對于小型發電機,可用兩塊小于定子繞組端部內徑的鐵板,穿上雙頭螺栓,收緊鐵芯。待恢復原形后,再將鐵芯原來夾緊螺栓緊因。如果局部性鐵芯松弛,可先在松弛片間涂刷硅鋼片漆,再在松弛部分打入硬質絕緣材料即可。
鐵芯片間短路
  (1)鐵芯疊片松弛,當發電機運轉時鐵芯產生振動而損壞絕緣;鐵芯片個別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過熱,使絕緣老化,就按原計劃條中的方法進行處理。   (2)鐵芯片邊緣有毛刺或檢修時受機械損傷。應用細銼刀除去毛刺,修整損傷處,清潔表面,再涂上一層硅鋼片漆。   (3)有焊錫或銅粒短接鐵芯,應刮除或鑿除金屬熔接焊點,處理好表面。   (4)繞組發生弧光短路,也可能造成鐵芯短路,應將燒損部分用鑿子清除后,處理好表面。
發電機失去剩磁,起動時不能發電
  (1)停機后經常失去剩磁,是由于勵磁機磁極所用的材料接近軟鋼,剩磁較少。當停機后勵磁繞組沒有電流時磁場就消失,應備有蓄電池,在發電前先進行充磁。   (2)發電機的磁極失去磁性,應在繞組中通入比額定電流大的直流電流(時間很短)進行充磁,即能恢復足夠的剩磁。
自動勵磁裝置的勵磁電抗器溫度過高
  (1)電抗器線圈局部短路,應檢修電抗器。   (2)電抗器磁路的氣隙過大,應調整磁路氣隙。
發電機起動后,電壓升不起來
  (1)勵磁回路斷線,使電壓升不起來。應檢查勵磁回路有無斷線,接觸是否良好。   (2)剩磁消失,如果勵磁機電壓表無批示說明剩磁消失,應對勵磁機充磁。   (3)勵磁機的磁場線圈極性接反,應將它的正、負連接線對換。   (4)在發電機檢修中做某些試驗時誤把磁場線圈通以反向直流電,導致剩磁消失或反向,應重新進行充磁。
發電機的振蕩失步
  正常情況下,發電機發出的功率是和負荷功率相平衡的。當系統發生短路故障或發電機大幅度甩負荷時,發電機的功率就與用戶的負荷不相平衡。要想調整負荷使其平衡,由于轉子慣性和調速器延時需要一個過程,在此期間,發電機的穩定運行將被破壞,使發電機產生振蕩。如果故事嚴重,甚至會使發電機與系統失去同步。發電機振蕩失步時,值班人員應通過增加勵磁電流來創造恢復同步的條件;也可適當   調整該機的負荷,以幫助恢復同步。
發電機振動
  (1)轉子不圓或平衡未調整好,應嚴格制造和安裝質量或重新調整轉子的平衡。   (2)轉軸彎曲,可采用研磨法、加熱法及錘擊法等校正轉軸。   (3)聯軸節連接不正,應重新高速聯軸節配合螺栓的夾緊力,必要時聯軸節端面需重新加工。   (4)結構部件共振,可通過改變結構部件的支持方法來改變它固有的頻率。   (5)勵磁繞組層間短路,應檢修勵磁繞組,并進行絕緣處理。   (6)供油量或油壓不足,應加大噴嘴直徑升高油壓;加大供油口減小間隙。   (7)供油量過大或油壓過高,就減小噴嘴直徑,降低油壓,提高面積壓力,增大間隙。   (8)定子鐵芯裝配松動,應重新裝壓鐵芯。   (9)軸承密封過緊,使轉軸局部過熱、彎曲。應檢查和調整軸承密封,使其與軸有適當配合間隙。   (10)發電機通風系統不對稱,應注意定子鐵芯兩端擋風板及轉子支架擋風板結構布置和尺寸的選擇,使風路系統對稱,增強蓋板、擋風板的剛度并緊固牢靠。

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