发电机原理及构造发电机的励磁系统.docx

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1、发电机原理及构造发电机的励磁系统发电机原理及构造发电机的励磁系统众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式沟通发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相沟通电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，明显可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的进展供给了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触局部、利用

2、二极管换成直流电流。直流送给转子励 磁、绕组励磁。这就是无刷系统。下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。一、相复励励磁原理左图为常用的电抗移相相复励励磁系统线路图。由线形电抗器 DK 把电枢绕组抽头电压移相约 90?、和电流互感器 LH 供给的电压几何叠加，经过桥式整流器 ZL 整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器 LH 供给所需的复励电流，进展电流补偿，由线形电抗器 DK 移相进展相位补偿。二、三次谐波原理左图为三次谐波原理图，对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组

3、和谐波励磁绕组(s1、s2)，而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中 150HZ 谐波感应出来，经过 ZL 桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组 LE 中进展励磁。 三、可控硅直接励磁原理由左图可以看出，可控硅直接励磁 是承受可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一局部能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调整器(AVR)，掌握可控硅的导通角来调整励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。四、无刷励磁原理无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。它是利用沟通励磁 机，其定子上的剩磁或永久磁铁(带永磁机)建立电压，该沟通电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发

4、电机建压。自动电压调整器(AVR)能依据输出电压的微小偏差快速地减小或增加励磁电流，维持发电机的所设定电压近似不 变。中小型三一样步发电机的技术进展概况一(概述中小型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及能源风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。它对边(疆)老(区)贫(穷)地区实现电气化，提高该地区经济进展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。移动电站对国防设施、工程建设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也

5、是不行缺少的关键装备之一。应急备用电站在突发大事中的防灾、抢救保障人民的生命和财产的安全有着不行替代的作用。开发绿色能源、可再生能 源、削减大气二氧化碳的含量，小水电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成局部。我国小型同步发电机的第一代产品是 1956 年电工局在上海组织的统一设计并于 1957 年完成的 TSN、TSWN 系列农用水轮发电机。其次代产品是在进展了大量试验争论和调查争论的根底上于 1965 年开头的 T2 系列小型三一样步发电机统一设计，该水平到达六十年月国际先进水平，为 B 级绝缘的有刷三一样步发电机。在这段时间还开发了 ST 系列有刷单一样步发电机，此系列电机出口量较大

6、。1979 年开头进展 TFW 系列三相无刷同步发电机和 TFDW 系列单相无刷同步发电机的统一设计，1982 年 10 月通过了样机鉴定工作,并推广生产,此两系列主要性能指标到达或接近当时的国际先进水平,此系列仍承受 B 级绝缘构造。进入八十年月末、九十年月初，随着我国改革开放不断进展，我国的电机行业的局部企业开头引进先进工业国的中小型同步发电机，有的按生产许可证方式进展技术引进，有的引进软件技术(或生产技术)，有的按合作生产方式引进国外的先进技术，其先后有德国西 门子公司的 IFC5 和 IFC6 系列、德国 AEG 公司的 DKBH 系列、英国彼特普公司 E 系列、美国马拉松公司的 MP

7、 系列发电机、英国的斯坦福公司 BC、HC 系列等发电机，这些发电机的绝缘等级为 F 级或 H 级，承受隐极式或整体凸级结构，其技术经济指标较先进，牢靠性较高，其制造工艺水平较先进，这些产品的引进，对提高我国的中小型发电机水平和制造工艺水平有较大的促进作用。比方，无锡电机厂、汾西机械厂、柳州电机厂引进了德国西门子公司 1FC5、1FC6 系列无刷发电机，兰州电机有限责任公司(以下简称兰电)引进了德国 AEG 公司 DKBH 系列船用、陆用无刷发电机，福州发电设备厂引进了美国麦格乃泰克公司无刷发电机制造技术等等。近年无锡电机厂又引进了西门子公司最近开发的 1FC2 系列无刷三一样步发电机，该电机

8、为整园凸极冲片，抑制了原西门子公司 1FC5、1FC6 隐极构造体积偏大，重量偏重的缺乏。90 年月，无锡电机厂与时代公司、上海革电机厂与马拉松公司合资办了企业，使我国中小型三一样步发电机水平又有了进一步的提高，使国内三一样步发电机生产的主要企业产品到达了国际先进水平。兰州电机厂在引进德国 AEG 公司 DKBH 系列根底上，90 年月中期，又开发了自己的一代产品:TZHW 系列(陆用)、TFXW-H 系列(船用)无刷三一样步发电机，使其性能有了进一步的提高，更加适合国情、厂情， 提高了市场竞争力。二(主要产品介绍下面就兰电现生产的中小型三一样步发电机主要系列做一简要介绍。1(DKBH 系列(

9、船用、陆用)无刷发电机额定参数:额定频率 HZ 50 60额定功率范围:4 极 12-1250KVA 14.4-1500KVA 6 极 190910KVA 228- 1090KVA额定电压 V 400 460额定转速 r/min 1500 、1000 同左额定功率因数 cos 0.8 (滞后) 同左工作制 S1 S1中心高 mm 160400 同左主要性能指标:稳态电压调整率 % ?0.5 、?1 同左动态性能 突加、突减 60%IN 、cos?0.4，电压变化在 85-120% 额定电压范围内，稳定时间不超过 1S。短路特性 可供给 3 IN 持续短路电流，2S。波形畸变率 5% 同左并联运

10、行 能牢靠并联运行 同左调压指标较差，靠人工调整可到达额定输出。该系列电机具有调压精度高、效率高、体积小、重量轻等特点。该系列电机已取得中国船级社船检型试认可。2(TZHW 系列(陆用)无刷三一样步发电机TFXW-H 系列(船用)无刷三一样步发电机TZHW 系列(陆用)无刷三一样步发电机与 TFXW-H 系列(船用)无刷三一样步发电机根本构造型式一样。TFXW-H 系列(船用)是在 TZHW 系列(陆用)无刷三一样步发电机的根底上作了适应船用的要求的改型而得来。额定参数:额定功率范围 4 极 24-1000kW 6 极 160700kW额定电压 400V 额定频率 50HZ额定转速 1500

11、、1000 r/min额定功率因数 cos 0.8 (滞后) 工作制 S1中心高 225400 mm 主要性能指标:稳态电压调整率 ?0.5% 、?1%动态性能 突加、突减 60%IN 、cos?0.4，电压变化在 85-120% 额定电压范围内，稳定时间不超过 1S。短路特性 可供给 3 IN 持续短路电流，2S。波形畸变率 5%并联运行 能牢靠并联运行超速 1.2nN符合标准 GB IECTZHW 系列(陆用)、TFXW-H 系列(船用)无刷同步发电机是兰电在引进德国 AEG 公司 DKBH 系列的根底上自行开好的一代产品。该系列继承了 AEG 公司 DKBH 系列的优点，结合国情、厂情进

12、展了超速 1.2nN符合标准 GB 、IEC 、VDE 同左该系列电机为双轴承支承构造，依据用户需要，可制成单轴承构造。机座为钢板制造，转子冲片为整园凸极型式，在转子磁极下端装有付励磁机，这是一种磁复合的无刷励磁型式，它能随着负载的变化转变付励磁机的输出电压，强励性能好， 当电压调整器损坏时，发电机还能供电，不过不行控时改进:(1) 励磁方式:DKBH 系列承受付励磁机装在转子磁极下端磁复合的方式，使付励磁机输出电压随负载转变而变化，从而改善了发电机的动态性能、短路特性等。兰电集多年生产相复励励磁同步发电机的阅历，改用相复励无刷励磁系统，这样既保持了强励性能好、当电压调整器损坏时，发电机还能供

13、电的优点，且在电压调整器消灭故障时，在不行控状态下，仍具有较好的调压性能，坚持正常工作。(2) 电磁方案从进展了优化，定子冲片承受扇形片构造，节约了材料。 (3) 机座承受铸铁制成，铸铁构造整体性好，刚性好、吸振性好。同时，有利于加工制造，适合批量生产，降低本钱。但表观质量稍差，重量偏重。兰电为改进表观质 量，设计制造了八角形(或园形)树脂砂铸造的铸件，表观质量得到了较大改善。(4)产品构造重进展了安排该系列电机具有调压精度高、动态性能好、效率高、体积小等特点。TFXW-H 系列无刷三一样步发电机已取得中国船级社船检型式认可， 3(TZH 系列(陆用)、TFX-H 系列(船用)三一样步发电机

14、额定参数:额定功率范围 4 极 12-250kW6 极 150200kW额定电压 400V 额定频率 50HZ额定转速 1500、1000 r/min额定功率因数 cos 0.8 (滞后) 工作制 S1中心高 180-355 mm 主要性能指标:稳态电压调整率 ?3%(陆用)、?2.5%(船用) 配上自动电压调整器可达?1%动态性能 突加、突减 60%IN 、cos?0.4，电压变化在 85-120% 额定电压范围内，稳定时间不超过 1S。短路特性 可供给 3 IN 持续短路电流，2S。波形畸变率 5%并联运行 能牢靠并联运行超速 1.2nN符合标准 GB、IEC这两个系列三一样步发电机分别在

15、 80 年月荣获国家银质奖，该电机构造简洁、牢靠性高、启动异步电动机力量强、使用维护便利。TFX-H 系列已取得国家船级社船检型式认可。缺点:产品设计较早，承受有刷静止励磁方式，绝缘等级为 B 级，体积较大，但很多用户仍然格外快活使用该产品。4(TFS 系列三次谐励磁三一样步发电机额定参数:额定功率范围 2050kW 额定电压 400V额定频率 50HZ额定转速 1500 r/min额定功率因数 cos 0.8 (滞后) 工作制 S1中心高 200225 mm 主要性能指标:稳态电压调整率 ?2%动态性能 突加、突减 60%IN 、cos?0.4,电压变化在 85-120% 额定电压范围内，稳

16、定时间不超过 1S。短路特性 可供给 3 IN 持续短路电流，2S。波形畸变率 5%并联运行 能牢靠并联运行超速 1.2nN符合标准 GB、IEC三次谐波励磁三一样步发电机是兰电依据市场需要，90 年月开发的价格低廉的有刷同步发电机，其价格约为兰电其它系列发电机的 2/3，以满足不同层次的用户的需要。 5(特种、军工用发电机兰电依据市场需求，开发了特种、军工用发电机，有工频、中频、双频、变频、变流、双流等特别用途或军工用的发电机。例如涉水工频无刷三一样步发电机，可在电机涉水后，马上发电。各种中频发电机，在动态性能、电压波形畸变 率、三相电压相角差等诸方面均有较大的提高，符合美国 MIL 军用标

17、准和北大西洋公约组织标准。每年产值达 30004000 万元。近期开发了风力异步发电机，容量为 300,1000kW。最近又分别与清华大学和沈阳工业大学合作开发了 600、1000kW 双馈风力发电机及其掌握系统。兰电还依据市场需求，开发了中、大型高压三一样步发电机，其电压等级为6.3kV、10.5kV，容量范围为 400,5000kW，极数为 4,12 极。兰州电机有限责任公司是西北地区最大的电机和发电设备制造企业、国家一级企业，1994 年在全国同行业中领先通过了 ISO9001 质量体系认证，同年被列为“国家认定企业技术中心”。兰电 1958 年建厂，依据国家三线建设的部署，是从湘潭电机

18、厂、上海革电机厂、哈尔滨电机厂搬迁千余人进展起来的。兰电中小型三一样步发电机的进展是在上海革电机厂搬迁的根底上，在上海电科所的指导 下，经过兰电人的努力，从无到有，从小到大。已形成年产 15000 台，150 万千瓦的生产力量。近年来电力紧急，兰电三一样步发电机也消灭了供不应求的现象，估量今年产三一样步发电机产量将超过 2 亿元，船用三一样步发电机产量将超过3000 台。三(进展展望中小型同步发电机行业的技术进展展望:(,) 全密封低噪声和低振动的周密轴承。(,) 先进的导磁材料(如以冷代热)，导电材料及工程塑料和电子器件的应用， 使发电机向小型、轻量、节能、智能化方向进展。(,) 全面推广

19、F 级和 H 级绝缘，承受无刷溶剂滚浸，真空压力浸漆工艺。 (,) 承受钢板机壳制造技术及少切削无要削加工技术。(,) 计算机关心设计(CAD)。(,) 机电一体化技术。为满足各行业的需求，应转变同步电机品种规格少、派生及专用产品少的现 象，同步发电机的开发和进展应考虑到能源开发、船舶、运输、石油化工等的进展需要以及技术进展的潮流。估量可以得到进展的中小型同步电机产品有:进展安装构造派生的单轴承发电机，防护构造派生的 IP44 发电机，用途派生的多频多压发电机，进展专用、特别用途的发电机系列(微型水力发电机、风力发电机、正弦波试验电源发电机)，轴带发电机和变速恒频发电机，高效率永磁同步电动机，

20、高压中小同步发电机和电动机。无级调速中小同步电动机、中频发电机、油田钻井电站发电机及海上石油平台专用发电机等。发电机励磁系统概述摘要:本文针对热电分厂所用的励磁方式，对各励磁系统的状况进展分析总结。关键词:励磁方式 励磁调整器 电子开关 放大器励磁系统是同步发电机的重要组成局部，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两局部组成:(如图一所示)一局部用于向发电机的磁场绕组供给直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出局部(或称励磁功率单 元)。另一局部用于在正常运行或发生故障时调整励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁掌握局部(或称励磁掌握单元或励磁调整器)。在电力系统的

21、运行中，同步发电机的励磁掌握系统起着重要的作用，它不仅掌握发电机的端电压，而且还掌握发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的状况 下，维持发电机或系统的电压水平;合理安排发电机间的无功负荷;提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必需满足以下要求:图 一1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调整(自动或手动)励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地安排机组间的无功负荷。2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能快速地将发电机地励磁电流加大至最大值(即顶值)，以实现发动机安全、稳定运行。3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作

22、应快速， 工作要牢靠，调整过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5 台同步发电机承受了 3 种励磁方式:1、图二为一期两台 QFG-6-2 型发电机的励磁系统方框图。图 二2、图三为二期两台 QF2-12-2 型发电机的励磁系统方框图。图 三3、图四为三期一台 QF2-12-2 型发电机的励磁系统方框图图 四一、三种发电机励磁系统的组成一期是沟通励磁机旋转整流器的励磁系统，即无刷励磁系统。如图二所示，它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而沟通励磁机正好相反，其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转，不需任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。二期是自励直流

23、励磁机励磁系统。如图三所示，发电机转子绕组由专用的直流励磁机 DE 供电，调整励磁机磁场电阻 Rc 可转变励磁机励磁电流中的 IRC 从而到达调整发电机转子电流的目的。三期承受的是静止励磁系统。这类励磁系统不用励磁机，由机端励磁变压器供给整流器电源， 经三相全控整流桥掌握发电机的励磁电流。二、励磁电流的产生及输出一期励磁系统原理图如图五所示。其中主励磁机的励磁图 五励磁系统原理图电源由永磁机的定子绕组经三相可控硅整流桥或三相不行控硅整流桥供给，同时直流稳压单元的沟通电源也取自永磁机。发电机端电压的变化通过调差单元、放大单元后去掌握可控硅的导通角，以此来调整主励磁机的磁场电流，到达是发电机稳定运

24、行的目的。另外，为了提高主励磁机供电的牢靠性还设有手动掌握，通过调整调压器来调整整流桥的输出直流电压到达调整磁场电流的小的目的。两种掌握方式通过 DZA、DZB 来进展切换。二期励磁系统如图六所示。整流励磁机与发电机同轴，由剩磁建立电压，通过整流子整流经电刷送出。手动状态下经磁场变阻器、KFD-3 励磁调整器、碳刷、滑环给转子供给励磁电流。三期承受双微机单模拟的励磁掌握系统，取消了励磁机。期励磁系统原理图如图七所示。发电机的励磁电流由机端励磁变压器经可控硅整流桥供给。其可控硅的导通角可由微机或模拟方式控 制，在正常状况下，只有一台微机处于在线状态，能发出掌握信号，其它则处于离线热备用状态，其给定值、在线参数、掌握信号均处于跟踪工作状态。在线通道一旦故障，其发出的掌握信号将被闭锁转为离线通道;离线通道自动投入转为在线状态，发出信号，当两套微机通道均消灭故障，在正常运行状况下，只有一台微机处于在线状态，其给定值、在线参数、掌握信号均处于跟踪工作状态。在线通道一旦故障，其发出的掌握信号将被闭锁转为离线通道;离线通道自动投入转为在线状