同步發(fā)電機(jī)
同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同的交流發(fā)電機(jī)。按結(jié)構(gòu)可分為旋轉(zhuǎn)電樞和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩種。當(dāng)它的磁極對(duì)數(shù)為p、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n時(shí)，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(yīng)
負(fù)載運(yùn)行特性
結(jié)構(gòu)和分類(lèi)
工作原理
故障診斷與排除方法發(fā)電機(jī)過(guò)熱
發(fā)電機(jī)中性線對(duì)地有異常電壓
發(fā)電機(jī)電流過(guò)大
發(fā)電機(jī)端電壓過(guò)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(fā)電機(jī)失去剩磁，起動(dòng)時(shí)不能發(fā)電
自動(dòng)勵(lì)磁裝置的勵(lì)磁電抗器溫度過(guò)高
發(fā)電機(jī)起動(dòng)后，電壓升不起來(lái)
發(fā)電機(jī)的振蕩失步
發(fā)電機(jī)振動(dòng)
介紹
特性 工作特性
空載特性
電樞反應(yīng)
負(fù)載運(yùn)行特性
結(jié)構(gòu)和分類(lèi)
工作原理
故障診斷與排除方法 發(fā)電機(jī)過(guò)熱
發(fā)電機(jī)中性線對(duì)地有異常電壓
發(fā)電機(jī)電流過(guò)大
發(fā)電機(jī)端電壓過(guò)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(fā)電機(jī)失去剩磁，起動(dòng)時(shí)不能發(fā)電
自動(dòng)勵(lì)磁裝置的勵(lì)磁電抗器溫度過(guò)高
發(fā)電機(jī)起動(dòng)后，電壓升不起來(lái)
發(fā)電機(jī)的振蕩失步
發(fā)電機(jī)振動(dòng)
介紹
作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的同步電機(jī)。是一種最常用的交流發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代電力工業(yè)中，它廣泛用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電以及柴油機(jī)發(fā)電。由于同步發(fā)電機(jī)一般采用直流勵(lì)磁，當(dāng)其單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓。若并入電網(wǎng)運(yùn)行，因電壓由電網(wǎng)決定，不能改變，此時(shí)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的結(jié)果是調(diào)節(jié)了電機(jī)的功率因數(shù)和無(wú)功功率。 同步發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步發(fā)電機(jī)中電樞繞組采用單相。
特性
工作特性
表征同步發(fā)電機(jī)性能的主要是空載特性和負(fù)載運(yùn)行特性。這些特性是用戶(hù)選用發(fā)電機(jī)的重要依據(jù)。
空載特性
同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖發(fā)電機(jī)不接負(fù)載時(shí)，電樞電流為零，稱(chēng)為空載運(yùn)行。此時(shí)電機(jī)定子的三相繞組只有勵(lì)磁電流If感生出的空載電動(dòng)勢(shì)E0（三相對(duì)稱(chēng)），其大小隨If的增大而增加。但是，由于電機(jī)磁路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以?xún)烧卟怀烧龋▓D1）。反映空載電動(dòng)勢(shì)E0與勵(lì)磁電流If關(guān)系的曲線稱(chēng)為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。
電樞反應(yīng)
當(dāng)發(fā)電機(jī)接上對(duì)稱(chēng)負(fù)載后，電樞繞組中的三相電流會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，稱(chēng)電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。其轉(zhuǎn)速正好與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)。 [1]
負(fù)載運(yùn)行特性
原理圖主要指外特性和調(diào)整特性。外特性是當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定值、勵(lì)磁電流和負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓U與負(fù)載電流I之間的關(guān)系,如圖2所示。調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時(shí),勵(lì)磁電流If與負(fù)載電流I之間的關(guān)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(fù)載的情況。由于電樞反應(yīng)磁場(chǎng)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(fù)載時(shí)電壓的變化程度稱(chēng)為電壓變化率△U，常用百分?jǐn)?shù)表示為 同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為20～40％。一般工業(yè)和家用負(fù)載都要求電壓保持基本不變。為此，隨著負(fù)載電流的增大,必須相應(yīng)地調(diào)整勵(lì)磁電流。圖3所示為 3種不同性質(zhì)負(fù)載下的調(diào)整特性。雖然調(diào)整特性的變化趨勢(shì)與外特性正好相反，對(duì)于感性和純電阻性負(fù)載，它是上升的，而在容性負(fù)載下，一般是下降的。
結(jié)構(gòu)和分類(lèi)
同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)按其轉(zhuǎn)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(jī)或柴油機(jī)聯(lián)動(dòng)。在結(jié)構(gòu)上，高速同步發(fā)電機(jī)多用隱極式轉(zhuǎn)子，低（中）速同步發(fā)電機(jī)多用凸極式轉(zhuǎn)子。
工作原理
◆主磁場(chǎng)的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)。 ◆ 載流導(dǎo)體：三相對(duì)稱(chēng)的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢(shì)或者感應(yīng)電流的載體。 ◆ 切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場(chǎng)）。 ◆ 交變電勢(shì)的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對(duì)稱(chēng)交變電勢(shì)。通過(guò)引出線，即可提供交流電源。 ◆ 感應(yīng)電勢(shì) 有效值：由第11章可知，每相感應(yīng)電勢(shì)的有效值 ◆ 感應(yīng)電勢(shì) 頻率： 感應(yīng)電勢(shì)的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 和極對(duì)數(shù)p ◆ 交變性與對(duì)稱(chēng)性：由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱(chēng)性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱(chēng)性。 ◆同步轉(zhuǎn)速 從供電品質(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是一個(gè)不變的值，這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。我國(guó)電網(wǎng)的頻率為50Hz
故障診斷與排除方法
發(fā)電機(jī)過(guò)熱
同步發(fā)電機(jī)（1）發(fā)電機(jī)沒(méi)有按規(guī)定的技術(shù)條件運(yùn)行，如定子電壓過(guò)高，鐵損增大；負(fù)荷電流過(guò)大，定子繞組銅損增大；頻率過(guò)低，使冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變慢，影響發(fā)電機(jī)散熱；功率因數(shù)太低，使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流增大，造成轉(zhuǎn)子發(fā)熱。應(yīng)檢查監(jiān)視儀表的指示是否正常。如不正常，要進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)和處理，使發(fā)電機(jī)按照規(guī)定的技術(shù)條件運(yùn)行。 （2）發(fā)電機(jī)的三相負(fù)荷電流不平衡，過(guò)載的一相繞組會(huì)過(guò)熱；若三相電流之差超過(guò)額定電流的10%，即屬于嚴(yán)重蛄相電流不平衡，三相電流不平衡會(huì)產(chǎn)生負(fù)序磁場(chǎng)，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發(fā)熱。應(yīng)調(diào)整三相負(fù)荷，使各相電流盡量保持平衡。 �。�3）風(fēng)道被積塵堵塞，通風(fēng)不良，造成發(fā)電機(jī)散熱困難。應(yīng)清除風(fēng)道積塵、油垢、使風(fēng)道暢通無(wú)阻。 �。�4）進(jìn)風(fēng)溫度過(guò)高或進(jìn)水溫度過(guò)高，冷卻器有堵塞現(xiàn)象。應(yīng)降低進(jìn)風(fēng)或進(jìn)水溫度清除冷卻器內(nèi)的堵塞物。在故障未排除前，應(yīng)限制發(fā)電機(jī)負(fù)荷，以降低發(fā)電機(jī)溫度。 �。�5）軸承加潤(rùn)滑脂過(guò)多或過(guò)少，應(yīng)按規(guī)定加潤(rùn)滑脂，通常為軸承室的1/2~1/3（轉(zhuǎn)速低的取上限，轉(zhuǎn)速高的取下限），并以不超過(guò)軸承室的70%為宜。 �。�6）軸承磨損。若磨損不嚴(yán)重，使軸承局部過(guò)熱；若磨損嚴(yán)重，有可能使定子和轉(zhuǎn)子摩擦，造成定子和轉(zhuǎn)子避部過(guò)熱。應(yīng)檢查軸承有無(wú)噪音，若發(fā)現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子摩擦，應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)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(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使定子繞組損壞。應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)行檢修。 �。�8）定子繞組的并聯(lián)導(dǎo)線斷裂，使其他導(dǎo)線的電流增大而發(fā)熱。應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)行檢修。
發(fā)電機(jī)中性線對(duì)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(shì)不等而出現(xiàn)的很低電壓，若電壓在一至數(shù)伏，不會(huì)有危險(xiǎn)，不必處理。 （2）發(fā)電機(jī)繞組有短路或?qū)Φ亟^緣不良，導(dǎo)致電設(shè)備及發(fā)電機(jī)性能變壞，容易發(fā)熱，應(yīng)及時(shí)檢修，以免事故擴(kuò)大。 �。�3）空載時(shí)中性線對(duì)地?zé)o電壓，而有負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)電壓，是由于三相不平衡引起的，應(yīng)調(diào)整三相負(fù)荷使其基本平衡。
發(fā)電機(jī)電流過(guò)大
�。�1）負(fù)荷過(guò)大，應(yīng)減輕負(fù)荷。 �。�2）輸電線路發(fā)生相間短路或接地故障，應(yīng)對(duì)線路進(jìn)行檢修，故障排除后即可恢復(fù)正常。
發(fā)電機(jī)端電壓過(guò)高
�。�1）與電網(wǎng)并列的發(fā)電機(jī)電網(wǎng)電壓過(guò)高，應(yīng)降低并列的發(fā)電機(jī)的電壓。 �。�2）勵(lì)磁裝置的故障引起過(guò)勵(lì)磁，應(yīng)及時(shí)檢修勵(lì)磁裝置。
功率不足
由于勵(lì)磁裝置電壓源復(fù)勵(lì)補(bǔ)償不足，不能提供電樞反應(yīng)所需的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)端電壓低于電網(wǎng)電壓，送不出額定無(wú)功功率，應(yīng)采取下列措施： �。�1）在發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁電抗器之間接入一臺(tái)三相調(diào)壓器，以提高發(fā)電機(jī)端電壓，使勵(lì)磁裝置的磁勢(shì)逐漸增大。 �。�2）改變勵(lì)磁裝置電壓磁通勢(shì)與發(fā)電機(jī)端電壓的相位，使合成總磁通勢(shì)增大，可在電抗器每相繞組兩端并聯(lián)數(shù)千歐、10W的電阻。 �。�3）減小變阻器的阻值，使發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流增大。
定子繞組絕緣擊穿、短路
同步發(fā)電機(jī)（1）定子繞組受潮。對(duì)于長(zhǎng)期停用或經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間檢修的發(fā)電機(jī)、投入運(yùn)行前應(yīng)測(cè)量絕緣電阻，不合格者不準(zhǔn)投入運(yùn)行。受潮發(fā)電機(jī)要進(jìn)行烘干處理。 （2）繞組本身缺陷或檢修工藝不當(dāng)，造成繞組絕緣擊穿或機(jī)械損傷。應(yīng)按規(guī)定的絕緣等級(jí)選擇絕緣材料，嵌裝繞組及浸漆干燥等要嚴(yán)格按工藝要求進(jìn)行。 �。�3）繞組過(guò)熱。絕緣過(guò)熱后會(huì)使絕緣性能降低，有時(shí)在高溫下會(huì)很快造成絕緣擊穿。應(yīng)加強(qiáng)日常的巡視檢查，防止發(fā)電機(jī)各部分發(fā)生過(guò)熱而損壞繞組絕緣。 �。�4）絕緣老化。一般發(fā)電機(jī)運(yùn)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(fā)電機(jī)的檢修及預(yù)防性試驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)絕緣不合格，應(yīng)及時(shí)更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組，以延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的使用壽命。 （5）發(fā)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)入金屬異物，在檢修發(fā)電機(jī)后切勿將金屬物件、零件或工具遺落到定子膛中；綁緊轉(zhuǎn)子的綁扎線、緊固端部零件，以不致發(fā)生由于離心力作用而松脫。 �。�6）過(guò)大電壓擊穿：1）線路遭受雷擊，而防雷保護(hù)不完善。應(yīng)完善防雷保護(hù)設(shè)施。2）誤操作，如在空載時(shí)，將發(fā)電機(jī)電壓升得過(guò)高。應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行升壓，防止誤操作。3）發(fā)電機(jī)內(nèi)部過(guò)電壓，包括操作過(guò)電壓、弧光接地過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓等，應(yīng)加強(qiáng)繞組絕緣預(yù)防性試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(dāng)，鐵芯沒(méi)有緊固好。如果是整個(gè)鐵芯松弛，對(duì)于小型發(fā)電機(jī)，可用兩塊小于定子繞組端部?jī)?nèi)徑的鐵板，穿上雙頭螺栓，收緊鐵芯。待恢復(fù)原形后，再將鐵芯原來(lái)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(zhì)絕緣材料即可。
鐵芯片間短路
�。�1）鐵芯疊片松弛，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)鐵芯產(chǎn)生振動(dòng)而損壞絕緣；鐵芯片個(gè)別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過(guò)熱，使絕緣老化，就按原計(jì)劃條中的方法進(jìn)行處理。 （2）鐵芯片邊緣有毛刺或檢修時(shí)受機(jī)械損傷。應(yīng)用細(xì)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(yīng)刮除或鑿除金屬熔接焊點(diǎn)，處理好表面。 �。�4）繞組發(fā)生弧光短路，也可能造成鐵芯短路，應(yīng)將燒損部分用鑿子清除后，處理好表面。
發(fā)電機(jī)失去剩磁，起動(dòng)時(shí)不能發(fā)電
�。�1）停機(jī)后經(jīng)常失去剩磁，是由于勵(lì)磁機(jī)磁極所用的材料接近軟鋼，剩磁較少。當(dāng)停機(jī)后勵(lì)磁繞組沒(méi)有電流時(shí)磁場(chǎng)就消失，應(yīng)備有蓄電池，在發(fā)電前先進(jìn)行充磁。 �。�2）發(fā)電機(jī)的磁極失去磁性，應(yīng)在繞組中通入比額定電流大的直流電流（時(shí)間很短）進(jìn)行充磁，即能恢復(fù)足夠的剩磁。
自動(dòng)勵(lì)磁裝置的勵(lì)磁電抗器溫度過(guò)高
（1）電抗器線圈局部短路，應(yīng)檢修電抗器。 （2）電抗器磁路的氣隙過(guò)大，應(yīng)調(diào)整磁路氣隙。
發(fā)電機(jī)起動(dòng)后，電壓升不起來(lái)
�。�1）勵(lì)磁回路斷線，使電壓升不起來(lái)。應(yīng)檢查勵(lì)磁回路有無(wú)斷線，接觸是否良好。 �。�2）剩磁消失，如果勵(lì)磁機(jī)電壓表無(wú)批示說(shuō)明剩磁消失，應(yīng)對(duì)勵(lì)磁機(jī)充磁。 �。�3）勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)線圈極性接反，應(yīng)將它的正、負(fù)連接線對(duì)換。 （4）在發(fā)電機(jī)檢修中做某些試驗(yàn)時(shí)誤把磁場(chǎng)線圈通以反向直流電，導(dǎo)致剩磁消失或反向，應(yīng)重新進(jìn)行充磁。
發(fā)電機(jī)的振蕩失步
正常情況下，發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率是和負(fù)荷功率相平衡的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障或發(fā)電機(jī)大幅度甩負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)的功率就與用戶(hù)的負(fù)荷不相平衡。要想調(diào)整負(fù)荷使其平衡，由于轉(zhuǎn)子慣性和調(diào)速器延時(shí)需要一個(gè)過(guò)程，在此期間，發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行將被破壞，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振蕩。如果故事嚴(yán)重，甚至?xí)拱l(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機(jī)振蕩失步時(shí)，值班人員應(yīng)通過(guò)增加勵(lì)磁電流來(lái)創(chuàng)造恢復(fù)同步的條件；也可適當(dāng) 調(diào)整該機(jī)的負(fù)荷，以幫助恢復(fù)同步。
發(fā)電機(jī)振動(dòng)
�。�1）轉(zhuǎn)子不圓或平衡未調(diào)整好，應(yīng)嚴(yán)格制造和安裝質(zhì)量或重新調(diào)整轉(zhuǎn)子的平衡。 �。�2）轉(zhuǎn)軸彎曲，可采用研磨法、加熱法及錘擊法等校正轉(zhuǎn)軸。 （3）聯(lián)軸節(jié)連接不正，應(yīng)重新高速聯(lián)軸節(jié)配合螺栓的夾緊力，必要時(shí)聯(lián)軸節(jié)端面需重新加工。 （4）結(jié)構(gòu)部件共振，可通過(guò)改變結(jié)構(gòu)部件的支持方法來(lái)改變它固有的頻率。 �。�5）勵(lì)磁繞組層間短路，應(yīng)檢修勵(lì)磁繞組，并進(jìn)行絕緣處理。 �。�6）供油量或油壓不足，應(yīng)加大噴嘴直徑升高油壓；加大供油口減小間隙。 �。�7）供油量過(guò)大或油壓過(guò)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(dòng)，應(yīng)重新裝壓鐵芯。 （9）軸承密封過(guò)緊，使轉(zhuǎn)軸局部過(guò)熱、彎曲。應(yīng)檢查和調(diào)整軸承密封，使其與軸有適當(dāng)配合間隙。 （10）發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)，應(yīng)注意定子鐵芯兩端擋風(fēng)板及轉(zhuǎn)子支架擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)布置和尺寸的選擇，使風(fēng)路系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)，增強(qiáng)蓋板、擋風(fēng)板的剛度并緊固牢靠。
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