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发电机培训教材目录第一章：（2）第二章:（2)第三章：(3）第四章：（4）第五章：（5）第六章：(6）第七章：(7）第八章：（9）发电机发电机将机械能转换为电能的电机称为发电机.发电机又分为异步发电机与同步发电机。同步发电机的特点是其转速与输出电压的频率满足以下关系：60f（r/min）n=式中：n-发电机转速f 发电机输出频率发电机磁极对数同步发电机又分为单相发电机、三相发电机.第一章：发电机的结构第一章：发电机的结构同步发电机的结构主要是由定子、转子、端盖、集电环、碳刷等组成。一、定子部份定子由定子铁芯、定子绕组组成。定子铁芯：定子铁芯是用 0。350.5 毫米厚的硅钢片迭成空园柱体。每张硅钢片的内园周上冲有24 个半开口槽，以放置定子绕组；每张硅钢片都涂有绝缘漆，以减小涡流损耗。定子绕组：定子绕组内有电枢绕组和励磁电源绕组，每个绕组是由数个线圈按一定规律联接而成，每个线圈都采用高强度漆包线绕制而成。二、转子部份转子由转子铁芯、励磁绕组、电机轴、集电环组成。转子铁芯采用中炭钢制成,励磁绕组采用高强度漆包线绕成同心式线圈.三、端盖部份端盖分为前端盖、后端盖。后端盖固定在汽油机上，定子又嵌进后端盖内,故后端盖是支撑定子的。转子的轴通过联轴器与汽油机的轴相接,转子轴另一端安装轴承后再安装集电环，轴承支撑在前端盖上.碳刷架固定在轴承盖上，碳刷放在碳刷架内,碳刷表面与集电环表面接触，使励磁绕组与励磁电源接通。（1-1)发电机培训教材发电机培训教材第二章：发电机的基本工作原理第二章：发电机的基本工作原理同步发电机定子上有 UX、VY、WZ 三相绕组，它们在空间互差120电角度，每相绕组匝数相等。转子磁极上装有励磁绕组，在励磁绕组中通以直流电流，其磁通从转子 N 极出发,经过气隙、定子铁芯、气隙进入转子 S 极构成回路,如图（21)所示。图（21）若汽油机带动发电机转子以反时针方向旋转,则转子磁极的磁力线将切割定子的电枢绕组，由电磁感应定律可知，在电枢绕组中，将感应出交流电势.设气隙的磁感应强度按正弦规律变化,则交流电势 e 为：e=V=mV sin t=Esint（21)m由于三相绕组在空间互差 120电角度，在图(21）所示逆时针方向旋转时,磁力线先切割 U 相绕组,再切割 V、W 相绕组,因此定子三相绕组电势大小相等，相位彼此相差 120。设相电势的最大值为Em，U相电势的初相为零，则三相电势的瞬时值为:eu=Emsintev=Emsin（t-120）ew=Emsin（t-240）（22)三相电势的波形和向量图如图22 所示。e0euevewtT3T3T3图 22 三相电势波形图和向量图当转子磁极为一对极时，转子旋转一周绕组中感应电势正好变化一次，当电机为 p 对极时,则转子n旋转一周时,感应电势变化 P 次。设转子每分钟旋转数为n，则转子每秒钟旋转转.因此感应电势每60pn秒钟变化次，即电势的频率为：60pnf=（赫）60n由此可见，感应电势的频率f 等于电机的极对数 p 与转子每秒种的转速 60 的乘积。我国国家标准规定，工业交流电的频率为50 周/秒,因此，同步发电机的转速n 与电频率 f 之间，有严格不变的关系。即当电网频率一定时,同步电机的转速 n=n为一恒值，亦即要求带动发电机的汽油机转速不变。如60果发电机的转速很不稳定,那么就不能获得恒定频率的交流电，所以在汽油机上都附有调速器来实现稳定第 1 页，共 10 页发电机培训教材发电机培训教材转速的目的。在图(21)中，把三相绕组的出线端接上三相负载,便有电能输出，也就是发电机把机械能转变为电能输出。第三章：发电机电压建立过程第三章：发电机电压建立过程我们生产的发电机，它的励磁电流都是来自发电机本身,而不是由别的电源供给的，这种励磁方式称自励式发电机.发电机之所以能做成自励式，是基于铁磁性材料(如钢材）具有两个特点：一是铁磁性材料一旦被磁化，去掉励磁电流后磁通不再变为零，而是还残留一点剩磁;第二是铁磁性材料在被磁化过程中，磁通和励磁电流，在磁感应强度不大的时候磁通与励磁电流If成正比。但磁感应强度大到一定程度后，磁通与励磁电流 If不再成正比，而是励磁电流增加快，磁通增加得慢，甚至不再增加，这种现象叫磁饱和。如图 3-1 所示,图 31 称为铁芯的磁化曲线。发电机装配完毕后需要试机，先用12V 蓄电池给转子充磁，即把电池“+”极接在正电刷上(靠外的一个电刷）；电池“极接在负电刷上(靠里边的一个电刷)使转子绕组中通入直流电流，铁芯中产生磁场，待几秒种把电池去掉，这时,转子绕组虽然没有励磁电流，但铁芯中有剩磁.图（31）铁磁性材料的磁化曲线剩磁If图 3-2 为一最简单的发电机示意图。当汽油机带动转子转动时，定子电枢绕组AX 的导体切割剩磁通，产生电动势。该电势经二极管整流变为直流，它为励磁绕组提供励磁电流If,该电流又产生磁通，该磁通与原来的剩磁通方向一致，因此气隙中的总磁通增加.电枢绕组 AX 的电势增大，转子的励磁电流随之增大，磁通随之增多,电势 E 又升高，励磁电流又增大，如此磁生电、电生磁相互促进，一直达到某一值为止。如图 33 所示，发电机输出电压上升至额定值为止。图(3-2）发电机示意图2剩磁电压ABRf21E=f(If)Rf1图(33）自励发电机电压建立过程发电机输出电压为什么不会无限的上升呢？这是因为磁路会饱和，励磁电流随电动势 E 按照线性规律变化,其变化情况如图（3-3）中直线所示，图中 Rf2Rf1,所以Rf2 直线比 Rf1 陡，该直线叫场阻线。而电势E 随励磁电流按一条和磁化曲线完全一样的曲线变化，开始为直线，后来变弯曲，再增大 If 电势上升很小（超饱和）。自励发电机电压稳定点为场阻线与E=f（If）曲线的交点。当我们改变励磁回路电阻时，（如增大电阻 Rf)发电机的电压也随之改变如图（33)中 1、2 两点所示。第 2 页，共 10 页发电机培训教材发电机培训教材由上述可知，任何一种自励发电机，要想建立起电压，必须同时具备三个条件：（1）必须有剩磁;（2）励磁电源的正负极与电刷联接必须正确，以保证励磁电流产生的磁通方向与剩磁通方向一致；（3）励磁回路的电阻不能过大。我们生产的发电机，它的定子铁芯上绕了几个绕组，在励磁电压建立过程中,定子所有绕组的电压一同升高，各个绕组由于匝数不同,所以它们的电压也不相同，匝数多的电压高.第四章：发电机的电枢反应第四章：发电机的电枢反应发电机空载运行时,发电机内只有转子产生主磁场。发电机接上负载时,电枢绕组内便有电流通过，通过电枢绕组的电流产生磁场。电枢绕组的磁场一定要影响主磁场，使主磁场增强或减弱，这种现象称为电枢反应。电枢反应不仅与负载电流数值有关，还与负载性质有关，下面分三种情况讨论。一、纯电阻负载当负载为纯电阻时,电枢绕组输出电压与电枢绕组内电流 Ia 同相位.当转子的磁极转到图（41)位置时，U 相绕组的输出电压及输出电流达到最大值，电枢磁场分布与方向如图中所示.电枢磁场与转子主磁场互相垂直相交，这种电枢反应称为交轴电枢反应。N 极的左边:主磁场与电枢磁场方向相反，合成磁场削弱。图（4-1）纯电阻负载N 极的右边:主磁场与电枢磁场方向相同，合成磁场增强.时的电枢反应由于前极尖去磁，后极尖增磁,即电枢反应使气隙磁场发生歪扭畸变，起交磁作用，使总磁场稍稍减弱。二、纯电感负载当负载为纯电感时，电枢绕组输出电压与电枢绕组内电流 Ia 相差 90,电流滞后电压 90，当转子的磁极仍在图(4-1)位置时,电压最大，但是电流为零；只有当转子旋转 90，即转子的磁极转到图(42）时,电枢绕组内电流才最大。此时电枢磁场与转子主磁场平行而方向相反，这样的电枢反应称图（4-2）纯电感负载时的电枢反应顺轴去磁反应。显然，总磁场有较大的减弱，因此发电机接上感应性负载后，输出电压明显降低。三、纯电容负载当负载为纯电容时，电枢绕组输出电压滞后电枢绕组内电流90。只有当转子磁极还在图(43）时,电枢绕组内电流就最大，此时电枢磁场与转子主磁场平行而方向相同。这样的电枢反应称顺轴增磁反应。显然,总磁场有明显的增强。因此，发电机接上容性负载后，输出电压明显上升。图（4-3）纯电容负载时的电枢反应第五章：发电机运行特性第五章：发电机运行特性一、外特性外特性是指发电机输出电压随输出电流变化特性.图（51）表示不同性质负载时,发电机的外特性.曲线 1 是感性负载时，发电机外特性；曲线 2 是阻性负载时，发电机外特性；曲线 3 是容性负载时,发电机外特性。由图看出:在感性负载和阻性负载时，外特性是下降的，但是感性负载下降较多、阻性下降第 3 页，共 10 页发电机培训教材发电机培训教材较少。而容性负载时,外特性是上升的.图(5-1）发电机的端电压随负载电流的变化而变化,可以用发电机的电枢反应解释.在感性负载时，电枢反应是去磁的，随负载电流的增大去磁作用增强，所以气隙合成磁通减少，因而电压 U 减小,此外定子电阻压降和漏抗压降也将引起一定的端电压降落，因此端电压下降较多。在电阻性负载时,电枢反应是交轴电枢反应,此时气隙磁通也有所减少,因而使发电机的端电压有所降低，外特性也略有下降。但是在容性负载时，电枢反应是助磁的，气隙中的磁通反而增加，这就使 U 增大，定子漏抗压降jIx虽使端电压U 降低，但是总的来讲，发电机端电压要升高。从外特性可以求出发电机的电压变化率，如图（5-2）所示.在额定负载下，发电机的端电压为UN,卸去负载，端电压便升高到UO。此时，端电压的变化对额定电压比值的百分数，称为电压变化率,即:U0-UN=100%（51)UN图（52）二、调整特性当发电机的负载发生变化时，为了保持其端电压不变，必须同时调节励磁电流。当端电压和功率因数不变时,励磁电流随负载电流的变化规律叫发电机的调整特性。在感性和阻性负载时，为了补偿负载电流产生去磁的电枢反应和阻抗压降，励磁电流必须随负载电流增大而相应增大。因此在这两种情况下,调整特性曲线都是上升的,如图(53）曲线图（5-3）(1）、（2）所示。在容性负载时，励磁电流必须随负载电流增大而相应减小.因此在这种情况下，调整曲线是下降的。如图（5-3）曲线（3）所示.第六章：发电机的励磁系统第六章：发电机的励磁系统励磁系统是发电机的一个重要组成部份。对励磁系统的要求是：1发电机在空载和满载时能提供所需要的励磁电流。2负载变化时，能提供必需的励磁电流，以维持发电机的端电压基本不变。3简单可靠，调节方便，维修容易。励磁方式很多,我们公司发电机采用三次谐波励磁方式,这种励磁方式的优点是:体积小、重量轻，可靠性高，维护方便.一、三次谐波电势产生发电机转子绕组中通入励磁电流之后，在气隙内产生磁感应强度 B是矩形，如图（61）中所示.矩形波可以分解为基波 B1、三次谐波 B3、五次谐波B5。其中基波、三次谐波能量最大。故图（61)中只画出B1、B3波形。B3图（6-1）tB1B第 4 页，共 10 页发电机培训教材发电机培训教材要使谐波绕组获得三次谐波电动势 e3，必须使谐波绕组的分布与三次谐波磁场对应.例如：我们发电机的定子有 24 个槽，电枢绕组中最大的线圈垮 112 槽、1324 槽，而三次谐波绕组则占有 14槽；58 槽；912 槽；1316 槽;1720 槽；2124 槽。在 12 槽内放置三个谐波线圈，三个线圈感应的三次谐波电势分别人31、32、33，它们彼此间的相位差 180谐波绕组采用反向联接，则谐波绕组中的三次谐波电势为：3=31+32+33=3E31二、三次谐波调压原理负载电流通过电枢绕组时,会产生电枢反应。在第四节提到，不同性质的负载对发电机输出电压影响不同.例如:发电机接上感性或阻性负载时，电枢反应的基波磁场与转子基波磁场方向相反，磁场减弱使发电机输出下降。但这些是电枢反应对基波磁场的影响，如果考虑到电枢反应磁场中的三次谐波成分，情况就不一样，电枢反应磁场中的三次谐波磁场与转子磁极的三次谐波磁场方向相同，从而使转子磁极磁场的三次谐波增强，而且负载电流愈大,三次谐波磁场增加得愈多，该电势经过整流后变成直流电压，它产生的电流也随之增强，该电流经过转子后，使转子磁场增强，输出电压升高，起到了自动调压作用。第七章：发电机的使用与维护第七章：发电机的使用与维护一、起动前检查1将接地线接线柱用导线接好后可靠地接地。2用三相负载时，三根相线接在三相相线接线柱（三个小红色接线柱）上，中线接在三相输出的零线接线柱(小黑色接线柱）上。（本公司发电机三相输出按星形连接，额定线电压为400V)。此时，应将单相/三相电压指示开关扳向“三相”侧。3用单相负载时，可将单相负载的电源线接在这两个接线柱上(红色为火线；黑色为零线），将单相/三相电压指示开关扳向“单相”侧。如果单相负载所需功率不大，也可由三相输出接线柱的任一红色接线柱与黑色接线柱间取得 230V 单相电压，但此时的每相供电电流不应超过每相的额定值。当三相负载与单相负载同时使用时，其总功率不应超过各机型的额定功率.4 如果自制外接电源接线板，应注意选用与负载功率相适应的接线板及外接连线的线径,切勿过载使用！并应注意勿使外接接线板或连线（头)造成短路。二、起动1将负载连线接于相适应的电源输出接线柱上。2应使空气断路器处于“OFF”位置（向下）启动发动机。3启动发动机后观察电压表指示是否正常（三相电压为 400V 左右，单相电压为 230V 左右）。如正常,则将相应的空气断路器（三相或单相)扳向“ON”(上),即可对负载供电.三、使用注意事项1当发电机带两个以上负载（特别是感性负载）时，不要同时起动负载，而应逐个起动，并应先接通起动电流大的，再依次往下接通.2当发电机要连接在家用电器上时,必须由熟知电气的人员进行连接，切不可将发电机输出与户外供电第 5 页，共 10 页发电机培训教材发电机培训教材网并联,否则将会造成事故!3在使用过程中，若出现空气断路器自动跳闸，说明负载超载或有短路或漏电电流过大.此时应先关断用电器开关,然后检查、排除故障后再合上空气断路器。4卸载时，首先应关断用电器上的电源开关,再将发电机上的空气断路器关断，即扳向“OFF”（下）。四、发电机维护为了保证发电机安全运行，必须定期进行检查，通常每三个月小检查一次，每年大检查一次。1小检项目（1）去除窗盖罩，如发电机内有尘土，应加以清理，最好用压缩空气吹净，压力不大于 2 个大气压。注意：不得用硬物清除绕组上的泥尘，避免伤害绕组.（2）清洁集电环表面。清洁时可先用粗布（避免用纱头或多纤维的棉织品)醮几滴煤油将表面擦净利，然后再用干净棉布将表面擦干。（3)拆下轴承室盖，检查轴承润滑脂是否清洁，如发现色泽不均则需更换润滑脂。如发现润滑脂不足，则应加润滑脂,但不得超过轴承空间的2/3。（4）检查炭刷磨损情况及炭刷弹簧的压力，当发现炭刷磨损过大时应及时更换。(5）检查各处接线、螺帽、螺栓等是否松动。2大修项目（1）同 1 中之第（1)项。（2）用500V 摇表测定子、转子各绕组间以及对机壳的绝缘电阻，如绝缘电阻小于1M，则应进行干燥处理。注意：测试前应将整流元件从电路中断开.（3)检查集电环表面磨损情况,如发现集电环表面发毛或磨有深痕,则应加工车光。（4）同 1 中的第（4）项。(5）拆下轴承室盖，将轴承拆下用煤油洗净、擦干，使其能运转自如而无杂音，加润滑脂.（6)重新装好拆下的各部份，并检查各处接线、螺栓、螺帽有无松动。五、常见故障处理故障现象1检查连接错误按接线图检查；2剩磁电压过低重新励磁;3碳刷与集电环接触不良或压力不足清洁集电环、更换碳刷或弹簧；4刷握生锈使碳刷被卡住不能上下滑动-砂光刷握内部表面或更换刷握；不发电5整流模块故障或励磁电路中有故障检查励磁电路排除断路点或更换整流模块。检查和排除第 6 页，共 10 页发电机培训教材发电机培训教材1过载用电流表检查勿使超过额定值;2定子绕组短路-换定子；发电机过热3定子与转子磨擦-检查联轴器、轴承有无松动；检查定子、转子是否被烧坏，重新组装。1轴承磨损过度更换轴承；轴承过热建压困难,加载不能建压2润滑脂中有杂质或装得过多清洗轴承、更换润滑脂。整流模块坏-换整流模块 MDQ20(或 KBPC35）第八章第八章:永磁发电机永磁发电机一、永磁发电机简介永磁发电机,作为发电机的一个分支，其发电原理和电励发电机没什么大的区别。但是，由于它的励磁主磁场是采用强磁材料获得，从结构和输出性能上,相比传统电励发电机其具有独特的一些特点.由于磁性材料的发展，特别是钕铁硼这种高磁能积（BH)材料的出现，加快了永磁发电机的发展。近几年永磁发电机生产和使用逐渐增多,功率也不断的增大，下面对其和传统电励发电机的一些特点简要介绍.1、电压恢复时间短、瞬态调压性能更好由于永磁交流同步发电机采用永磁磁体的磁场作为励磁主磁场，独特的磁饱和稳压原理，使得在发电机负载和转速突然变化时，该永磁磁体的磁场不受发电机机械过渡过程的影响，即任何因负载改变或发动机转速改变所产生的电压变化对永磁发电机来说都能迅速得到补偿，从而保持输出电压的迅速稳定。而常规电励磁发电机则要受到电机机械过渡过程的影响，其励磁主磁场均会有一个由转速变化引起励磁电流变化最后导致励磁主磁场变化的一个过程.所以一般来说，永磁发电机电压稳定时间明显比电励发电机短，瞬态调压性能也比电励发电机优异。2、拖动非线性负载能力更强永磁发电机拖动 UPS 电源和电动机等非线性负载能力更强。发电机启动电动机能力目前的发电机国标规定为 0。4-0.6Pe（Pe 为发电机额定功率），军标规定为0。7 Pe,而永磁发电机可以达到接近于1Pe的功率。3、电压稳定，波形畸变率低,供电质量好。由于采用机电一体化技术，任何因负载改变或发动机转速改变所产生的电压变化都能迅速得到补偿，从而保持输出电压的稳定。而采用有限元技术分析发电机的气隙磁场分布,并对电机结构和绕组进行优化设计，使得输出电压中的各高次谐波分量减小到最低,发电机在各种不同负载情况下都可使电压波形畸变率大大低于同容量常规发电机的15 的标准。4、电机温升低，过载能力强,适合于在恶劣环境下工作。由于永磁磁体励磁不产生热量，并且气隙磁场中高次谐波分量很小，由这些分量在发电机转子中产生的附加损耗也很小。此外，在发电机的定子上无需安装励磁辅助绕组，使定子电流线负荷大幅下降。以上因素都能使电机的温升降低,因此永磁交流同步发电机比电励磁发电机的温升低，过载能力强，使用寿命长.第 7 页，共 10 页发电机培训教材发电机培训教材5、无电刷，结构简单，可靠性高，使用寿命长。永磁交流同步发电机的励磁系统由永磁磁体组成，无需电刷和滑环，转子上既无线圈，也无电子元器件,转子上的永磁磁体和铁心固定成为一个刚性整体，结构非常简单，其可靠性和使用寿命都远优于常规的电励磁发电机。6、基本消除了齿谐波，噪声小，电磁干扰极小。通过磁场分析和优化设计,将发电机中齿谐波的影响降低到可忽略不计的程度,其输出电压中的齿谐波基本为零,其他各高次谐波分量也远小于常规电励磁发电机，使电机的电磁噪声大幅下降，对通讯设备和电子仪器的干扰变得非常微小。适用场合更宽.7、电机效率高，节能效果显著。由于永磁磁体的磁场是“永远”存在的，在励磁过程中无需消耗任何能量,而电励磁线圈和励磁辅助线圈中的电阻将电能转化为热能，在励磁过程中需消耗大量的能量，因此永磁交流同步发电机比常规电励磁发电机明显节约能量。所以它的效率明显提高，是一种节能产品。8、体积大幅度减小,重量减轻.由于永磁交流同步发电机采用的高磁场永磁材料的磁能积(BH）可以远大于电磁线圈的磁能积，这就意味着在电机中产生相同的每极磁通的情况下,永磁磁体所占的体积要小于电励磁线圈的体积,因此永磁发电机的体积和重量可以小于常规电励磁发电机。另外，再考虑到永磁励磁不产生热量,而电励磁因励磁线圈存在电阻而必须产生热能,这样可使永磁发电机的体积和重量相对电励磁发电机进一步下降.第 8 页，共 10 页
