同步发电机结构和原理分析

日期:2016-04-18 17:15:21 来源:大学生学习网

一、 结构和原理

1、结构

同步发电机主要由定子、转子和其他部件组成。定子部分包括定子铁芯、定子绕组、机座;转子部分包括转子铁芯、励磁绕组和滑环(隐极式转子还有套箍、心环,凸极式转子有磁极、磁轭、转子支架);其他部件包括电刷装置、端盖、轴承和风扇等。

2、工作原理

同步发电机是根据电磁感应原理工作的,它通过转子磁场和定子绕组的相对运动,将机械能转变为电能。当转子在外力带动下,转子磁场和定子导体作相对运动,即导体切割磁力线,因此在导体中产生感应电动势,其方向可根据右手定则判定。由于转子磁极的位置使导体以垂直方向切割磁力线,所以此时定子绕组中的感应电动势最大。当磁极转过90度后。磁极成水平位置,导体不切割磁力线,其感应电动势为零。转子再转90度,定时定子绕组又以垂直方向切割磁力线,使感应电动势达到最大值,但方向与前相反。当转子再转90度,感应电动势又变为零。这样转子转动一周,定子绕组的感应电动势也发生正、负变化。如果转子连续匀速旋转,在定子绕组中就感应出一个周期性不断变化的交变电动势。

二、故障诊断与排除方法

1、 发电机过热

(1)发电机没有按规定的技术条件运行,如定子电压过高,铁损增大;负荷电流过大,定子绕组铜损增大;频率过低,使冷却风扇转速变慢,影响发电机散热;功率因数太低,使转子励磁电流增大,造成转子发热。应检查监视仪表的指示是否正常。如不正常,要进行必要的调节和处理,使发电机按照规定的技术条件运行。

(2)发电机的三相负荷电流不平衡,过载的一相绕组会过热;若三相电流之差超过额定电流的10%,即属于严重蛄相电流不平衡,三相电流不平衡会产生负序磁场,从而增加损耗,引起磁极绕组及套箍等部件发热。应调整三相负荷,使各相电流尽量保持平衡。

(3)风道被积尘堵塞,通风不良,造成发电机散热困难。应清除风道积尘、油垢、使风道畅通无阻。

(4)进风温度过高或进水温度过高,冷却器有堵塞现象。应降低进风或进水温度清除冷却器内的堵塞物。在故障未排除前,应限制发电机负荷,以降低发电机温度。

(5)轴承加润滑脂过多或过少,应按规定加润滑脂,通常为轴承室的1/2~1/3(转速低的取上限,转速高的取下限),并以不超过轴承室的70%为宜。

(6)轴承磨损。若磨损不严重,使轴承局部过热;若磨损严重,有可能使定子和转子摩擦,造成定子和转子避部过热。应检查轴承有无噪音,若发现定子和转子摩擦,应立即?;屑煨藁蚋恢岢?。

(7)定子铁芯绝缘损坏,引起片间短路,造成铁芯局部的涡流损失增加而发热,严重时会使定子绕组损坏。应立即?;屑煨?。

(8)定子绕组的并联导线断裂,使其他导线的电流增大而发热。应立即?;屑煨?。

2、发电机中性线对地有异常电压

(1)正常情况下,由于高次谐波影响或制造工艺等原因造成各磁极下的气隙不均、磁势不等而出现的很低电压,若电压在一至数伏,不会有危险,不必处理。

(2)发电机绕组有短路或对地绝缘不良,使用电设备及发电机性能变坏,容易发热,应及时检修,以免事故扩大。

(3)空载时中性线对地无电压,而有负荷时出现电压,是由于三相不平衡引起的,应调整三相负荷使其基本平衡。

3、发电机过电流

(1)负荷过大,应减轻负荷。

(2)输电线路发生相间短路或接地故障,应对线路进行检修,故障排除后即可恢复正常。

4、发电机端电压过高

(1)与电网并列的发电机电网电压过高,应降低并列的发电机的电压。

(2)励磁装置的故障引起过励磁,应及时检修励磁装置。

5、无功功率不足

由于励磁装置电压源复励补偿不足,不能提供电枢反应所需的励磁电流,使发电机端电压低于电网电压,送不出额定无功功率,应采取下列措施:

(1)在发电机与励磁电抗器之间接入一台三相调压器,以提高发电机端电压,使励磁装置的磁势逐渐增大。

(2)改变励磁装置电压磁通势与发电机端电压的相位,使合成总磁通势增大,可在电抗器每相绕组两端并联数千欧、10W的电阻。

(3)减小变阻器的阻值,使发电机的励磁电流增大。

6、定子绕组绝缘击穿、短路

(1)定子绕组受潮。对于长期停用或经较长时间检修的发电机、投入运行前应测量绝缘电阻,不合格者不准投入运行。受潮发电机要进行烘干处理。

(2)绕组本身缺陷或检修工艺不当,造成绕组绝缘击穿或机械损伤。应按规定的绝缘等级选择绝缘材料,嵌装绕组及浸漆干燥等要严格按工艺要求进行。

(3)绕组过热。绝缘过热后会使绝缘性能降低,有时在高温下会很快造成绝缘击穿。应加强日常的巡视检查,防止发电机各部分发生过热而损坏绕组绝缘。

(4)绝缘老化。一般发电机运行15~20年以上,其绕组绝缘老化,电气性能变化,甚至使绝缘击穿。要做好发电机的检修及预防性试验,若发现绝缘不合格,应及时更换有缺陷的绕组绝缘或更换绕组,以延长发电机的使用寿命。

(5)发电机内部进入金属异物,在检修发电机后切勿将金属物件、零件或工具遗落到定子膛中;绑紧转子的绑扎线、紧固端部零件,以不致发生由于离心力作用而松脱。

(6)过电压击穿:1)线路遭受雷击,而防雷?;げ煌晟?。应完善防雷?;ど枋?。2)误操作,如在空载时,将发电机电压升得过高。应严格按操作规程对发电机进行升压,防止误操作。3)发电机内部过电压,包括操作过电压、弧光接地过电压和谐振过电压等,应加强绕组绝缘预防性试验,及时发现和消除定子绕组绝缘中存在的缺陷。

7、定子铁芯松驰

由于制造装配不当,铁芯没有紧固好。如果是整个铁芯松驰,对于小型发电机,可用两块小于定子绕组端部内径的铁板,穿上双头螺栓,收紧铁芯。待恢复原形后,再将铁芯原来夹紧螺栓紧因。如果局部性铁芯松弛,可先在松弛片间涂刷硅钢片漆,再在松弛部分打入硬质绝缘材料即可。

8、铁芯片间短路

(1)铁芯叠片松弛,当发电机运转时铁芯产生振动而损坏绝缘;铁芯片个别地方绝缘受损伤或铁芯局部过热,使绝缘老化,就按原计划条中的方法进行处理。

(2)铁芯片边缘有毛刺或检修时受机械损伤。应用细锉刀除去毛刺,修整损伤处,清洁表面,再涂上一层硅钢片漆。

(3)有焊锡或铜粒短接铁芯,应刮除或凿除金属熔接焊点,处理好表面。

(4)绕组发生弧光短路,也可能造成铁芯短路,应将烧损部分用凿子清除后,处理好表面。

9、发电机失去剩磁,起动时不能发电

(1)?;缶Jナ4?,是由于励磁机磁极所用的材料接近软钢,剩磁较少。当?;罄湃谱槊挥械缌魇贝懦【拖?,应备有蓄电池,在发电前先进行充磁。

(2)发电机的磁极失去磁性,应在绕组中通入比额定电流大的直流电流(时间很短)进行充磁,即能恢复足够的剩磁。

10、自动励磁装置的励磁电抗器温度过高

(1)电抗器线圈局部短路,应检修电抗器。

(2)电抗器磁路的气隙过大,应调整磁路气隙。

11、发电机起动后,电压升不起来

(1)励磁回路断线,使电压升不起来。应检查励磁回路有无断线,接触是否良好。

(2)剩磁消失,如果励磁机电压表无批示说明剩磁消失,应对励磁机充磁。

(3)励磁机的磁场线圈极性接反,应将它的正、负连接线对换。

(4)在发电机检修中做某些试验时误把磁场线圈通以反向直流电,导致剩磁消失或反向,应重新进行充磁。

12、发电机的振荡失步

正常情况下,发电机发出的功率是和负荷功率相平衡的。当系统发生短路故障或发电机大幅度甩负荷时,发电机的功率就与用户的负荷不相平衡。要想调整负荷使其平衡,由于转子惯性和调速器延时需要一个过程,在此期间,发电机的稳定运行将被破坏,使发电机产生振荡。如果故事严重,甚至会使发电机与系统失去同步。发电机振荡失步时,值班人员应通过增加励磁电流来创造恢复同步的条件;也可适当

调整该机的负荷,以帮助恢复同步。

13、发电机振动

(1)转子不圆或平衡未调整好,应严格制造和安装质量或重新调整转子的平衡。

(2)转轴弯曲,可采用研磨法、加热法及锤击法等校正转轴。

(3)联轴节连接不正,应重新高速联轴节配合螺栓的夹紧力,必要时联轴节端面需重新加工。

(4)结构部件共振,可通过改变结构部件的支持方法来改变它固有的频率。

(5)励磁绕组层间短路,应检修励磁绕组,并进行绝缘处理。

(6)供油量或油压不足,应加大喷嘴直径升高油压;加大供油口减小间隙。

(7)供油量过大或油压过高,就减小喷嘴直径,降低油压,提高面积压力,增大间隙。

(8)定子铁芯装配松动,应重新装压铁芯。

(9)轴承密封过紧,使转轴局部过热、弯曲。应检查和调整轴承密封,使其与轴有适当配合间隙。

(10)发电机通风系统不对称,应注意定子铁芯两端挡风板及转子支架挡风板结构布置和尺寸的选择,使风路系统对称,增强盖板、挡风板的刚度并紧固牢靠。