發(fā)電機(jī)原理及無刷勵磁系統(tǒng)

1、 中學(xué)物理學(xué)告訴我們：中學(xué)物理學(xué)告訴我們：導(dǎo)體在磁場中運動、導(dǎo)體在磁場中運動、并切割磁場并切割磁場中中的磁力線時，導(dǎo)體中將會產(chǎn)生電流的磁力線時，導(dǎo)體中將會產(chǎn)生電流 這就是最基本的發(fā)電機(jī)原理。這就是最基本的發(fā)電機(jī)原理。 這說明，要發(fā)電必須同時滿足兩個條件：這說明，要發(fā)電必須同時滿足兩個條件： 1.1.） 要有產(chǎn)生磁力線的磁場；要有產(chǎn)生磁力線的磁場； 2.2.） 運動的導(dǎo)體必須切割磁力線。運動的導(dǎo)體必須切割磁力線。一、發(fā)電機(jī)基本原理：一、發(fā)電機(jī)基本原理：1 1、固定磁場交流發(fā)電機(jī)原理固定磁場交流發(fā)電機(jī)原理 在磁場內(nèi)放入矩形在磁場內(nèi)放入矩形線圈，線圈兩端通向線圈，線圈兩端通向兩個滑環(huán)，滑環(huán)通過兩個滑

2、環(huán)，滑環(huán)通過電刷連接到輸出線上，電刷連接到輸出線上，輸出線端連有負(fù)載電輸出線端連有負(fù)載電阻。阻。 當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，線圈兩端將會產(chǎn)生感線圈兩端將會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當(dāng)磁場是應(yīng)電動勢，當(dāng)磁場是均勻的，矩形線圈作均勻的，矩形線圈作勻速旋轉(zhuǎn)時，感應(yīng)電勻速旋轉(zhuǎn)時，感應(yīng)電勢按正弦規(guī)律變化，勢按正弦規(guī)律變化，在負(fù)載電阻上有正弦在負(fù)載電阻上有正弦交流電通過。交流電通過。2 2、旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電機(jī)原理模型旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電機(jī)原理模型3、發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)是由定子、轉(zhuǎn)子、勵磁機(jī)等部分組成發(fā)電機(jī)是由定子、轉(zhuǎn)子、勵磁機(jī)等部分組成定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)

3、嵌放著按一定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組。這種定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組。這種 同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和 繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。 v 轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對磁極，磁極上轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對磁極，磁極上繞有勵磁繞組，通以直流電流時，將會在電機(jī)的氣隙繞有勵磁繞組，通以直流電流時，將會在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場，稱為勵磁磁場中形成極性相間的分布磁場，稱為勵磁磁場(也稱主磁也稱主磁場、轉(zhuǎn)子磁場場、轉(zhuǎn)子磁場)。1.1.勵磁解釋：勵磁解釋： 為

4、發(fā)電機(jī)為發(fā)電機(jī)“利用電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備利用電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備”提供工作磁提供工作磁場叫勵磁場叫勵磁。2.2.勵磁裝置：勵磁裝置： 是指同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)中除勵磁電源以外的對勵磁電流能是指同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)中除勵磁電源以外的對勵磁電流能起控制和調(diào)節(jié)作用的電氣調(diào)控裝置起控制和調(diào)節(jié)作用的電氣調(diào)控裝置3 3、勵磁系統(tǒng)的作用勵磁系統(tǒng)的作用 勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的重要組成部份，它對電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的重要組成部份，它對電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身的安全穩(wěn)定運行有很大的影響。身的安全穩(wěn)定運行有很大的影響。勵磁系統(tǒng)的主要作用有：勵磁系統(tǒng)的主要作用有： 根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵磁

5、電流，以維持機(jī)端電根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持機(jī)端電壓為給定值。壓為給定值。 控制并列運行發(fā)電機(jī)無功功率?？刂撇⒘羞\行發(fā)電機(jī)無功功率。 提高發(fā)電機(jī)并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性。提高發(fā)電機(jī)并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性。 提高發(fā)電機(jī)并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性。提高發(fā)電機(jī)并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性。 在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進(jìn)行滅磁，以減小故障在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進(jìn)行滅磁，以減小故障危害危害。 根據(jù)運行要求對發(fā)電機(jī)實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。根據(jù)運行要求對發(fā)電機(jī)實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。1、勵磁系統(tǒng)的分類：、勵磁系統(tǒng)的分類：1 1）按勵磁方式分：）按勵磁方式分： . .自勵自勵 . .他勵他勵

6、2 2）按勵磁電源分類：按勵磁電源分類：w 直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) 交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)3 3）按勵磁的接入方式分按勵磁的接入方式分類：類： （旋轉(zhuǎn)整流）（旋轉(zhuǎn)整流）無刷勵磁無刷勵磁 （靜止整流）（靜止整流）有刷勵磁有刷勵磁 . .自勵：即從發(fā)電機(jī)出口引出一條支路，通過勵磁變壓自勵：即從發(fā)電機(jī)出口引出一條支路，通過勵磁變壓器降壓以后輸入勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁調(diào)節(jié)器的輸出作為勵磁電器降壓以后輸入勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁調(diào)節(jié)器的輸出作為勵磁電源為轉(zhuǎn)子磁場提供電流。源為轉(zhuǎn)子磁場提供電流。 特點：系統(tǒng)簡單，發(fā)電機(jī)出口電壓較穩(wěn)定，勵磁調(diào)節(jié)特點：系統(tǒng)簡單，發(fā)電機(jī)出口電壓較穩(wěn)定，勵磁調(diào)節(jié)器輸

7、出電流穩(wěn)定，但需要起勵電源。器輸出電流穩(wěn)定，但需要起勵電源。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)裝置起勵電源發(fā)電機(jī)定子碳刷滑環(huán)勵磁變發(fā)電機(jī)出線自自勵系統(tǒng)示意勵系統(tǒng)示意圖圖2 2、按勵磁方式分：按勵磁方式分： 他勵：取消了勵磁變壓器等設(shè)備，系統(tǒng)更簡化，直接他勵：取消了勵磁變壓器等設(shè)備，系統(tǒng)更簡化，直接從廠用電接出一路電源作為勵磁電源。從廠用電接出一路電源作為勵磁電源。 特點：不需要另接起勵電源，但廠用電電壓不穩(wěn)定，容特點：不需要另接起勵電源，但廠用電電壓不穩(wěn)定，容易引起勵磁電流的波動，造成發(fā)電機(jī)出口電壓的波動。易引起勵磁電流的波動，造成發(fā)電機(jī)出口電壓的波動。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)裝置發(fā)電機(jī)定子碳刷滑環(huán)發(fā)電

8、機(jī)出線勵磁電源他勵系統(tǒng)示意圖他勵系統(tǒng)示意圖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)裝置發(fā)電機(jī)定子主勵主勵滅磁開關(guān)滅磁開關(guān)發(fā)電機(jī)出線發(fā)電機(jī)出線1 1）“兩機(jī)兩機(jī)”勵磁勵磁系統(tǒng)系統(tǒng)碳刷滑環(huán)勵磁電源優(yōu)點：取消副勵磁機(jī)，軸系長度縮短；缺點：調(diào)節(jié)速度慢優(yōu)點：取消副勵磁機(jī)，軸系長度縮短；缺點：調(diào)節(jié)速度慢發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)裝置發(fā)電機(jī)定子副勵副勵主勵主勵滅磁開關(guān)滅磁開關(guān)發(fā)電機(jī)出線發(fā)電機(jī)出線碳刷滑環(huán)2 2）“三機(jī)三機(jī)”勵磁勵磁系統(tǒng)系統(tǒng)組成：交流主勵磁機(jī)和交流副勵磁機(jī)都與發(fā)電機(jī)同軸。副勵組成：交流主勵磁機(jī)和交流副勵磁機(jī)都與發(fā)電機(jī)同軸。副勵磁機(jī)是自勵式的，其磁場繞組由副勵磁機(jī)機(jī)端電壓經(jīng)整流后磁機(jī)是自勵式的，其磁場繞組由副勵磁機(jī)機(jī)端電壓經(jīng)整流后供

9、電。也有用永磁發(fā)電機(jī)作副勵磁機(jī)的，亦稱三機(jī)它勵勵磁供電。也有用永磁發(fā)電機(jī)作副勵磁機(jī)的，亦稱三機(jī)它勵勵磁系統(tǒng)。系統(tǒng)。 優(yōu)點：它勵，勵磁電源不受系統(tǒng)電源的影響優(yōu)點：它勵，勵磁電源不受系統(tǒng)電源的影響缺點：調(diào)節(jié)速度慢，軸系長度長，易引發(fā)軸系振蕩缺點：調(diào)節(jié)速度慢，軸系長度長，易引發(fā)軸系振蕩 交流電時交流電時大小和方向隨時間作周期性變大小和方向隨時間作周期性變化的化的，如果發(fā)電機(jī)勵磁采用交流電源，就不如果發(fā)電機(jī)勵磁采用交流電源，就不能在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上形成一個固定的磁場，而能在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上形成一個固定的磁場，而變成了一個交變磁場。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，變成了一個交變磁場。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，這個交變磁場在發(fā)電機(jī)

10、定子中只能形成一個這個交變磁場在發(fā)電機(jī)定子中只能形成一個無序高頻電壓，不能滿足用電需要。而直流無序高頻電壓，不能滿足用電需要。而直流勵磁在轉(zhuǎn)子上形成一個固定磁場勵磁在轉(zhuǎn)子上形成一個固定磁場。交流勵磁機(jī)交流勵磁機(jī)-靜止整流器勵磁系統(tǒng)靜止整流器勵磁系統(tǒng)（有刷勵磁有刷勵磁） 即勵磁電源即勵磁電源通通過碳刷滑環(huán)接入轉(zhuǎn)子回路過碳刷滑環(huán)接入轉(zhuǎn)子回路.4 4. .）按勵磁的接入方式分）按勵磁的接入方式分發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)裝置發(fā)電機(jī)定子副勵副勵主勵主勵滅磁開關(guān)滅磁開關(guān)發(fā)電機(jī)出線發(fā)電機(jī)出線碳刷滑環(huán)交流勵磁機(jī)交流勵磁機(jī)- -旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)整流器勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁無刷勵磁） 在勵磁系統(tǒng)接入方式上不采用碳刷滑環(huán)，

11、而且將勵磁調(diào)節(jié)裝在勵磁系統(tǒng)接入方式上不采用碳刷滑環(huán)，而且將勵磁調(diào)節(jié)裝置的整流部分與置的整流部分與轉(zhuǎn)動部分連接轉(zhuǎn)動部分連接為一體。屬于他勵方式的演化形式。為一體。屬于他勵方式的演化形式。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)裝置發(fā)電機(jī)定子副勵副勵主勵主勵旋轉(zhuǎn)二極管旋轉(zhuǎn)二極管滅磁開關(guān)滅磁開關(guān)發(fā)電機(jī)出線發(fā)電機(jī)出線采用定子磁場方式采用定子磁場方式采用永磁機(jī)，轉(zhuǎn)子磁場采用永磁機(jī)，轉(zhuǎn)子磁場有刷勵磁和無刷勵磁的對比有刷勵磁和無刷勵磁的對比有刷勵磁可以帶有勵磁機(jī)，也可以不帶有勵磁機(jī)，方便有刷勵磁可以帶有勵磁機(jī)，也可以不帶有勵磁機(jī)，方便靈活，使系統(tǒng)簡單化。而且，有刷勵磁系統(tǒng)的滅磁開關(guān)設(shè)靈活，使系統(tǒng)簡單化。而且，有刷勵磁系統(tǒng)的滅磁開關(guān)設(shè)

12、在靠近轉(zhuǎn)子回路處，滅磁迅速。但是有刷勵磁采用帶有相在靠近轉(zhuǎn)子回路處，滅磁迅速。但是有刷勵磁采用帶有相對運動的設(shè)備，在運行中，碳刷易磨損，而且碳刷磨損后對運動的設(shè)備，在運行中，碳刷易磨損，而且碳刷磨損后的粉末積存在滑環(huán)處，有可能造成短路。的粉末積存在滑環(huán)處，有可能造成短路。無刷勵磁必須帶有勵磁機(jī)，系統(tǒng)較復(fù)雜，但因設(shè)有獨立無刷勵磁必須帶有勵磁機(jī)，系統(tǒng)較復(fù)雜，但因設(shè)有獨立的勵磁電源，勵磁電壓基本不受干擾，穩(wěn)定性較高。同時，的勵磁電源，勵磁電壓基本不受干擾，穩(wěn)定性較高。同時，因沒有相對運動的部件，不產(chǎn)生磨損。但旋轉(zhuǎn)二極管損壞因沒有相對運動的部件，不產(chǎn)生磨損。但旋轉(zhuǎn)二極管損壞后維修較困難。同時，無刷勵磁

13、系統(tǒng)的滅磁開關(guān)設(shè)在勵磁后維修較困難。同時，無刷勵磁系統(tǒng)的滅磁開關(guān)設(shè)在勵磁機(jī)之前，不利于事故迅速滅磁。機(jī)之前，不利于事故迅速滅磁。三、我廠三、我廠發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)無刷勵磁系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)組的勵磁機(jī)由一臺主勵磁機(jī)和一臺副勵磁機(jī)組成，其發(fā)電機(jī)組的勵磁機(jī)由一臺主勵磁機(jī)和一臺副勵磁機(jī)組成，其主勵磁機(jī)采用一臺三相交流無刷勵磁機(jī)，副勵磁機(jī)采用一臺單相主勵磁機(jī)采用一臺三相交流無刷勵磁機(jī)，副勵磁機(jī)采用一臺單相永磁發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子通過法蘭與同步發(fā)電機(jī)聯(lián)接在一起。永磁發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子通過法蘭與同步發(fā)電機(jī)聯(lián)接在一起。1 1、無刷勵磁無刷勵磁系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理G G 三相同步發(fā)電機(jī)三相同步發(fā)電機(jī) EX EX 主勵磁機(jī)主勵磁機(jī)

14、 GS GS 副勵磁機(jī)副勵磁機(jī) V V 三相旋轉(zhuǎn)整三相旋轉(zhuǎn)整流裝置流裝置L1 L1 同步發(fā)電機(jī)磁場繞組同步發(fā)電機(jī)磁場繞組 L2 L2 主勵磁機(jī)磁場繞組主勵磁機(jī)磁場繞組 FU FU 副勵磁機(jī)熔副勵磁機(jī)熔斷器斷器 主勵磁機(jī)是一臺三相同步發(fā)電機(jī)，其磁場靜止、電樞旋轉(zhuǎn)，電主勵磁機(jī)是一臺三相同步發(fā)電機(jī)，其磁場靜止、電樞旋轉(zhuǎn)，電樞輸出的三相交流電經(jīng)同軸旋轉(zhuǎn)的三相旋轉(zhuǎn)整流裝置整流為直流，樞輸出的三相交流電經(jīng)同軸旋轉(zhuǎn)的三相旋轉(zhuǎn)整流裝置整流為直流，通入發(fā)電機(jī)磁場繞組，供給發(fā)電機(jī)勵磁，因它取消了電刷和滑環(huán)所通入發(fā)電機(jī)磁場繞組，供給發(fā)電機(jī)勵磁，因它取消了電刷和滑環(huán)所以稱為無刷勵磁機(jī)。以稱為無刷勵磁機(jī)。 整流裝置上共

15、有整流裝置上共有6 6個整流二極管，每個橋臂上采用個整流二極管，每個橋臂上采用一個二極管，組成三相全波整流橋，其中一個二極管，組成三相全波整流橋，其中3 3個整流二極個整流二極管正極共同裝在一個整流環(huán)上，管正極共同裝在一個整流環(huán)上，3 3個整流二極管負(fù)極共個整流二極管負(fù)極共同裝在另一個整流環(huán)上。同裝在另一個整流環(huán)上。L1 L1 主勵磁機(jī)磁場繞組主勵磁機(jī)磁場繞組 L2 L2 主勵磁機(jī)電樞繞組主勵磁機(jī)電樞繞組 L3 L3 同步同步發(fā)電機(jī)磁場繞組發(fā)電機(jī)磁場繞組L4 L4 同步發(fā)電機(jī)定子繞組同步發(fā)電機(jī)定子繞組 FU1FU16 6 快速熔斷器快速熔斷器 V1V16 6 整流二極管整流二極管機(jī)座是焊接件，

16、其材料除機(jī)座圈是用鑄鋼外，其它均為機(jī)座是焊接件，其材料除機(jī)座圈是用鑄鋼外，其它均為Q235Q235鋼板，電機(jī)共有個磁極，其鐵芯由鋼板疊壓而成，鋼板，電機(jī)共有個磁極，其鐵芯由鋼板疊壓而成，磁極線圈繞成型后再用環(huán)氧樹脂固定在鐵芯上。磁極線圈繞成型后再用環(huán)氧樹脂固定在鐵芯上。2.3.1.2 2.3.1.2 配汽輪發(fā)電機(jī)的勵磁機(jī)二個接線盒位于電機(jī)機(jī)配汽輪發(fā)電機(jī)的勵磁機(jī)二個接線盒位于電機(jī)機(jī)座二側(cè)。從發(fā)電機(jī)端看，交流無刷勵磁機(jī)接線盒在左側(cè)，座二側(cè)。從發(fā)電機(jī)端看，交流無刷勵磁機(jī)接線盒在左側(cè)，永磁機(jī)接線盒在右側(cè)。配燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的勵磁機(jī)只有一永磁機(jī)接線盒在右側(cè)。配燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的勵磁機(jī)只有一個接線盒。個接線盒。2

17、.3.1.3 2.3.1.3 定子機(jī)座內(nèi)壁里面放有二只加熱器。停機(jī)期間定子機(jī)座內(nèi)壁里面放有二只加熱器。停機(jī)期間建議投入加熱器，以保證機(jī)內(nèi)相對濕度不大于建議投入加熱器，以保證機(jī)內(nèi)相對濕度不大于50%50%，防止，防止由于潮濕引起電機(jī)絕緣電阻降低。由于潮濕引起電機(jī)絕緣電阻降低。2.3.2 2.3.2 轉(zhuǎn)子部分：轉(zhuǎn)子部分：1、孤立運行發(fā)電機(jī)組的運行、孤立運行發(fā)電機(jī)組的運行 用電單位用電單位負(fù)荷增加，電壓降低，周波降低負(fù)荷增加，電壓降低，周波降低 汽輪發(fā)電機(jī)組的有功、無功輸出都增加，轉(zhuǎn)速降低汽輪發(fā)電機(jī)組的有功、無功輸出都增加，轉(zhuǎn)速降低 進(jìn)汽量增加，維持額定轉(zhuǎn)速進(jìn)汽量增加，維持額定轉(zhuǎn)速-一次調(diào)頻，機(jī)組本身的功能一次調(diào)頻，機(jī)組本身的功能-二次調(diào)頻，人為的干預(yù)二次調(diào)頻，人為的干預(yù)同時同時 孤立運行發(fā)電機(jī)組的特點：機(jī)組負(fù)荷、電壓、周波等參孤立運行發(fā)電機(jī)組的特點：機(jī)組負(fù)荷、電壓、周波等參數(shù)隨外界負(fù)荷的需求和性質(zhì)的變化而變化，并且波動比較數(shù)隨外界負(fù)荷的需求和性質(zhì)的變化而變化，并且波動比較大。在機(jī)組調(diào)節(jié)過程中需要人為大。在機(jī)組調(diào)節(jié)過程中需要人