1、电气课件发电机部分一、发电机如何发出电的？、发电机原理、发电机原理 NS、发电机原理发电机原理 原始型原始型,采用永磁磁场采用永磁磁场,转子线转子线圈上感应出电流经滑环碳刷送出圈上感应出电流经滑环碳刷送出NS随发电机容量增大随发电机容量增大,改造为定子线圈发电改造为定子线圈发电,仍采用永磁磁场仍采用永磁磁场.为了进一步提高发电机容量,和为了发电机负荷和电压调整方便,便把转子磁场由永磁改造为电磁场2、发电机的类型1、按原动机：汽轮、水轮、燃气、柴油及核能等。2、按冷却介质：空冷、氢冷和水冷等。3、按安装方式：卧式、立式等。4、按本体结构：旋转电枢式、旋转磁极式等。损耗：铜损、铁损、机械损耗、附加
2、损耗等。发热：发电机运行中产生能量损耗变成热能使机器的温度升高。三种冷却方式优缺点比较：空冷：经济、设备简单、运行维护方便；冷却效果差、损耗大、机件易脏污、机组容量受到限制。氢冷：通风损耗小（密度是空气的6.96）、散热快（散热系数是空气的1.35倍；导热系数是空气的6.69倍）、清洁、不助燃（含氧量 2）、噪音小、不易氧化和产生电晕。增加制氢和油密封设备、维护和操作量大、遇明火易爆炸。水冷：冷却能力是空气的50倍、价廉、性能稳定不会燃烧、粘度小能通过小而复杂的截面。可能腐蚀铜线、漏水、转子结构复杂。铭牌：制造厂向使用单位介绍产品的特点和额定运行数据用的。其所标的容量、电压、电流温升均为额定值
3、。额定值：能保证电机正常连续运行的最大限值，即在此数据下运行时，发电机的寿命可以达到预期的年限。额定容量：指该台电机长期安全运行的最大允许输出的视在功率，用KV.A或MV.A表示。额定电压：指该台电机长期安全工作的最高线电压，用KV表示。额定电流：指该台电机正常连续运行的最大工作电流，用A表示。型号：QFS1352Q：汽轮。F：发电机。S：水冷135：额定功率。2：2极。3、名词解释同步：定子磁场和转子磁场以相同的方向、相同的速度旋转。n=60f/p力率：就是功率因数。是有功功率和视在功率的比值。有功：转换成非电、磁形式（光、热、机械能）的那部分能量。无功：用于电路内电、磁场交换的那部分能量。
4、视在功率：电路里电压有效值 与电流有效值的乘积。有功功率：转换的平均功率，等于视在功率乘以功率因数。无功功率：交换的最大功率，等于视在功率乘以功率因素。功率三角形关系：思考1、发电机为什么采用星形连接而不采用 三角形连接？2、什么是力率进相？需注意哪些问题？3、大轴上的接地碳刷有啥作用？答：发电机的电动势随时间变化的波形取决于气隙中磁通密度沿空间分布的形状，在实际的电机结构中，不可能使磁通密度沿空间的分布完全做到正弦分布，只能说是接近正弦分布，所以磁通势中都有高次谐波，电动势中也有高次谐波。在高次谐波中，三次谐波占主要成分，其特点是A、B、C三相电动势中三个三次谐波电动势是同相的。如果将发电机
5、接成三角形接线的话，那么在三角形接线中的三个三次谐波电动势叠加，三次谐波的电流可以流通，这个电流就会产生额外的损耗使发电机绕组发热；而在星形接线中，因为三次谐波电动势都同时指向中性点或背向中性点，三次谐波电流构不成回路，不能流通，虽然三次谐波电动势存在于相电动势中，但是并不存在于线电动势中，因此他们互相抵消了，所以发电机一般都接成星形接线。答:所谓发电机进相运行,是指发电机发出有功而吸收无功的稳定运行状态。发电机进相运行时,主要应注意四个问题:一是静态稳定性降低;二是端部漏磁引起定子端部温度升高;三是厂用电电压降低;四是由于机端电压降低在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加,易造成过负荷。进
6、相运行时,由于发电机进相运行,内部电势降低,静态储备降低,使静态稳定性降低。由于发电机的输出功率P=EdU/XdSin,在进相运行时Ed、U均有所降低,在输出功率P不变的情况下,功角增大,同样降低动稳定水平。进相运行时由于助磁性的电枢反应,使发电机端部漏磁增加,端部漏磁引起定子端部温度升高,发电机端部漏磁通为定子绕组端部漏磁通和转子端部磁通的合成。进相运行时,由于两个磁场的相位关系使得合成磁通较非进相运行时大,导致定子端部温度升高。厂用电电压的降低:厂用电一般引自发电机出口或发电机电压母线,进相运行时,由于发电机励磁电流降低和无功潮流倒送引起机端电压降低同时造成厂用电电压降低。发电机同无穷大电
7、网并联运行时的调节无穷大电网，俗称系统，它的电压、周波比较稳定，单台机组 发生运行工况的改变对整个系统运行影响不大。但对于电网末端，由于输电线路的压降较大，无功补偿设备较 少，电压较低，这就需要发电机提供较多的无功功率，以维持系统的电压水平。对于电网的核心区域，由于电网的无功补偿设备较多，系统电压较高，这就需要发电机少发无功，不发无功，甚至是吸收无功。所以，和系统并联运行的机组不仅要根据调度命令调节有功，还要调节无功。机组有功的调节是靠改变机组的进汽量进行的，而无功的调节是靠改变机组的励磁电流来实现的。这就牵涉到机组的励磁系统。二、励磁系统 1、励磁系统的分类：、励磁系统的分类：1.）按励磁方
8、式分：）按励磁方式分：.自励：即从发电机出口引出一条支路，通过励自励：即从发电机出口引出一条支路，通过励磁变压器降压以后输入励磁调节器，励磁调节器的磁变压器降压以后输入励磁调节器，励磁调节器的输出作为励磁电源为转子磁场提供电流。输出作为励磁电源为转子磁场提供电流。特点：系统简单，发电机出口电压较稳定，励磁特点：系统简单，发电机出口电压较稳定，励磁调节器输出电流稳定，但需要起励电源。调节器输出电流稳定，但需要起励电源。发电机转子发电机转子调节装置起励电源发电机定子碳刷滑环励磁变发电机出线自励系统示意图自励系统示意图他励：取消了励磁变压器等设备，系统更简他励：取消了励磁变压器等设备，系统更简化，直
9、接从厂用电接出一路电源作为励磁电源。化，直接从厂用电接出一路电源作为励磁电源。源源 特点：不需要另接起励电源，但厂用电电压特点：不需要另接起励电源，但厂用电电压不稳定，容易引起励磁电流的波动，造成发电机不稳定，容易引起励磁电流的波动，造成发电机出口电压的波动。出口电压的波动。发电机转子发电机转子调节装置发电机定子碳刷滑环发电机出线他励系统示意图他励系统示意图励磁电源2.2.）按励磁的接入方式分按励磁的接入方式分无刷励磁：在励磁系统接入方式上不采用碳刷滑环，无刷励磁：在励磁系统接入方式上不采用碳刷滑环，而且将励磁调节装置的整流部分与连接部分整和为一体。而且将励磁调节装置的整流部分与连接部分整和为
10、一体。属于他励方式的演化形式。属于他励方式的演化形式。有刷励磁有刷励磁:即励磁电源过碳刷滑环接入转子回路即励磁电源过碳刷滑环接入转子回路.发电机转子调节装置发电机定子副励副励主励主励旋转二极管旋转二极管灭磁开关灭磁开关带有副励磁机的无刷励磁系统示意图带有副励磁机的无刷励磁系统示意图发电机出线发电机出线采用定子磁场方式采用定子磁场方式采用永磁机，转子磁场采用永磁机，转子磁场组成：组成：1、励磁控制单元，向同步发电机的励磁绕组提供励磁电流。2、励磁调节器，根据发电机的运行状态，自动调节调节励磁功率单元输出的励磁电流的大小，以满足发电机运行的需要。作用：1、发电机端电压的控制。2、无功功率的分配。3
11、、提高电力系统运行稳定性。4、改善电力系统的运行条件。1）、加速协调电压恢复和改善异步电动机的自启动条件。2）、为发电机异步运行和自同步并列创造条件。自并励 “并”是因为励磁变并接于发电机出口或主变高压侧。同步发电机的励磁电流由接在机端的励磁变压器经整流器整流后供给的励磁方式，一般整流器都是可控的，自并励可控整流励磁装置由励磁变压器，可控整流装置，自动电压调节器，起励装置及灭磁开关等组成。在各种运行工况下由自动电压调节器改变可控整流器的导通角以实现励磁的调节。机组起动时，由起励装置建立初始电压当自动电压调节器因故退出运行时，有手调励磁装置以维持机组继续运行。优缺点 自并励可控整流励磁的结构简单
12、，造价低，运行维护方便，主机轴系短，正常运行时性能良好。成为当今新建或改造工程的发展趋势。但是当电力系统短路时，尤其是机端短路时供电电压将严重下降，使励磁系统强励能力受到很大的影响，甚至会造成机组失磁；并且由于短路电流的迅速衰减，可能使带时限继电保护拒绝动作，这是自并励励磁方式的弱点。目前由于封闭母线的广泛应用，这一弱点已经不突出。三、运行调整及事故处理1、发电机并、解列前为何必须投入主变中性点接地刀闸？2、发电机启动升压过程中，为什么要监视转子电流和定子电流？3、定子三相不平衡产生的负序电流为什么不得大于8%额定电流？4、我厂励磁变低压侧设计电流为1649.6A,而转子励磁电流设计为1807
13、A？答：1、主变为分级绝缘，中性点绝缘薄弱2、并网时，开关三相分、合闸的非同期性，主变中性点会有一定的冲击电压3、所以合上主变中性点接地刀闸，在于保护中性点绝缘。（1）监视转子电流和与之对应的定子电压，可以发现励磁回路有无短路。（2）额定电压下的转子电流较额定空载励磁电流显著增大时，可以初步判断有匝间短路或定子铁芯有局部短路。（3）电压回路断线或电压表卡涩时，防止发电机电压升高威胁绝缘。发电机启动升压过程中，监视定子电流是为了判断发电机及主变压器高压侧有无短路现象。当负序电流流过发电机时,将产生负序旋转磁场,这个磁场将对发电机产生下列影响:发电机转子发热;机组振动增大;定子绕组由于负荷不平衡出
14、现个别相绕组过热。转子电压与励磁变低压侧电压大小不一，所以电流就不能相互比较了！全控桥整流励磁系统输入交流与输出直流是0.816的倍数关系。1、何谓发电机进相运行?发电机进相运行时应注意什么?为什么?2、发电机中性点一般有哪几种接地方式?各有什么特点?3、试述发电机异步运行时的特点?4、低频率运行会给电力系统带来哪些危害?答:所谓发电机进相运行,是指发电机发出有功而吸收无功的稳定运行状态。发电机进相运行时,主要应注意四个问题:一是静态稳定性降低;二是端部漏磁引起定子端部温度升高;三是厂用电电压降低;四是由于机端电压降低在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加,易造成过负荷。进相运行时,由于发电
15、机进相运行,内部电势降低,静态储备降低,使静态稳定性降低。由于发电机的输出功率P=EdU/XdSin,在进相运行时Ed、U均有所降低,在输出功率P不变的情况下,功角增大,同样降低动稳定水平。进相运行时由于助磁性的电枢反应,使发电机端部漏磁增加,端部漏磁引起定子端部温度升高,发电机端部漏磁通为定子绕组端部漏磁通和转子端部磁通的合成。进相运行时,由于两个磁场的相位关系使得合成磁通较非进相运行时大,导致定子端部温度升高。厂用电电压的降低:厂用电一般引自发电机出口或发电机电压母线,进相运行时,由于发电机励磁电流降低和无功潮流倒送引起机端电压降低同时造成厂用电电压降低。答:发电机的中性点,主要采用不接地
16、、经消弧线圈接地、经电阻或直接接地三种方式。1、发电机中性点不接地方式:当发电机单相接地时,接地点仅流过系统另两相与发电机有电气联系的电容电流,当这个电流较小时,故障点的电弧常能自动熄灭,故可大大提高供电的可靠性。当采用中性点不接地方式而电容电流小于5安时,单相接地保护只需利用三相五柱电压互感器开口侧的另序电压给出信号便可以。中性点不接地方式的主要缺点是内部过电压对相电压倍数较高。2、发电机中性点经消弧线圈接地:当发电机电容电流较大时,一般采用中性点经消弧线圈接地,这主要考虑接地电流大到一定程度时接地点电弧不能自动熄灭。而且接地电流若烧坏定子铁芯时难以修复。中性点接了消弧线圈后,单相接地时可产
17、生电感性电流,补偿接地点的电容电流而使接地点电弧自动熄灭。3、发电机中性点经电阻或直接接地:这种方式虽然单相接地较为简单和内部过电压对相电压的倍数较低,但是单相接地短路电流很大,甚至超过三相短路电流,可能使发电机定子绕组和铁芯损坏,而且在发生故障时会引起短路电流波形畸变,使继电保护复杂化。答:发电机的异步运行指发电机失去励磁后进入稳态的异步运行状态。发电机失磁时,励磁电流逐渐衰减为零,发电机电势相应减小,输出有功功率随之下降,原动机输入的拖动转矩大于发电机输出的制动转矩,转子转速增加,功角逐步增大,这时定子的同步旋转磁场与转子的转速之间出现滑差。定子电流与转子电流相互作用,产生异步转矩。与此对
18、应,定、转子之间由电磁感应传送的功率称为异步功率,随功角的增大而增大;同时原动机输入功率随功角增大而减小,当两者相等时,发电机进入稳定异步运行状态。发电机异步运行主要有两个问题,其一,对发电机本身有使转子发生过热损坏的危险;其二,对系统而言,此时发电机不仅不向系统提供无功反而要向系统吸收无功,势必引起系统电压的显著下降,造成系统的电压稳定水平大大降低。答:电力系统低频运行是非常危险的,因为电源与负荷在低频率下重新平衡很不牢固,也就是说稳定性很差,甚至产生频率崩溃,会严重威胁电网的安全运行,并对发电设备和用户造成严重损坏,主要表现为以下几方面:1)引起汽轮机叶片断裂。在运行中,汽轮机叶片由于受不
19、均匀汽流冲击而发生振动。在正常频率运行情况下,汽轮机叶片不发生共振。当低频率运行时,末级叶片可能发生共振或接近于共振,从而使叶片振动应力大大增加,如时间过长,叶片可能损伤甚至断裂。2)使发电机出力降低,频率降低,转速下降,发电机两端的风扇鼓进的风量减小,冷却条件变坏,如果仍维持出力不变,则发电机的温度升高,可能超过绝缘材料的温度允许值,为了使温升不超过允许值,势必要降低发电机出力。3)使发电机机端电压下降。因为频率下降时,会引起机内电势下降而导致电压降低,同时,由于频率降低,使发电机转速降低,同轴励磁电流减小,使发电机的机端电压进一步下降。4)对厂用电安全运行的影响。当低频运行时,所有厂用交流电动机的转速都相应的下降,因而火电厂的给水泵、风机、磨煤机等辅助设备的出力也将下降,从而影响电厂的出力。其中影响最大的是高压给水泵和磨煤机,由于出力的下降,使电网有功电源更加缺乏,致使频率进一步下降,造成恶性循环。5)对用户的危害:频率下降,将使用户的电动机转速下降,出力降低,从而影响用户产品的质量和产量。另外,频率下降,将引起电钟不准,电气测量仪器误差增大,安全自动装置及继电保护误动作等。
