发电机原理和结构

1、发电机原理和结构,简报副标题,中黑20pt,电气调试队,2,01.基本电磁定律02.同步发电机原理03.阳江发电机系统04.发电机相关试验,3,01基本电磁定律,章节主题,中黑20pt,4,1.1 电磁感应定律,闭合回路中的磁通量随时间发生变化，该线圈中必然有感应电势产生，称这种现象为电磁感应。 线圈中的感应电势将倾向于阻止线圈中磁链的变化,5,1.2 电动势和磁通相位关系,变压器和电机的绕组中，磁通的变化可以是磁通随时间脉动 或磁通不变，而线圈在转动,6,1.3 运动电动势,若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交链的磁链随时间变化，导体中的感应电动势运动电动势,感应电动势的方向_右手

2、定则,7,1.4 电磁力定律,载流导体在磁场中要受到力的作用电磁力,力的方向_右手定则,8,1.5 电磁转矩,在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一个力矩（等于力乘转子半径）电磁转矩。 电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。 电动机：电磁转矩驱动性质（电能机械能） 发电机：电磁转矩制动性质（电能机械能,9,02同步发电机,章节主题,中黑20pt,n s,定 子,转子,励磁 绕组,旋转磁场 直流磁极,转子转速： n = n1,同步,励磁机,f0,旋转的 f0 和0,e0,定子： 转子,2.1 同步发电机基本原理,p-磁极对数,2.2 主要部件 (1) 定子（电枢） (2)

3、 转子,由硅钢片叠成 对称三相绕组,定子铁心 定子绕组 机座和端盖等,转子铁心 励磁绕组,由整块铸（锻）钢制成 工作时施加直流励磁,1) 直流励磁机励磁 励磁绕组由小型直流发电机供电。 (2) 静止整流器励磁 交流电整流直流电,3) 旋转整流器励磁 交流励磁机旋转整流桥直流电励磁绕组,2.3 励磁方式,1) 按能量转换的方式不同： 同步发动机、同步电动机。 (2) 按相数的不同: 三相、单相。 (3) 按转子结构的不同,n s,凸极式 隐极式,n s,2.4 主要分类,14,2.4 主要分类,转子的不同 凸极式,320mw水轮发电机,三峡电站首台机组安装,15,2.4 主要分类,转子的不同 隐

4、极式,用一对等效磁极表示气隙合成磁场,2.4 三相同步电机的可逆运行,2004年7月10日在一核2号机大修将近结束时，错误地合上了发电机输出的负荷开关，外部电流倒送倒定子线圈，感应生成一个50hz的旋转磁场，转子上的合金铝槽楔（良导体）切割磁力线产生感应电动势，通过两端护环形成回路，电流通过槽楔与护环发热接触点或接触面，结果损坏了护环和槽楔。整个转子不得不运返法国重修,并网运行的条件 相序一致、频率相同、电压相等 如果条件不满足，电网与发电机之间产生大的冲击电流和在发电机轴上产生大的冲击转矩,2.5 同步发电机与电网的并联运行,电网容量很大、频率和电压基本不受负载与其他干扰的影响，即恒频恒压的

5、电网。发电机的频率和端电压受电网的约束，而与电网保持一致。 有功功率调节 根据能量守恒，增大转子转矩，即增加汽轮机的蒸汽进气量。 发电机等效电路,2.6 同步发电机功率调节,r1 jxs,无功功率调节 正常励磁 电机呈电阻性，不输出无功； 欠励磁 电机吸收电感性无功； 过励磁 电机输出电感性无功,2.6 同步发电机功率调节,3u1i1cos,常数,20,03阳江发电机,章节主题,中黑20pt,21,3.1 阳江1号发电机参数,额定电压 un ：线电压的额定值=24kv 额定电流 in ：线电流的额定值=29402a 额定功率 pn ：输出功率额定值=1100mw 三相同步发电机：pn =3 u

6、nincosn 额定转速 nn ：1500r/min 额定频率 fn ：50hz 励磁电流 if ： 8199 a 励磁电压 uf ： 482 v 冷却方式：水-氢-氢（gst和grh,22,3.2 定子,阳江核电站1、2号发电机采用内外定子机座结构，在内外机座间布置有切向高强度弹簧钢板隔振装置，降低运行期间倍频震动，减轻对厂房和其他设备的影响,23,3.2 定子,制造中的外定子,24,3.2 定子,内定子（未嵌绕组,25,3.2 定子,内定子(嵌绕组,26,3.2 定子,27,3.2 定子,发电机端部（未穿转子,汇水环,28,3.2 定子,发电机出线箱,29,3.3 转子,转子绕组示意图,n

7、,n,s,s,30,3.3 转子,转子（未叠绕组,31,3.3 转子,转子（大亚湾,32,3.3 转子,转子引线,励磁机转子,发电机转子,导电杆,导电杆,发电机端,励磁机端,33,3.3 转子,穿转子,34,3.4 励磁系统,无刷励磁系统包括： 主励磁机（包括旋转整流盘、外罩、冷却器、底板、底架） 永磁机副励磁机 avr系统 副励磁机输出交流电 主励磁机定子直流电 主励磁机输出交流电 发电机转子直流电,旋转二极管整流桥,avr电压控制 整流,35,3.4 励磁系统,旋转二极管整流桥,永磁机,风扇,主励磁机,9号轴瓦,发电机无刷励磁系统,36,3.4 励磁系统,发电机无刷励磁系统： 主励磁机是旋

8、转电枢式同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统,37,3.4 励磁系统,无刷励磁机 容 量 5800 kw 电 压 600 v 电 流 9667 a 转 速 1500 rpm 整流组件总数 48,永磁铁,主励磁机转子,整流桥,38,3.4 励磁系统,副励磁机电枢绕组,旋转整流桥,39,3.5 发电机辅助监测系统,1、转子磁场接地监测系统 2、转子温度测算系统 3、轴电流轴电压在线监测系统 4、发电机局放在

9、线监测系统 5、发电机端部振动在线监测系统 6、发电机匝间短路探测系统 6、发电机中性点接地系统,40,04发电机相关试验,章节主题,中黑20pt,41,4.1 发电机安装交接试验,中华人民共和国国家标准gbgb 501502006,1 定子绕组的绝缘电阻和吸收比或极化指数； 2 定子绕组的直流电阻； 3 定子绕组直流耐压试验和泄漏电流 4 定子绕组交流耐压试验； 5 转子绕组的绝缘电阻； 6 转子绕组的直流电阻； 7 转子绕组交流耐压试验,42,4.1 发电机安装交接试验,8 发电机或励磁机的励磁回路连同所连接设备的绝缘电阻，不包括发电机转子和励磁机电枢； 9 发电机或励磁机的励磁回路连同所

10、连接设备的交流耐压试验，不包括发电机转子和励磁机电枢； 10 发电机、励磁机的绝缘轴承和转子进水支座的绝缘电阻； 11 埋入式测温计的检查； 12 灭磁电阻器、自同步电阻器的直流电阻； 13 转子绕组的交流阻抗和功率损耗（无刷励磁机组，无测量条件时，可以不测量,43,4.1 发电机安装交接试验,14 测录三相短路特性曲线； 15 测录空载特性曲线； 16 测量发电机定子开路时的灭磁时间常数和转子过电压倍数； 17 测量发电机自动灭磁装置分闸后的定子残压； 18 测量相序； 19 测量轴电压； 20 定子绕组端部固有振动频率测试及模态分析； 21 定子绕组端部现包绝缘施加直流电压测量,44,4.

11、2 定子直流耐压和泄露电流,在直流耐压试验过程中，可以从电压和电流的对应关系中观察绝缘状态，在大多数情况下，可以在绝缘尚未击穿前就能发现或找出缺陷，直流试验时，对发电机定子绕组绝缘是按照电阻分压的，因而能较交流耐压更有效地发现端部缺陷和间隙性缺陷，另外击穿时绝缘的损伤程度较小。 直流耐压试验的试验电压为3un=72kv，各相泄漏电流值的差别不应大于最小值的100%，当最大泄漏电流值在20a以下，各相差值与出厂试验值比较不应有明显差别,45,4.3 定子交流耐压试验,交流耐压试验电压和工作电压的波形、频率一致，作用于绝缘内部的电压分布及击穿性能能够适应发电机的工作状态，无论从劣化或热击穿的观点来

12、看，交流耐压试验对发电机主绝缘是比较可靠的检查考验方法。 要求： a 交流耐压试验电压为：（2un+1000v）*0.8; b 水内冷电机在通水情况下进行，水质应合格，氢冷电机必须在冲 氢前或排氢后且含氢量3%以下时进行试验，严禁在置换过程中 进行,46,4.3 定子交流耐压试验,47,4.4 定子铁损和温升,发电机定子铁芯是由硅钢片叠合组装而成的。由于制造和检修可能存在的质量不良，或在运行中，由于热和机械力的作用，可能引起片间绝缘损坏，造成短路，在短路区域形成局部过热，威胁机组的安全运行。所以需进行定子铁芯的损耗试验，一测定子铁芯单位质量的损耗，测量铁轭和齿的温度，检查各部温升是否超过规定值

13、，从而综合判断铁芯片间的绝缘是否良好,48,4.4 定子铁损和温升,要求磁通密度b在1t下持续试验时间为90min，齿的最高温升不大于25k，齿的最大温差不大于15k，单位损耗不大于1.3倍参考值,49,4.5 转子交流阻抗和功率损耗,测量发电机转子绕组的交流阻抗和功率损耗可以判断转子绕组是否有匝间短路，转子绕组是一个铁芯电感线圈，当绕组中有匝间短路时，交流阻抗的数值将减少功率损耗将明显增加,50,4.6 三相短路特性试验,发电机短路特性试验目的是发电机在三相短路下运转时，测量定子电流与转子电流关系的试验，它可以检查定子三相电流的对称性，结合空载特性试验可以决定电机参数和主要特性,51,4.7 空载特性试验,空载特性试验是发电机