发电机专业知识

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1、发电机专业知识发 电 机 分 为 直 流 发 电 机 和 交 流 发 电 机 两 大 类 。 后 者 又 可 分 为 同 步 发 电 机 和 异 步 发 电 机 两 种 。 我 们 现在 生产 的产 品为 同步 发电 机所 用的 产品 ， 现 代发 电站 中最 常用 的是 同步 发电 机 。 这 种发 电机 的特 点是 由直流 电流 励磁 既能 提供 有功 功率 ， 也 能提 供无 功功 率可 满足 各种 负载 的需 要 。 异 步发 电机 由于 没有 独立 的励磁 绕组 ， 其 结构 简单 ， 操 作方 便 ， 但 是不 能向 负载 提供 无功 功率 ， 而 且还 需要 从所 接电 网中 汲

2、取 滞后 的磁化 电流 。 因 此异 步发 电机 运行 时必 须与 其他 同步 电机 并联 ， 或 者并 接相 当数 量的 电容 器 。 这 限制 了异 步发电 机的 应用 范围 ， 只 能较 多地 应用 于小 型自 动化 水电 站 。 城 市电 车 、 电 解 、 电 化学 等行 业所 用的 直流 电源 ，在 20世 纪 50年 代以 前多 采用 直流 发电 机。 但是 直流 发电 机有 换向 器， 结构 复杂 ，制 造费 时， 价格 较贵 ，且 易出 故障 ， 维 护困 难 ， 效 率也 不如 交流 发电 机 。 故 大功 率可 控整 流器 问世 以来 ， 有 利用 交流 电源 经半 导体

3、 整流 获得 直流 电以 取代 直流 发电 机的 趋势 。 同 步发 电机 按所 用原 动机 的不 同分 为汽 轮发 电机 、水 轮发 电机 和柴 油发 电机 3种 。它 们结 构上 的共同 点是 除了 小型 电机 有用 永久 磁铁 产生 磁场 以外 ， 一 般的 磁场 都是 由通 直流 电的 励磁 线圈 产生 ， 而 且励 磁线 圈放 在转 子上 ， 电 枢绕 组放 在定 子上 。 因 为励 磁线 圈的 电压 较低 ， 功 率较 小 ， 又 只有 两个 出线 头 ， 容 易通 过滑 环引 出 ； 而 电枢 绕组 电压 较高 功率 又大 ， 多 用三 相绕 组有 3个 或 4个 引出 头 ，

4、放 在定 子上 比较 方便 。发 电机 的电 枢 (定 子 )铁 心用 硅钢 片叠 成 ， 以 减少 铁耗 。 转 子铁 心由 于通 过的 磁通 不变 ， 可 以用 整体 的钢 块制 成。 在大 型电 机中 ，由 于转 子承 受着 强大 的离 心力 ，制 造转 子的 材料 必须 选用 优质 钢材 。 1.概述电 能是 现代 社会 最主 要的 能源 之一 。发 电机 是将 其他 形式 的能 源转 换成 电能 的机 械设 备， 它由 水轮机 、 汽 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

5、电 机， 再由 发电 机转 换为 电能 。发 电机 在工 农业 生产 ，国 防， 科技 及日 常生 活中 有广 泛的 用途 。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 。发电机的分类可归纳如下：发 电机 直 流发 电机 、交 流发 电机 同 步发 电机 、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。2.结构及工作

6、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。汽轮发电机与 汽 轮 机 配 套 的 发 电

7、机 。 为 了 得 到 较 高 的 效 率 ， 汽 轮 机 一 般 做 成 高 速 的 ， 通 常 为 30转 分 （ 频 率为 50赫 ） 或 360转 分 （ 频 率为 60赫 ） 。 核 电站 中汽 轮机 转速 较低 但也 在 150转 /分 以上 。 高 速汽 轮发电 机为 了减 少因 离心 力而 产生 的机 械应 力以 及降 低风 摩耗 ， 转 子直 径一 般做 得比 较小 ， 长 度比 较大 ， 即 采用 细 长 的 转 子 。 特 别 是 在 30转 分 以 上 的 大 容 量 高 速 机 组 ， 由 于 材 料 强 度 的 关 系 ， 转 子 直 径 受 到 严 格的 限制 ，

8、 一 般不 能超 过 1.2米 。 而 转子 本体 的长 度又 受到 临界 速度 的限 制 。 当 本体 长度 达到 直径 的 6倍 以上 时转 子的 第二 临界 速度 将接 近于 电机 的运 转速 度 ， 运 行中 可能 发生 较大 的振 动 。 所 以大 型高 速汽 轮发 电机 转子 的尺 寸受 到严 格的 限制 。 10万 千瓦 左右 的空 冷电 机其 转子 尺寸 已达 到上 述的 极限 尺寸 要再 增大 电机容 量只 有靠 增加 电机 的电 磁负 荷来 实现 。 为 此必 须加 强电 机的 冷却 。 所 以 5 10万 千瓦 以上 的汽 轮发 电机都 采用 了冷 却效 果较 好的 氢冷

9、 或水 冷技 术 。 70年 代以 来 ， 汽 轮发 电机 的最 大容 量已 达到 130 150万 千瓦 。从 1986年 以 来 ， 在 高 临 界 温 度 超 导 电 材 料 研 究 方 面 取 得 了 重 大 突 破 。 超 导 技 术 可 望 在 汽 轮 发 电 机 中 得 到应 用， 这将 在汽 轮发 电机 发展 史上 产生 一个 新的 飞跃 。水轮发电机由 水轮 机驱 动的 发电 机。 由于 水电 站自 然条 件的 不同 ，水 轮发 电机 组的 容量 和转 速的 变化 范围 很大 。通 常小 型水 轮发 电机 和冲 击式 水轮 机驱 动的 高速 水轮 发电 机多 采用 卧式 结构

10、 ， 而 大 、 中 型代 速发 电机 多采用 立式 结构 (见 图 )。 由 于水 电站 多数 处在 远离 城市 的地 方 ， 通 常需 要经 过较 长输 电线 路向 负载 供电 ， 因 此 ，电 力系 统对 水轮 发电 机的 运行 稳定 性提 出了 较高 的要 求 ： 电 机参 数需 要仔 细选 择 ； 对 转子 的转 动惯 量要 求较 大 。 所 以 ， 水 轮发 电机 的外 型与 汽轮 发电 机不 同 ， 它 的转 子直 径大 而长 度短 。 水 轮发 电机 组起 动 、 并 网所 需时 间较 短运 行调 度灵 活它 除了 一般 发电 以外 ， 特 别适 宜于 作为 调峰 机组 和事

11、故备 用机 组 。 水 轮发 电机组 的最 大容 量已 达 70万 千瓦 。柴油发电机由 内 燃 机 驱 动 的 发 电 机 。 它 起 动 迅 速 ， 操 作 方 便 。 但 内 燃 机 发 电 成 本 较 高 ， 所 以 柴 油 发 电 机 组 主 要用 作应 急备 用电 源 ， 或 在流 动电 站和 一些 大电 网还 没有 到达 的地 区使 用 。 柴 油发 电机 转速 通常 在 150转 /分 以下 容量 在几 千瓦 到几 千千 瓦之 间 ， 尤 以 50千 瓦以 下的 机组 应用 较多 。 它 制造 比较 简单 。 柴 油机 轴上输 出的 转矩 呈周 期性 脉动 ， 所 以发 电机

12、是在 剧烈 振动 的条 件下 工作 。 因 此柴 油发 电机 的结 构部 件特 别是 转轴 要有 足够 的强 度和 刚度 ， 以 防止 这些 部件 因振 动而 断裂 。 此 外 ， 为 防止 因转 矩脉 动而 引起 发电 机旋 转角速 度不 均匀 ， 造 成电 压波 动引 起灯 光闪 烁柴 油发 电机 的转 子也 要求 有较 大的 转动 惯量 ， 而 且应 使轴 系的 固有 扭振 频率 与柴 油机 的转 矩脉 动中 任一 交变 分量 的频 率相 差 20 以上 ，以 免发 生共 振， 造成 断轴 事故 。1.什么叫有功，什么叫无功？在 交流 电能 的发 ,输 ,用 过程 中 ,用 于转 换成

13、非电 ,磁 形式 的那 部分 能量 叫有 功 ;用 于电 路内 电 ,磁 场交 换的 那部 分能 量叫 无功 .2.什 么叫 力率 力 率的 进相 和迟 相是 怎么 回事交 流电 机的 功率 因数 也叫 力率 .它 等于 有功 功率 与视 在功 率的 比值 .所 谓力 率的 进相 就是 送出 有功 吸收 无功 的运 行状 态 ;力 率的 迟相 就是 既发 有功 又发 无功 的运 行状 态 .3.调 节有 功的 物理 过程 怎样 调 节有 功负 荷时 要注 意什 么根 据电 机的 功角 特性 来谈 谈调 节有 功的 过程 ,这 时假 定发 电机 的励 磁电 流不 变 .系 统的 电压 也不 变

14、.(1)增 负 荷 过 程 :当 开 大 汽 门 时 ,发 电 机 转 子 轴 上 的 主 力 矩 增 大 ,此 时 由 于 电 功 率 还 没 开 始 变 ,即 阻 力 矩 的 大小 没 有 变 ,故 转 子 要 加 速 ,使 转 子 和 定 子 间 的 夹 角 就 拉 开 一 些 ,根 据 电 机 本 身 的 功 角 特 性 ,功 角 一 增 大 ,电 机的 输 出 功 率 就 增 大 ,也 即 多 带 负 荷 .转 子 会 不 会 一 个 劲 儿 地 加 速 呢 正 常 时 是 不 会 的 .因 为 电 机 多 带 了 负 荷 ,阻 力 矩 就 增 大 ,当 阻 力 矩 大 到 和 主

15、力 矩 平 衡 时 ,转 子 的 转 速 就 稳 定 下 来 ,此 时 ,发 电 机 的 出 力 便 升 到 一 个 新的 数值 .(2)减 负 荷 过 程 :当 关 小 汽 门 时 ,发 电 机 转 子 轴 上 的 主 力 矩 减 小 ,于 是 转 子 减 速 ,功 角 变 小 .当 功 角 变 小 时 ,电磁 功 率 减 少 ,其 相 应 的 阻 力 矩 也 变 小 .当 阻 力 矩 减 小 到 和 新 的 主 力 矩 一 样 大 时 ,又 达 到 新 的 平 衡 ,此 时 电 机便 少带 了负 荷 。调节有功负荷时要注意两点：(1)应 使力 率尽 量保 持在 规程 规定 的范 围内 ,不

16、 要大 于迟 相的 0.95.因 为力 率高 说明 与该 时有 功相 对应 的励磁 电 流 小 ,即 发 电 机 定 ,转 子 磁 极 间 用 以 拉 住 的 磁 力 线 少 ,这 就 容 易 失 去 稳 定 ,从 功 角 特 性 来 看 ,送 出 的 有 功增 大 ,功 角就 会接 近 90度 ,这 样也 就容 易失 去稳 定 .(2)应 注意 调负 荷时 要缓 慢 ,当 机组 提高 出力 后 ,一 般其 过载 能力 是要 降低 .4.发 电机 并列 有几 种方 法 各 有什 么优 缺点发 电机 并列 方法 分两 类 :准 同期 法和 自同 期法 .准 同期 法并 列的 优点 :(1)合 闸时 发电 机没 有冲 击电 流 ;(2)对 电力 系统 也没 有什 么影 响 .准 同期 并列 的缺 点 :(1)如 果因 某种 原因 造成 非同 期并 列时 ,则 冲击 电流 很大 ,甚 至比 机端 三相 短路 电流 还大 一倍 ;(2)当 采用 手动 准同 期并 列时 ,并 列操 作的 超前 时间 运行 人员 也不 易掌 握 .自 同期 并列