同步發(fā)電機（轉子等轉速相同的交流發(fā)電機）
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同步發(fā)電機
轉子等轉速相同的交流發(fā)電機
同步發(fā)電機，即轉子轉速與定子旋轉磁場(chǎng)的轉速相同的交流發(fā)電機。按結構可分為旋轉電樞和旋轉磁場(chǎng)兩種。當它的磁極對數為p、轉子轉速為n時(shí)，輸出電流頻率f=np/60（赫茲）。
介紹
分類(lèi)
空載特性
發(fā)電機不接負載時(shí)，電樞電流為零，稱(chēng)為空載運行。此時(shí)電機定子的三相繞組只有勵磁電流 感生出的空載電動(dòng)勢（三相對稱(chēng)），其大小隨 的增大而增加。但是，由于電機磁路鐵心有飽和現象，所以?xún)烧卟怀烧?。反映空載電動(dòng)勢 與勵磁電流 關(guān)系的曲線(xiàn)稱(chēng)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(chēng)負載后，電樞繞組中的三相電流會(huì )產(chǎn)生另一個(gè)旋轉磁場(chǎng)，稱(chēng)電樞反應磁場(chǎng)。其轉速正好與轉子的轉速相等，兩者同步旋轉。
運行特性
額定值
在同步發(fā)電機的銘牌上，規定了同步發(fā)電機的主要技術(shù)數據和運行方式。這些數據，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(lái)說(shuō)，額定容量SN是是之處線(xiàn)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(shuō)，在額定運行時(shí)（額定頻率、電壓、電流、功率因數），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(wàn)瓦）為單位。對同步發(fā)電機，通過(guò)額定容量（SN）可以確定額定電流，通過(guò)額定功率（PN）可以確定配套的原動(dòng)機的容量
（2）額定電壓UN：是指額定運行時(shí)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(huì )超過(guò)允許的范圍。同步發(fā)電機一般接成Y連接，同步電動(dòng)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(shí)，流過(guò)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(shí)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(shí)，發(fā)電機組每個(gè)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）。我國規定使用交流電的頻率為50Hz.
（7）額定轉速nN:是指發(fā)電機在額定運行時(shí)，每分鐘的轉速數，單位為r/min（轉/分）
結構
同步發(fā)電機的結構按其轉速分為高速和低（中）速兩種。
前者多用于火電廠(chǎng)和核電站；后者多與低速水輪機或柴油機聯(lián)動(dòng)。在結構上，高速同步發(fā)電機多用隱極式轉子，低（中）速同步發(fā)電機多用凸極式轉子。
工作原理
（1）主磁場(chǎng)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(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)。
（3）切割運動(dòng)：原動(dòng)機拖動(dòng)轉子旋轉（給電機輸入機械能），極性相間的勵磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉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(chǎng)）。
（4）交變電勢的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對切割運動(dòng)，電樞繞組中將會(huì )感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱(chēng)交變電勢。通過(guò)引出線(xiàn)，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速n 和極對數p。
（7）交變性與對稱(chēng)性：由于旋轉磁場(chǎng)極性相間，使得感應電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱(chēng)性，保證了感應電勢的三相對稱(chēng)性。
（8）同步轉速 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(gè)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(guò)熱
（1）發(fā)電機沒(méi)有按規定的技術(shù)條件運行，如定子電壓過(guò)高，鐵損增大；負荷電流過(guò)大，定子繞組銅損增大；頻率過(guò)低，使冷卻風(fēng)扇轉速變慢，影響發(fā)電機散熱；功率因數太低，使轉子勵磁電流增大，造成轉子發(fā)熱。應檢查監視儀表的指示是否正常。如不正常，要進(jìn)行必要的調節和處理，使發(fā)電機按照規定的技術(shù)條件運行。
（2）發(fā)電機的三相負荷電流不平衡，過(guò)載的一相繞組會(huì )過(guò)熱；若三相電流之差超過(guò)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(huì )產(chǎn)生負序磁場(chǎng)，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發(fā)熱。應調整三相負荷，使各相電流盡量保持平衡。
（3）風(fēng)道被積塵堵塞，通風(fēng)不良，造成發(fā)電機散熱困難。應清除風(fēng)道積塵、油垢、使風(fēng)道暢通無(wú)阻。
（4）進(jìn)風(fēng)溫度過(guò)高或進(jìn)水溫度過(guò)高，冷卻器有堵塞現象。應降低進(jìn)風(fēng)或進(jìn)水溫度清除冷卻器內的堵塞物。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(guò)熱；若磨損嚴重，有可能使定子和轉子摩擦，造成定子和轉子避部過(guò)熱。應檢查軸承有無(wú)噪音，若發(fā)現定子和轉子摩擦，應立即停機進(jìn)行檢修或更換軸承。
（8）定子繞組的并聯(lián)導線(xiàn)斷裂，使其他導線(xiàn)的電流增大而發(fā)熱。應立即停機進(jìn)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、磁勢不等而出現的很低電壓，若電壓在一至數伏，不會(huì )有危險，不必處理。
（2）發(fā)電機繞組有短路或對地絕緣不良，導致電設備及發(fā)電機性能變壞，容易發(fā)熱，應及時(shí)檢修，以免事故擴大。
電流過(guò)大
（1）負荷過(guò)大，應減輕負荷
電壓過(guò)高
（1）與電網(wǎng)并列的發(fā)電機電網(wǎng)電壓過(guò)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(wú)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。
（1）定子繞組受潮。對于長(cháng)期停用或經(jīng)較長(cháng)時(shí)間檢修的發(fā)電機、投入運行前應測量絕緣電阻，不合格者不準投入運行。受潮發(fā)電機要進(jìn)行烘干處理。
（3）繞組過(guò)熱。絕緣過(guò)熱后會(huì )使絕緣性能降低，有時(shí)在高溫下會(huì )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(guò)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)現絕緣不合格，應及時(shí)更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組，以延長(cháng)發(fā)電機的使用壽命。
（5）發(fā)電機內部進(jìn)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；綁緊轉子的綁扎線(xiàn)、緊固端部零件，以不致發(fā)生由于離心力作用而松脫。
（6）過(guò)大電壓擊穿：1）線(xiàn)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(shí)，將發(fā)電機電壓升得過(guò)高。應嚴格按操作規程對發(fā)電機進(jìn)行升壓，防止誤操作。3）發(fā)電機內部過(guò)電壓，包括操作過(guò)電壓、弧光接地過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓等，應加強繞組絕緣預防性試驗，及時(shí)發(fā)現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(méi)有緊固好。如果是整個(gè)鐵芯松弛，對于小型發(fā)電機，可用兩塊小于定子繞組端部?jì)葟降蔫F板，穿上雙頭螺栓，收緊鐵芯。待恢復原形后，再將鐵芯原來(lái)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)電機運轉時(shí)鐵芯產(chǎn)生振動(dòng)而損壞絕緣；鐵芯片個(gè)別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過(guò)熱，使絕緣老化，就按原計劃條中的方法進(jìn)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。
（1）停機后經(jīng)常失去剩磁，是由于勵磁機磁極所用的材料接近軟鋼，剩磁較少。當停機后勵磁繞組沒(méi)有電流時(shí)磁場(chǎng)就消失，應備有蓄電池，在發(fā)電前先進(jìn)行充磁。
自動(dòng)勵磁裝置的勵磁電抗器溫度過(guò)高
（2）電抗器磁路的氣隙過(guò)大，應調整磁路氣隙。
發(fā)電機起動(dòng)后，電壓升不起來(lái)
（1）勵磁回路斷線(xiàn)，使電壓升不起來(lái)。應檢查勵磁回路有無(wú)斷線(xiàn)，接觸是否良好。
（3）勵磁機的磁場(chǎng)線(xiàn)圈極性接反，應將它的正、負連接線(xiàn)對換。
（4）在發(fā)電機檢修中做某些試驗時(shí)誤把磁場(chǎng)線(xiàn)圈通以反向直流電，導致剩磁消失或反向，應重新進(jìn)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。當系統發(fā)生短路故障或發(fā)電機大幅度甩負荷時(shí)，發(fā)電機的功率就與用戶(hù)的負荷不相平衡。要想調整負荷使其平衡，由于轉子慣性和調速器延時(shí)需要一個(gè)過(guò)程，在此期間，發(fā)電機的穩定運行將被破壞，使發(fā)電機產(chǎn)生振蕩。如果事故嚴重，甚至會(huì )使發(fā)電機與系統失去同步。發(fā)電機振蕩失步時(shí)，值班人員應通過(guò)增加勵磁電流來(lái)創(chuàng )造恢復同步的條件；也可適當調整該機的負荷，以幫助恢復同步。
發(fā)電機振動(dòng)
（1）轉子不圓或平衡未調整好，應嚴格制造和安裝質(zhì)量或重新調整轉子的平衡。
（2）轉軸彎曲，可采用研磨法、加熱法及錘擊法等校正轉軸。
（3）聯(lián)軸節連接不正，應重新高速聯(lián)軸節配合螺栓的夾緊力，必要時(shí)聯(lián)軸節端面需重新加工。
（4）結構部件共振，可通過(guò)改變結構部件的支持方法來(lái)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(guò)大或油壓過(guò)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(dòng)，應重新裝壓鐵芯。
（9）軸承密封過(guò)緊，使轉軸局部過(guò)熱、彎曲。應檢查和調整軸承密封，使其與軸有適當配合間隙。
（10）發(fā)電機通風(fēng)系統不對稱(chēng)，應注意定子鐵芯兩端擋風(fēng)板及轉子支架擋風(fēng)板結構布置和尺寸的選擇，使風(fēng)路系統對稱(chēng)，增強蓋板、擋風(fēng)板的剛度并緊固牢靠。
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