|
使用說(shuō)明書(shū) |
同步交流發(fā)電機的分類(lèi)和工作特性 |
摘要：柴油發(fā)電機組配備的發(fā)電機可以說(shuō)是一種最常用的交流發(fā)電機。在現代電力工業(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)電機組。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(shí)，通過(guò)調節勵磁電流，能方便地調節發(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(shí)調節勵磁電流的結果是調節了電機的功率因數和無(wú)功功率?？得魉构驹诒疚闹芯?a href="http://">發(fā)電機的分類(lèi)和各種工作特性，以及特性曲線(xiàn)圖做了分別闡述，以便促進(jìn)用戶(hù)更好地了解發(fā)電機原理與特點(diǎn)。
一、發(fā)電機分類(lèi)
同步發(fā)電機的基本形式分為旋轉電樞式和旋轉磁極式兩種類(lèi)型，外形如圖1所示。這兩類(lèi)同步發(fā)電機雖然結構上與所不同，但基本原理是相同的，即磁場(chǎng)與導線(xiàn)的相對運動(dòng)，切割磁力線(xiàn)，導線(xiàn)產(chǎn)生感應電勢，基本原理圖如圖2所示。
1、旋轉電樞式發(fā)電機
旋轉電樞式發(fā)電機的磁場(chǎng)固定的，而電樞則由原動(dòng)機拖動(dòng)旋轉，三相交流電流通過(guò)滑環(huán)和電刷的引接送到負載。這類(lèi)發(fā)電機的優(yōu)點(diǎn)是鐵心硅鋼片的利用率較高，而且定子是機座可作磁軛，以節約鋼材，其缺點(diǎn)是輸出的容量受到限制，電壓也不能太高，這是由于以下原因。
（1）電樞繞組的電流是通過(guò)滑環(huán)和電刷的連接引到外電路的。如果輸出電流過(guò)大，會(huì )引起滑環(huán)與電刷之間產(chǎn)生過(guò)大的火花;若輸出電壓過(guò)大，則滑環(huán)和電刷的絕緣不易解決，因此電壓一般不超過(guò)500V。
（2）由于電樞所占的空間有限，若繞組匝數過(guò)多和絕緣層過(guò)厚，制作困難，這就限制電壓增高和容量增大。
（3）當電樞轉速較高時(shí)， 由于離心力的作用和振動(dòng)增大，容易造成電樞損壞，因此，限制發(fā)電機的運行。
（4）這類(lèi)發(fā)電機結構較復雜，造價(jià)也比較貴。
基于上述原因，用這類(lèi)發(fā)電機供電已很少采用，通常此無(wú)刷發(fā)電機作交流勵磁機用。
2、旋轉磁極式發(fā)電機
旋轉磁極式發(fā)電機的電樞是固定的，而磁極則是旋轉的，電樞繞組均勻分布在整個(gè)鐵心槽內。這類(lèi)同步發(fā)電機，按其磁極的形狀，又可分為凸極式和隱極式兩種。
（1）凸極式發(fā)電機
凸極式發(fā)電機有明顯的磁極，在磁極鐵心上套有集中磁極繞組。它的氣隙是不均勻的，極弧下氣隙較小，而極間部分氣隙較大。
（2）隱極式發(fā)電機
隱極式發(fā)電機沒(méi)有明顯的磁極，磁極繞組分散嵌在轉子鐵心槽內。由于它的轉子制成圓柱形，因此，其氣隙是均勻的。
旋轉磁極式發(fā)電機有效多的空間位置來(lái)嵌放電樞繞組和絕緣材料。電樞繞組輸出的交流電流可直接送往負載，其機械強度和絕緣條件均比較好，可靠性也比較高。
|
圖1 交流發(fā)電機分類(lèi)示意圖 |
圖2 三相交流同步發(fā)電機原理圖 |
二、發(fā)電機工作特性
同步發(fā)電機的定子、轉子結構與同步電機相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步發(fā)電機中電樞繞組采用單相。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(hù)選用發(fā)電機的重要依據。
1、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If 感生出的空載電動(dòng)勢E0（三相對稱(chēng)），其大小隨 If 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E0 與勵磁電流If 關(guān)系的曲線(xiàn)稱(chēng)為同步發(fā)電機的空載特性。
空載特性本質(zhì)上就是電機的磁化曲線(xiàn)，它既可用實(shí)驗測出也可用磁路計算得到。用實(shí)驗測取空載特性時(shí)，由于磁滯現象，上升和下降的磁化曲線(xiàn)不相重合。一般規定采用空載電壓U≈1.3UN開(kāi)始到If＝0為止的下降曲線(xiàn)并做成適當修正。由圖3可見(jiàn)，當If＝0時(shí)，有剩磁電動(dòng)勢。這時(shí)應延長(cháng)空載特性與橫軸相交，將交點(diǎn)的橫坐標絕對值ΔIf0作為校正量，加在測得的空載特性每一點(diǎn)的橫坐標上，即可得出另一條通過(guò)原點(diǎn)的校正曲線(xiàn)，得到電機實(shí)用的空載特性。
在進(jìn)行柴油發(fā)電機組空載實(shí)驗時(shí)（步驟流程如圖4所示），測出的原動(dòng)機拖動(dòng)同步發(fā)電機所耗的功率，即為發(fā)電機的空載損耗p。同步發(fā)電機的空載損耗中主要包含機械損耗pmec和由主極磁場(chǎng)切割定子鐵芯產(chǎn)生的定子鐵耗pFe。由于電機轉速保持為同步轉速，機械損耗恒定不變，只有定子鐵耗隨著(zhù)空載電壓（正比于主磁通）的變化而變化。在實(shí)驗中，先記錄發(fā)電機未加勵磁時(shí)拖動(dòng)發(fā)電機所需的功率，即為被試發(fā)電機的機械損耗。再從不同勵磁時(shí)拖動(dòng)發(fā)電機所需的功率中扣除此項機械損耗，即可算出定子鐵耗，其中對應E＝UN時(shí)的鐵耗值即可作為電機額定運行時(shí)的定子鐵耗值。
|
圖3 發(fā)電機空載特性及校正圖 |
圖4 柴油發(fā)電機組空載試機流程框圖 |
2、短路特性
短路特性是發(fā)電機在同步轉速下，電樞出線(xiàn)端三相穩態(tài)短路時(shí)，電樞電流（短路電流）Ik與勵磁電流If的關(guān)系曲線(xiàn)。如圖6-25（a）所示，圖6-25（b）為三相穩態(tài)短路時(shí)的同步發(fā)電機的矢量圖。
因為U＝0，此時(shí)限制短路電流的僅僅是發(fā)電機的同步阻抗，其中電樞電阻值遠小于同步電抗可以忽略，故短路電流滯后于勵磁電動(dòng)勢為90°，即ψ≈90°；于是電樞電流全部為直軸電流，電樞磁動(dòng)勢為一純去磁的直軸磁動(dòng)勢，即Fa＝Fad。此時(shí)各磁動(dòng)勢矢量都在同一條直線(xiàn)上，合成磁動(dòng)勢為F′δ=Ff－F′ad=Ff－kadFad，由空載特性求出氣隙電動(dòng)勢Eδ。此Eδ值與定子漏阻抗（忽略電阻時(shí)是漏電抗）相平衡，即
Eδ=I(Ra+jXσ)≈jIXσ
由于Eδ與漏抗壓降平衡，對于一般同步發(fā)電機，定子漏抗標么值為X*σ=0.1～0.2，則當短路電流達到額定值時(shí)，氣隙電動(dòng)勢Eδ值僅為額定電壓的10%～20%，故發(fā)電機磁路處于不飽和狀態(tài)。此時(shí)的勵磁磁動(dòng)勢E′與直軸電樞反應電動(dòng)勢E′ad相加后得出氣隙電動(dòng)勢E′δ=-E′σ。此E′是根據氣隙電動(dòng)勢Eδ=AC的飽和程度，由OC延長(cháng)線(xiàn)上查出為E′=BD而并非If=OB在發(fā)電機空載時(shí)所生的勵磁電動(dòng)勢E=BF。
在進(jìn)行短路試驗時(shí)，應測出拖動(dòng)同步發(fā)電機所需的功率，即為發(fā)電機的短路損耗pk，它包括機械損耗、電樞繞組基本銅耗和短路雜散損耗，后兩者之和稱(chēng)為短路負載損耗。測出不同短路電流Ik時(shí)的短路損耗pk值，然后減去機械損耗，即可得到短路負載損耗隨電樞電流變化的曲線(xiàn)，再從額定電流下的短路負載損耗減去電樞基本銅耗pcu1=mI2NRa后即為發(fā)電機的負載雜散損耗pad，Ra為電樞繞組的直流電阻。
由空載試驗算出機械損耗pmec和鐵耗pFe，再由短路試驗算出Ik=IN時(shí)的定子銅耗pcu1和負載雜散損耗pad。此外在額定負載下測定出額定勵磁電流IfN數值并算出勵磁繞組銅耗pcuf=I2fNRf，再由勵磁機效率算出同軸勵磁機的輸入功率，即可算出整個(gè)發(fā)電機的總損耗。
當轉速為同步轉速、端電壓為額定電壓、功率因數為額定功率因數時(shí)，發(fā)電機的效率與輸出功率的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)為發(fā)電機的效率特性。
3、負載運行特性
（1）零功率因數負載特性
同步發(fā)電機的負載特性是指轉速為同步速度，負載電流和功率因數為常值時(shí)，發(fā)電機的端電壓與勵磁電流之間的關(guān)系曲線(xiàn)U＝f（If）。負載特性是恒電流特性，其中最有意義的是IN＝常數、cosφ=0時(shí)的零功率因數負載特性。
零功率因數負載特性由電樞繞組接到可變的三相純電感對稱(chēng)負載，使cosφ≈0，同時(shí)調節勵磁電流和負載電抗，使負載電流保持為一常值得到。當電機容量較大時(shí)，可將電機并入電網(wǎng)作空載過(guò)勵運行，使電樞輸出的無(wú)功電流為I＝IN，得到零功率因數負載特性上U＝UN點(diǎn)。接著(zhù)再作此發(fā)電機的三相對稱(chēng)穩態(tài)短路試驗，測出對應Ik＝IN的勵磁電流Ifk，得到零功率因數負載特性上U＝0點(diǎn)。
（2）外特性
外特性是當轉速為額定值、勵磁電流和負載功率因數為常數時(shí)，發(fā)電機端電壓 U 與負載電流 I 之間的關(guān)系，特性曲線(xiàn)如圖5所示。調整特性是轉速和端電壓為額定值、負載功率因數為常數時(shí)，勵磁電流 If 與負載電流之間的關(guān)系。還有電阻性、電容性和電感性 3 種負載的情況。由于電樞反應磁場(chǎng)影響的不同，三者的曲線(xiàn)也不一樣。在外特性中，從空載到額定負載時(shí)電壓的變化程度稱(chēng)為電壓變化率△U。所謂發(fā)電機的外特性，就是指勵磁電流、轉速、功率因數為常數的條件下，變更定子負荷電流時(shí)，端電壓U的變化曲線(xiàn)，即U=f(I)曲線(xiàn)。
在滯后的功率因數情況下cos(θ)，當定子電流增加時(shí)，電壓降落較大，就是由于此時(shí)電樞反應是去磁的。在超前的功率因數的情況下[cos(-θ)]，定子電流增加時(shí)，電壓反而升高，這是由于電樞反應是助磁的。在cos(θ)=1，電壓降落較小。外特性可以用來(lái)分析發(fā)電機運行中的電壓波動(dòng)情況，借以提出對自動(dòng)調節勵磁裝置調節范圍的要求。
（3）調整特性
所謂發(fā)電機的調整特性，系指電壓、轉速、功率因數為常數的條件下，變更定子負荷電流時(shí)，勵磁電流的變化曲線(xiàn)。特性曲線(xiàn)如圖6所示。不同功率因數下的調整特性可以看出，在滯后的功率因數情況下，負荷增加，勵增電流也必須增加。這是因為此時(shí)去磁作用加強，要維持氣隙磁通；必須增加轉子磁勢。在超前的功率回數下，負荷增加，勵磁電流一般還要降低。這是因為電樞反應有助磁作用的緣故。調整特性可以使運行人員了解：在某一功率因數時(shí)，定子電流到多少而不使勵磁電流超過(guò)制造廠(chǎng)的規定值，并能維持額定電壓。利用這此曲線(xiàn)，可使電力系統無(wú)功功率更合理一些。
發(fā)電機電壓變化率約為 20～40％。一般工業(yè)和家用負載都要求電壓保持基本不變。為此， 隨著(zhù)負載電流的增大，必須相應地調整勵磁電流。有 3 種不同性質(zhì)負載下的調整特性。雖然調整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純電阻性負載，它是上升的，而在容性負載下， 一般是下降的。
|
圖5 同步發(fā)電機的外特性曲線(xiàn)圖 |
圖6 發(fā)電機的調整特性 |
總結：
值得注意的是，柴油發(fā)電機組配備的同步發(fā)電機通常具備自我保護能力，即在一定的轉速范圍內，它可以自動(dòng)限制輸出電流，以避免過(guò)載。這種自我保護機制使得發(fā)電機能夠在有限的條件下安全地工作。綜上所述，交流發(fā)電機的三大工作特性分別是空載特性、輸出特性和外特性，它們各自反映了發(fā)電機在不同工作條件下的性能表現，對于正確使用和維護發(fā)電機至關(guān)重要。
----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://
