企业培训_发电机、励磁机结构及工作原理培训

发电机 励磁机结构及工作原理 第一篇 发电机结构及工作原理 一 发电机的作用 汽轮机通过转子将机械能传给发电机 再由发电机利用电磁感应原理将机械能转换为电能 发电机电能是现代社会最主要的能源之一 发电机最早产生于第二次工业革命时期 由德国工程师西门子于1866年制成 二 汽轮发电机的构造 这里介绍汽轮发电机的构造 是由蒸汽轮机或燃气轮机推动的发电机 发电机主要由转子与定子组成 由于汽轮机的转速很高 故汽轮发电机的转子是两极的 额定转速每分钟3000转 输出50赫兹的三相交流电 这是转子铁芯构造示意图 在铁芯圆周上开有一些槽 嵌有励磁绕组 在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿 就是磁极 图1所示 1 发电机转子结构 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 2 发电机定子结构 定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成 在铁芯内圆均匀分布着许多槽 图3所示 在槽内嵌放定子的三相绕组 每相绕组由多个线圈组成 按一定规律对称排列 图4所示 使定子铁芯透明可看清绕组的分布 图4所示 发电机定子结构 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 转子插在定子内部 定子与转子的相对位置如图5所示 三 发电机定子与转子的相对位置 定子固定在发电机的机座 外壳 内 转子由机座两端的轴承支撑 可在定子内自由旋转 集电环在机壳外侧 和碳刷架一同装在隔音罩内 在发电机外壳下方有发电机出线盒 发出的三相交流电从这里引出 图6所示 四 发电机的工作原理 1 固定磁场交流发电机原理模型 发电机是根据电磁感应原理来发电的 发电机首先要有磁场 现在用一对磁铁来产生发电机的磁场 磁力线从N极到S极 在磁场内放入矩形线圈 线圈两端通向两个滑环 滑环通过电刷连接到输出线上 输出线端连有负载电阻 当线圈旋转时 根据电磁感应原理 线圈两端将会产生感应电动势 当磁场是均匀的 矩形线圈作匀速旋转时 感应电势按正弦规律变化 在负载电阻上有正弦交流电通过 2 旋转磁场交流发电机原理模型 在这个模型中磁场是不动的 线圈在磁场中旋转产生感应电势 在实际发电机中产生感应电势的线圈是不运动的 运动的是磁场 产生磁场的是一个可旋转的磁铁 也就是转子 线圈在磁铁外围 与磁铁转轴同一平面 当磁铁旋转时产生旋转磁场 线圈切割磁力线产生感应电动势 由于空气的磁导率太低 在旋转磁铁的外围安上环型铁芯 也就是定子 可大大加强磁铁的磁感应强度 在定子铁芯的内圆有一对槽 线圈嵌装在槽内 为了看清线圈电流与转子的运动关系 把定子变成半透明的 当磁铁旋转时 线圈切割磁力线感生交流电流 真正发电机的转子是电磁铁 转子上绕有励磁线圈 通过滑环向励磁线圈供电来产生磁场 把定子与线圈安在转子外围 一个单相交流发电机原理模型就组成了 3 三相交流发电机原理模型 由于转子圆周上没有凸出的磁极 不像原理模型中的转子 称之为隐极式转子 三相交流发电机原理模型 三相交流发电机原理模型 实际应用的都是三相交流发电机 其定子铁芯的内圆均匀分布着6个槽 嵌装着三个相互间隔120度的同样线圈 分别称之为A相线圈 B相线圈 C相线圈 装上转子就组成了一台三相交流发电机原理模型 画面中的三相交流发电机采用星形接法 三个线圈的公共点引出线是中性线 每个线圈的引出线是相线 当转子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线 都会感生交流电动势 其幅度与频率相同 由于三个线圈相互间隔120度 它们感应电势的相位也相差120度 第二篇 励磁机工作原理 供给发电机励磁电流的电源及其附属设备称为励磁系统 它分为励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分 励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流 而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出 一 励磁系统构成 旋转硅整流励磁是将励磁机转子感应的电流通过安装在转子上的整流二极管直接送到发电机转子 省去了以往的碳刷的维护工作 励磁机定子电流通过励磁调节器控制 通过并联的励磁变压器和发电机定子电流回路串联的励磁变压器二者结合起来 则构成自复励方式 二 旋转硅整流励磁系统 在励磁系统中 整流电路的主要任务是将从发电机端或交流励磁机端获得的交流电压变换为直流电压 供给发电机转子励磁绕组或励磁机磁场绕组的励磁需要 对于接在发电机转子励磁回路中的三相全控桥式整流电路 除了将交流变换成直流的正常任务外 事故时还可以将储存在转子磁场中的能量 经全控桥迅速反馈给交流电源 进行将直流变换为交流的逆变灭磁 这是三相整流电路有源逆变的一种运行方式 也称可逆整流 三 三相全控整流桥 1 励磁电流调节方式 FCR 俗称手动 当调节器接收到 增加 或 减少 信号时 将调整FCR给定值 从而可以调整发电机励磁电流 间接达到调整发电机电压和无功的目的 四 微机励磁调节器 2 系统电压跟踪方式 AVR 励磁调节器自动将系统电压作为励磁调节器的电压给定值 从而达到快速跟踪系统电压的功能 1 电压控制在发电机正常运行工况下 励磁系统应维持发电机端电压 或升压变压器高压侧电压 在给定水平 2 控制无功功率的分配当发电机并入电力系统运行时 它输出的有功决定于从原动机输入的功率 而发电机输出的无功则和励磁电流有关 改变励磁将会使发电机的端电压和输出无功都发生改变 五 发电机励磁控制系统的任务 3 提高同步发电机并列运行的稳定性暂态稳定是指电力系统在受到大扰动 例如高压输电网络中发生短路 或一台主要发电机被切除 系统能否在新的平衡状况下稳定工作问题 动态稳定则是指电力系统受干扰后 包括小干扰和大干扰 在考虑了各种自动控制装置的作用情况下 长时间的稳定性问题 阻尼问题 4 提高继电保护动作的灵敏度当系统处于低负荷运行状态时 发电机的励磁电流不大 若系统此时发生短路故障 其短路电流较小 且随时间衰减 以致带时限的继电保护不能正确工作 励磁自动控制系统就可以通过调节发电机励磁对发电机进行强励 不仅有利于提高电力系统稳定性外 还因加大了电力系统的短路电流而使继电保护的动作灵敏度得到提高 5 快速灭磁当发电机或升压变压器 采用单元式接线 内部故障时 为了降低故障所造成的损害 要求这时发电机能快速灭磁 此外 当机组甩负荷时 可能造成