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同步發(fā)電機
轉(zhuǎn)子等轉(zhuǎn)速相同的交流發(fā)電機
同步發(fā)電機，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同的交流發(fā)電機。按結(jié)構可分為旋轉(zhuǎn)電樞和旋轉(zhuǎn)磁場兩種。當它的磁極對數(shù)為p、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n時，輸出電流頻率f=np/60（赫茲）。
介紹
作發(fā)電機運行的同步電機是一種最常用的交流發(fā)電機。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)電以及柴油機發(fā)電。由于同步發(fā)電機一般采用直流勵磁，當其單機獨立運行時，通過調(diào)節(jié)勵磁電流，能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓。若并入電網(wǎng)運行，因電壓由電網(wǎng)決定，不能改變，此時調(diào)節(jié)勵磁電流的結(jié)果是調(diào)節(jié)了電機的功率因數(shù)和無功功率。
同步發(fā)電機
表征同步發(fā)電機性能的主要是空載特性和負載運行特性。這些特性是用戶選用發(fā)電機的重要依據(jù)。
分類
空載特性
發(fā)電機不接負載時，電樞電流為零，稱為空載運行。此時電機定子的三相繞組只有勵磁電流 感生出的空載電動勢（三相對稱），其大小隨 的增大而增加。但是，由于電機磁路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以兩者不成正比。反映空載電動勢 與勵磁電流 關系的曲線稱為同步發(fā)電機的空載特性。
同步發(fā)電機
電樞反應
當發(fā)電機接上對稱負載后，電樞繞組中的三相電流會產(chǎn)生另一個旋轉(zhuǎn)磁場，稱電樞反應磁場。其轉(zhuǎn)速正好與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)。
運行特性
額定值
在同步發(fā)電機的銘牌上，規(guī)定了同步發(fā)電機的主要技術數(shù)據(jù)和運行方式。這些數(shù)據(jù)，就是同步發(fā)電機的額定值，在使用中，應當嚴格遵守。
同步電機的額定值主要有：
（1）額定容量SN（或額定功率PN）。對同步發(fā)電機來說，額定容量SN是是之處線端輸出的額定視在功率，一般以KVA（千伏安）或MVA（兆伏安）為單位；額定功率PN是指發(fā)電機輸出的額定有功功率，也就是說，在額定運行時（額定頻率、電壓、電流、功率因數(shù)），同步發(fā)電機所能發(fā)出的最大的有功功率。一般以KW（千瓦）或MW（兆瓦，即百萬瓦）為單位。對同步發(fā)電機，通過額定容量（SN）可以確定額定電流，通過額定功率（PN）可以確定配套的原動機的容量
（2）額定電壓UN：是指額定運行時發(fā)電機三相定子繞組的三相電壓值，單位為V(伏)或kV(千伏)。同步發(fā)電機在此值運行，繞組的升溫不會超過允許的范圍。同步發(fā)電機一般接成Y連接，同步電動機有Y連接或△連接。
（3）額定電流In：是指發(fā)電機在額定運行時，流過定子繞組的電流，單位為A（安）。
（4）額定效率ηN:是指電機在額定的運行時的效率。它是指發(fā)電機有功輸出功率和額有功輸入功率之比（%）。有功輸出功率等于輸入功率減去發(fā)電機總消耗。
（5）額定功率因數(shù)cosΦN：是指在額定運行情況下，發(fā)電機組的有功功率和額定容量的比值，即額定運行時，發(fā)電機組每個相定子電壓與電流之間的相位差的余值。 （cosΦN=PN/SN）一般發(fā)電機組的cosΦN=0.8
（6）額定頻率fn:是指額定運行情況下，交流電的頻率，單位為Hz（赫茲）。我國規(guī)定使用交流電的頻率為50Hz.
（7）額定轉(zhuǎn)速nN:是指發(fā)電機在額定運行時，每分鐘的轉(zhuǎn)速數(shù)，單位為r/min（轉(zhuǎn)/分）
結(jié)構
同步發(fā)電機的結(jié)構按其轉(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或柴油機聯(lián)動。在結(jié)構上，高速同步發(fā)電機多用隱極式轉(zhuǎn)子，低（中）速同步發(fā)電機多用凸極式轉(zhuǎn)子。
工作原理
（1）主磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場，即建立起主磁場。
（3）切割運動：原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機輸入機械能），極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當于繞組的導體反向切割勵磁磁場）。
（4）交變電勢的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動，電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。
（5）感應電勢 有效值：每相感應電勢的有效值.
（6）感應電勢頻率：感應電勢的頻率決定于同步電機的轉(zhuǎn)速n 和極對數(shù)p。
（7）交變性與對稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應電勢的三相對稱性。
（8）同步轉(zhuǎn)速 從供電品質(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機并聯(lián)構成的交流電網(wǎng)的頻率應該是一個不變的值，這就要求發(fā)電機的頻率應該和電網(wǎng)的頻率一致。我國電網(wǎng)的頻率為50Hz。
故障處理
發(fā)電機過熱
（1）發(fā)電機沒有按規(guī)定的技術條件運行，如定子電壓過高，鐵損增大；負荷電流過大，定子繞組銅損增大；頻率過低，使冷卻風扇轉(zhuǎn)速變慢，影響發(fā)電機散熱；功率因數(shù)太低，使轉(zhuǎn)子勵磁電流增大，造成轉(zhuǎn)子發(fā)熱。應檢查監(jiān)視儀表的指示是否正常。如不正常，要進行必要的調(diào)節(jié)和處理，使發(fā)電機按照規(guī)定的技術條件運行。
（2）發(fā)電機的三相負荷電流不平衡，過載的一相繞組會過熱；若三相電流之差超過額定電流的10%，即屬于嚴重三相電流不平衡，三相電流不平衡會產(chǎn)生負序磁場，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發(fā)熱。應調(diào)整三相負荷，使各相電流盡量保持平衡。
（3）風道被積塵堵塞，通風不良，造成發(fā)電機散熱困難。應清除風道積塵、油垢、使風道暢通無阻。
（4）進風溫度過高或進水溫度過高，冷卻器有堵塞現(xiàn)象。應降低進風或進水溫度清除冷卻器內(nèi)的堵塞物。在故障未排除前，應限制發(fā)電機負荷，以降低發(fā)電機溫度。
（6）軸承磨損。若磨損不嚴重，使軸承局部過熱；若磨損嚴重，有可能使定子和轉(zhuǎn)子摩擦，造成定子和轉(zhuǎn)子避部過熱。應檢查軸承有無噪音，若發(fā)現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子摩擦，應立即停機進行檢修或更換軸承。
（8）定子繞組的并聯(lián)導線斷裂，使其他導線的電流增大而發(fā)熱。應立即停機進行檢修。
（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、磁勢不等而出現(xiàn)的很低電壓，若電壓在一至數(shù)伏，不會有危險，不必處理。
（2）發(fā)電機繞組有短路或?qū)Φ亟^緣不良，導致電設備及發(fā)電機性能變壞，容易發(fā)熱，應及時檢修，以免事故擴大。
電流過大
（1）負荷過大，應減輕負荷
電壓過高
（1）與電網(wǎng)并列的發(fā)電機電網(wǎng)電壓過高，應降低并列的發(fā)電機的電壓。
功率不足
由于勵磁裝置電壓源復勵補償不足，不能提供電樞反應所需的勵磁電流，使發(fā)電機端電壓低于電網(wǎng)電壓，送不出額定無功功率，應采取下列措施：
（3）減小變阻器的阻值，使發(fā)電機的勵磁電流增大。
（3）繞組過熱。絕緣過熱后會使絕緣性能降低，有時在高溫下會很快造成絕緣擊穿。應加強日常的巡視檢查，防止發(fā)電機各部分發(fā)生過熱而損壞繞組絕緣。
（4）絕緣老化。一般發(fā)電機運行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)電機的檢修及預防性試驗，若發(fā)現(xiàn)絕緣不合格，應及時更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組，以延長發(fā)電機的使用壽命。
（5）發(fā)電機內(nèi)部進入金屬異物，在檢修發(fā)電機后切勿將金屬物件、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）過大電壓擊穿：1）線路遭受雷擊，而防雷保護不完善。應完善防雷保護設施。2）誤操作，如在空載時，將發(fā)電機電壓升得過高。應嚴格按操作規(guī)程對發(fā)電機進行升壓，防止誤操作。3）發(fā)電機內(nèi)部過電壓，包括操作過電壓、弧光接地過電壓和諧振過電壓等，應加強繞組絕緣預防性試驗，及時發(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，鐵芯沒有緊固好。如果是整個鐵芯松弛，對于小型發(fā)電機，可用兩塊小于定子繞組端部內(nèi)徑的鐵板，穿上雙頭螺栓，收緊鐵芯。待恢復原形后，再將鐵芯原來夾緊螺栓緊因。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，當發(fā)電機運轉(zhuǎn)時鐵芯產(chǎn)生振動而損壞絕緣；鐵芯片個別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過熱，使絕緣老化，就按原計劃條中的方法進行處理。
（4）繞組發(fā)生弧光短路，也可能造成鐵芯短路，應將燒損部分用鑿子清除后，處理好表面。
自動勵磁裝置的勵磁電抗器溫度過高
（2）電抗器磁路的氣隙過大，應調(diào)整磁路氣隙。
發(fā)電機起動后，電壓升不起來
（1）勵磁回路斷線，使電壓升不起來。應檢查勵磁回路有無斷線，接觸是否良好。
（3）勵磁機的磁場線圈極性接反，應將它的正、負連接線對換。
（4）在發(fā)電機檢修中做某些試驗時誤把磁場線圈通以反向直流電，導致剩磁消失或反向，應重新進行充磁。
發(fā)電機振蕩失步
正常情況下，發(fā)電機發(fā)出的功率是和負荷功率相平衡的。當系統(tǒng)發(fā)生短路故障或發(fā)電機大幅度甩負荷時，發(fā)電機的功率就與用戶的負荷不相平衡。要想調(diào)整負荷使其平衡，由于轉(zhuǎn)子慣性和調(diào)速器延時需要一個過程，在此期間，發(fā)電機的穩(wěn)定運行將被破壞，使發(fā)電機產(chǎn)生振蕩。如果事故嚴重，甚至會使發(fā)電機與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機振蕩失步時，值班人員應通過增加勵磁電流來創(chuàng)造恢復同步的條件；也可適當調(diào)整該機的負荷，以幫助恢復同步。
發(fā)電機振動
（1）轉(zhuǎn)子不圓或平衡未調(diào)整好，應嚴格制造和安裝質(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，應重新高速聯(lián)軸節(jié)配合螺栓的夾緊力，必要時聯(lián)軸節(jié)端面需重新加工。
（4）結(jié)構部件共振，可通過改變結(jié)構部件的支持方法來改變它固有的頻率。
（6）供油量或油壓不足，應加大噴嘴直徑升高油壓；加大供油口減小間隙。
（7）供油量過大或油壓過高，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，應重新裝壓鐵芯。
（9）軸承密封過緊，使轉(zhuǎn)軸局部過熱、彎曲。應檢查和調(diào)整軸承密封，使其與軸有適當配合間隙。
同步特性
同步發(fā)電機的外特性一般指在內(nèi)電勢不變的情況下，負載電流變化時，發(fā)電機機端電壓變化的曲線，主要是測試發(fā)電機的縱軸同步電抗，也就是發(fā)電機的內(nèi)阻抗，是同步發(fā)電機帶負載能力的重要指標。但同步發(fā)電機多采用可控硅快速勵磁和阻尼繞組，其縱軸同步電抗多為暫態(tài)值，遠遠小于穩(wěn)態(tài)值。此外由于勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，外特性是可以人工制造出來，可以是正的或負的，正的外特性就是機端電壓隨負載電流增長而降低，負的就是機端電壓隨負載電流增長而提高，一般勵磁系統(tǒng)都可以在正負15%的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
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