發(fā)電機培訓教材

1、發(fā)電機培訓教材 發(fā)電機培訓教材 目 錄第一章： （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）發(fā)電機將機械能轉換為電能的電機稱為發(fā)電機。發(fā)電機又分為異步發(fā)電機與同步發(fā)電機。同步發(fā)電機的特點是其轉速與輸出電壓的頻率滿足以下關系：60fn= （r/min）（1-1）式中： n 發(fā)電機轉速f 發(fā)電機輸出頻率發(fā)電機磁極對數(shù) 同步發(fā)電機又分為單相發(fā)電機、三相發(fā)電機。第一章：發(fā)電機的結構同步發(fā)電機的結構主要是由定子、轉子、端蓋、集電環(huán)、碳刷等組成。一、 定子部份定子由定子鐵芯、定子繞組組成。定子鐵芯：定子鐵芯是用0.350.5毫米厚的

2、硅鋼片迭成空園柱體。每張硅鋼片的內(nèi)園周上沖有24個半開口槽，以放置定子繞組；每張硅鋼片都涂有絕緣漆，以減小渦流損耗。定子繞組：定子繞組內(nèi)有電樞繞組和勵磁電源繞組，每個繞組是由數(shù)個線圈按一定規(guī)律聯(lián)接而成，每個線圈都采用高強度漆包線繞制而成。二、 轉子部份轉子由轉子鐵芯、勵磁繞組、電機軸、集電環(huán)組成。轉子鐵芯采用中炭鋼制成，勵磁繞組采用高強度漆包線繞成同心式線圈。三、 端蓋部份端蓋分為前端蓋、后端蓋。后端蓋固定在汽油機上，定子又嵌進后端蓋內(nèi)，故后端蓋是支撐定子的。轉子的軸通過聯(lián)軸器與汽油機的軸相接，轉子軸另一端安裝軸承后再安裝集電環(huán)，軸承支撐在前端蓋上。碳刷架固定在軸承蓋上，碳刷放在碳刷架內(nèi)，碳刷

3、表面與集電環(huán)表面接觸，使勵磁繞組與勵磁電源接通。第二章:發(fā)電機的基本工作原理同步發(fā)電機定子上有UX、VY、WZ三相繞組，它們在空間互差120電角度，每相繞組匝數(shù)相等。轉子磁極上裝有勵磁繞組，在勵磁繞組中通以直流電流，其磁通從轉子N極出發(fā)，經(jīng)過氣隙、定子鐵芯、氣隙進入轉子S極構成回路，如圖（2-1）所示。 圖（2-1） 若汽油機帶動發(fā)電機轉子以反時針方向旋轉，則轉子磁極的磁力線將切割定子的電樞繞組，由電磁感應定律可知，在電樞繞組中，將感應出交流電勢。設氣隙的磁感應強度按正弦規(guī)律變化，則交流電勢e為：e=V =mV sint=Emsint （2-1）由于三相繞組在空間互差120電角度，在圖（2-1

4、）所示逆時針方向旋轉時，磁力線先切割U相繞組，再切割V、W相繞組，因此定子三相繞組電勢大小相等，相位彼此相差120。設相電勢的最大值為Em，U相 電勢的初相為零，則三相電勢的瞬時值為：eu=Emsintev=Emsin（t-120） ew=Emsin（t-240） （2-2）三相電勢的波形和向量圖如圖2-2所示。eeweveu t0T3T3T3圖2-2 三相電勢波形圖和向量圖pn60pn60n60當轉子磁極為一對極時，轉子旋轉一周繞組中感應電勢正好變化一次，當電機為p對極時，則轉子旋轉一周時，感應電勢變化P次。設轉子每分鐘旋轉數(shù)為n，則轉子每秒鐘旋轉 轉。因此感應電勢每秒鐘變化 次，即電勢的頻

5、率為：n60f= （赫）n60由此可見，感應電勢的頻率f等于電機的極對數(shù)p與轉子每秒種的轉速 的乘積。我國國家標準規(guī)定，工業(yè)交流電的頻率為50周/秒，因此，同步發(fā)電機的轉速n與電頻率f之間，有嚴格不變的關系。即當電網(wǎng)頻率一定時，同步電機的轉速n= 為一恒值，亦即要求帶動發(fā)電機的汽油機轉速不變。如果發(fā)電機的轉速很不穩(wěn)定，那么就不能獲得恒定頻率的交流電，所以在汽油機上都附有調(diào)速器來實現(xiàn)穩(wěn)定轉速的目的。在圖（2-1）中，把三相繞組的出線端接上三相負載，便有電能輸出，也就是發(fā)電機把機械能轉變?yōu)殡娔茌敵?。第三章：發(fā)電機電壓建立過程 我們生產(chǎn)的發(fā)電機，它的勵磁電流都是來自發(fā)電機本身，而不是由別的電源供給的

6、，這種勵磁方式稱自勵式發(fā)電機。發(fā)電機之所以能做成自勵式，是基于鐵磁性材料（如鋼材）具有兩個特點：一是鐵磁性材料一旦被磁化，去掉勵磁電流后磁通不再變?yōu)榱?，而是還殘留一點剩磁；第二是鐵磁性材料在被磁化過程中，磁通和勵磁電流，在磁感應強度不大的時候磁通與勵磁電流If成正比。但磁感應強度大到一定程度后，磁通與勵磁電流If不再成正比，而是勵磁電流增加快，磁通增加得慢，甚至不再增加，這種現(xiàn)象叫磁飽和。如圖3-1所示，圖3-1稱為鐵芯的磁化曲線。發(fā)電機裝配完畢后需要試機，先用12V蓄電池給轉子充磁，即把電池“+”極接在正電刷上（靠外的一個電刷）；電池“-”極接在負電刷上（靠里邊的一個電刷）使轉子繞組中通入直

7、流電流，鐵芯中產(chǎn)生磁場，待幾秒種把電池去掉，這時，If剩磁轉子繞組雖然沒有勵磁電流，但鐵芯中有剩磁。 圖（3-1）鐵磁性材料的磁化曲線Rf2Rf1圖3-2為一最簡單的發(fā)電機示意圖。當汽油機帶動轉子轉動時，定子電樞繞組AX的導體切割剩磁通，產(chǎn)生電動勢。該電勢經(jīng)二極管整流變?yōu)橹绷?，它為勵磁繞組提供勵磁電流If，該電流又產(chǎn)生磁通，該磁通與原來的剩磁通方向一致，因此氣隙中的總磁通增加。電樞繞組AX的電勢增大，轉子的勵磁電流隨之增大，磁通隨之增多，電勢E又升高，勵磁電流又增大，如此磁生電、電生磁相互促進，一直達到某一值為止。如圖3-3所示，發(fā)電機輸出電壓上升至額定值為止。 圖（3-2） 發(fā)電機示意圖A1

8、2BE=f(If)剩磁電壓 圖（3-3）自勵發(fā)電機電壓建立過程發(fā)電機輸出電壓為什么不會無限的上升呢？這是因為磁路會飽和，勵磁電流隨電動勢E按照線性規(guī)律變化，其變化情況如圖（3-3）中直線所示，圖中Rf2Rf1，所以Rf2直線比Rf1陡，該直線叫場阻線。而電勢E隨勵磁電流按一條和磁化曲線完全一樣的曲線變化，開始為直線，后來變彎曲，再增大If電勢上升很小（超飽和）。自勵發(fā)電機電壓穩(wěn)定點為場阻線與E=f（If）曲線的交點。當我們改變勵磁回路電阻時，（如增大電阻Rf）發(fā)電機的電壓也隨之改變?nèi)鐖D（3-3）中1、2兩點所示。 由上述可知，任何一種自勵發(fā)電機，要想建立起電壓，必須同時具備三個條件：（1）必須

9、有剩磁；（2）勵磁電源的正負極與電刷聯(lián)接必須正確，以保證勵磁電流產(chǎn)生的磁通方向與剩磁通方向一致；（3）勵磁回路的電阻不能過大。我們生產(chǎn)的發(fā)電機，它的定子鐵芯上繞了幾個繞組，在勵磁電壓建立過程中，定子所有繞組的電壓一同升高，各個繞組由于匝數(shù)不同，所以它們的電壓也不相同，匝數(shù)多的電壓高。第四章：發(fā)電機的電樞反應發(fā)電機空載運行時，發(fā)電機內(nèi)只有轉子產(chǎn)生主磁場。發(fā)電機接上負載時，電樞繞組內(nèi)便有電流通過，通過電樞繞組的電流產(chǎn)生磁場。電樞繞組的磁場一定要影響主磁場，使主磁場增強或減弱，這種現(xiàn)象稱為電樞反應。電樞反應不僅與負載電流數(shù)值有關，還與負載性質有關，下面分三種情況討論。一、 純電阻負載當負載為純電阻時

10、，電樞繞組輸出電壓與電樞繞組內(nèi)電流Ia同相位。當轉子的磁極轉到圖（4-1）位置時，U相繞組的輸出電壓及輸出電流達到最大值，電樞磁場分布與方向如圖中所示。電樞磁場與轉子主磁場互相垂直相交，這種電樞反應稱為交軸電樞反應。 N極的左邊：主磁場與電樞磁場方向相反，合成磁場削弱。 圖（4-1）純電阻負載N極的右邊：主磁場與電樞磁場方向相同，合成磁場增強。 時的電樞反應由于前極尖去磁，后極尖增磁，即電樞反應使氣隙磁場發(fā)生歪扭畸變，起交磁作用，使總磁場稍稍減弱。二、 純電感負載當負載為純電感時，電樞繞組輸出電壓與電樞繞組內(nèi)電流Ia相差90，電流滯后電壓90，當轉子的磁極仍在圖（4-1）位置時，電壓最大，但是

11、電流為零；只有當轉子旋轉90，即轉子的磁極轉到圖（4-2）時，電樞繞組內(nèi)電流才最大。此時電樞磁場與轉子主磁場平行而方向相反，這樣的電樞反應稱 圖（4-2）純電感負載時的電樞反應順軸去磁反應。顯然，總磁場有較大的減弱，因此發(fā)電機接上感應性負載后，輸出電壓明顯降低。三、純電容負載當負載為純電容時，電樞繞組輸出電壓滯后電樞繞組內(nèi)電流90。只有當轉子磁極還在圖（4-3）時，電樞繞組內(nèi)電流就最大，此時電樞磁場與轉子主磁場平行而方向相同。這樣的電樞反應稱順軸增磁反應。顯然，總磁場有明顯的增強。因此， 發(fā)電機接上容性負載后，輸出電壓明顯上升。 圖( 4-3)純電容負 載時的電樞反應 第五章：發(fā)電機運行特性

12、一、 外特性外特性是指發(fā)電機輸出電壓隨輸出電流變化特性。圖（5-1）表示不同性質負載時，發(fā)電機的外特性。曲線1是感性負載時，發(fā)電機外特性；曲線2是阻性負載時，發(fā)電機外特性；曲線3是容性負載時，發(fā)電機外特性。由圖看出：在感性負載和阻性負載時，外特性是下降的，但是感性負載下降較多、阻性下降較少。而容性負載時，外特性是上升的。 圖(5-1) 發(fā)電機的端電壓隨負載電流的變化而變化，可以用發(fā)電機的電樞反應解釋。在感性負載時，電樞反應是去磁的，隨負載電流的增大去磁作用增強，所以氣隙合成磁通減少，因而電壓U減小，此外定子電阻壓降和漏抗壓降也將引起一定的端電壓降落，因此端電壓下降較多。在電阻性負載時，電樞反應

13、是交軸電樞反應，此時氣隙磁通也有所減少，因而使發(fā)電機的端電壓有所降低，外特性也略有下降。但是在容性負載時，電樞反應是助磁的，氣隙中的磁通反而增加，這就使U增大，定子漏抗壓降jIx雖使端電壓U降低，但是總的來講，發(fā)電機端電壓要升高。從外特性可以求出發(fā)電機的電壓變化率，如圖（5-2）所示。在額定負載下，發(fā)電機的端電壓為UN，卸去負載，端電壓便升高到UO。此時，端電壓的變化對額定電壓比值的百分數(shù)，稱為電壓變化率，即：U0-UNUN= 100% （5-1）圖（5-2）二、 調(diào)整特性當發(fā)電機的負載發(fā)生變化時，為了保持 其端電壓不變，必須同時調(diào)節(jié)勵磁電流。當端 電壓和功率因數(shù)不變時，勵磁電流隨負載電流的變

14、化規(guī)律叫發(fā)電機的調(diào)整特性。 在感性和阻性負載時，為了補償負載電流產(chǎn)生去磁的電樞反應和阻抗壓降，勵磁電流必須隨負載電流增大而相應增大。因此在這兩種情況下，調(diào)整特性曲線都是上升的，如圖（5-3）曲線 圖（5-3）（1）、（2）所示。在容性負載時，勵磁電流必須隨負載電流增大而相應減小。因此在這種情況下，調(diào)整曲線是下降的。如圖（5-3）曲線（3）所示。 第六章：發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機的一個重要組成部份。對勵磁系統(tǒng)的要求是：1發(fā)電機在空載和滿載時能提供所需要的勵磁電流。2負載變化時，能提供必需的勵磁電流，以維持發(fā)電機的端電壓基本不變。3簡單可靠，調(diào)節(jié)方便，維修容易。tB1BB3勵磁方式很多，我

15、們公司發(fā)電機采用三次諧波勵磁方式，這種勵磁方式的優(yōu)點是：體積小、重量輕，可靠性高，維護方便。一、 三次諧波電勢產(chǎn)生發(fā)電機轉子繞組中通入勵磁電流之后，在氣隙內(nèi)產(chǎn)生磁感應強度B是矩形，如圖（6-1）中所示。矩形波可以分解為基波B1、三次諧波B3、五次諧波B5。其中基波、三次諧波能量最大。故圖（6-1）中 圖（6-1）只畫出B1、B3波形。要使諧波繞組獲得三次諧波電動勢e3，必須使諧波繞組的分布與三次諧波磁場對應。例如：我們發(fā)電機的定子有24個槽，電樞繞組中最大的線圈垮112槽、1324槽，而三次諧波繞組則占有14槽；58槽；912槽；1316槽；1720槽；2124槽。在12槽內(nèi)放置三個諧波線圈，

16、三個線圈感應的三次諧波電勢分別人31、32、33，它們彼此間的相位差180諧波繞組采用反向聯(lián)接，則諧波繞組中的三次諧波電勢為： 3= 31+ 32+ 33=3E31二、 三次諧波調(diào)壓原理負載電流通過電樞繞組時，會產(chǎn)生電樞反應。在第四節(jié)提到，不同性質的負載對發(fā)電機輸出電壓影響不同。例如：發(fā)電機接上感性或阻性負載時，電樞反應的基波磁場與轉子基波磁場方向相反，磁場減弱使發(fā)電機輸出下降。但這些是電樞反應對基波磁場的影響，如果考慮到電樞反應磁場中的三次諧波成分，情況就不一樣，電樞反應磁場中的三次諧波磁場與轉子磁極的三次諧波磁場方向相同，從而使轉子磁極磁場的三次諧波增強，而且負載電流愈大，三次諧波磁場增加

17、得愈多，該電勢經(jīng)過整流后變成直流電壓，它產(chǎn)生的電流也隨之增強，該電流經(jīng)過轉子后，使轉子磁場增強，輸出電壓升高，起到了自動調(diào)壓作用。第七章：發(fā)電機的使用與維護一、 起動前檢查1將接地線接線柱用導線接好后可靠地接地。2用三相負載時，三根相線接在三相相線接線柱（三個小紅色接線柱）上，中線接在三相輸出的零線接線柱（小黑色接線柱）上。（本公司發(fā)電機三相輸出按星形連接，額定線電壓為400V）。此時，應將單相/三相電壓指示開關扳向“三相”側。3用單相負載時，可將單相負載的電源線接在這兩個接線柱上（紅色為火線；黑色為零線），將單相/三相電壓指示開關扳向“單相”側。如果單相負載所需功率不大，也可由三相輸出接線柱

18、的任一紅色接線柱與黑色接線柱間取得230V單相電壓，但此時的每相供電電流不應超過每相的額定值。當三相負載與單相負載同時使用時，其總功率不應超過各機型的額定功率。4如果自制外接電源接線板，應注意選用與負載功率相適應的接線板及外接連線的線徑，切勿過載使用！并應注意勿使外接接線板或連線（頭）造成短路。二、起動1將負載連線接于相適應的電源輸出接線柱上。2應使空氣斷路器處于“OFF”位置（向下）啟動發(fā)動機。3啟動發(fā)動機后觀察電壓表指示是否正常（三相電壓為400V左右，單相電壓為230V左右）。如正常，則將相應的空氣斷路器（三相或單相）扳向“ON”（上），即可對負載供電。三、使用注意事項1當發(fā)電機帶兩個以

19、上負載（特別是感性負載）時，不要同時起動負載，而應逐個起動，并應先接通起動電流大的，再依次往下接通。2當發(fā)電機要連接在家用電器上時，必須由熟知電氣的人員進行連接，切不可將發(fā)電機輸出與戶外供電網(wǎng)并聯(lián)，否則將會造成事故！3在使用過程中，若出現(xiàn)空氣斷路器自動跳閘，說明負載超載或有短路或漏電電流過大。此時應先關斷用電器開關，然后檢查、排除故障后再合上空氣斷路器。4卸載時，首先應關斷用電器上的電源開關，再將發(fā)電機上的空氣斷路器關斷，即扳向“OFF”（下）。四、發(fā)電機維護 為了保證發(fā)電機安全運行，必須定期進行檢查，通常每三個月小檢查一次，每年大檢查一次。1小檢項目（1）去除窗蓋罩，如發(fā)電機內(nèi)有塵土，應加以

20、清理，最好用壓縮空氣吹凈，壓力不大于2個大氣壓。注意：不得用硬物清除繞組上的泥塵，避免傷害繞組。（2）清潔集電環(huán)表面。清潔時可先用粗布（避免用紗頭或多纖維的棉織品）醮幾滴煤油將表面擦凈利，然后再用干凈棉布將表面擦干。（3）拆下軸承室蓋，檢查軸承潤滑脂是否清潔，如發(fā)現(xiàn)色澤不均則需更換潤滑脂。如發(fā)現(xiàn)潤滑脂不足，則應加潤滑脂，但不得超過軸承空間的2/3。（4）檢查炭刷磨損情況及炭刷彈簧的壓力，當發(fā)現(xiàn)炭刷磨損過大時應及時更換。（5）檢查各處接線、螺帽、螺栓等是否松動。2大修項目（1）同1中之第（1）項。（2）用500V搖表測定子、轉子各繞組間以及對機殼的絕緣電阻，如絕緣電阻小于1M，則應進行干燥處理。

21、注意：測試前應將整流元件從電路中斷開。（3）檢查集電環(huán)表面磨損情況，如發(fā)現(xiàn)集電環(huán)表面發(fā)毛或磨有深痕，則應加工車光。（4）同1中的第（4）項。（5）拆下軸承室蓋，將軸承拆下用煤油洗凈、擦干，使其能運轉自如而無雜音，加潤滑脂。（6）重新裝好拆下的各部份，并檢查各處接線、螺栓、螺帽有無松動。五、常見故障處理故障現(xiàn)象檢查和排除不發(fā)電1檢查連接錯誤按接線圖檢查；2剩磁電壓過低重新勵磁；3碳刷與集電環(huán)接觸不良或壓力不足清潔集電環(huán)、更換碳刷或彈簧；4刷握生銹使碳刷被卡住不能上下滑動砂光刷握內(nèi)部表面或更換刷握；5整流模塊故障或勵磁電路中有故障檢查勵磁電路排除斷路點或更換整流模塊。發(fā)電機過熱1過載用電流表檢查勿

22、使超過額定值；2定子繞組短路換定子；3定子與轉子磨擦檢查聯(lián)軸器、軸承有無松動；檢查定子、轉子是否被燒壞，重新組裝。軸承過熱1軸承磨損過度更換軸承；2潤滑脂中有雜質或裝得過多清洗軸承、更換潤滑脂。建壓困難，加載不能建壓整流模塊壞換整流模塊MDQ20（或KBPC35）第八章：永磁發(fā)電機一、永磁發(fā)電機簡介永磁發(fā)電機，作為發(fā)電機的一個分支，其發(fā)電原理和電勵發(fā)電機沒什么大的區(qū)別。但是，由于它的勵磁主磁場是采用強磁材料獲得，從結構和輸出性能上，相比傳統(tǒng)電勵發(fā)電機其具有獨特的一些特點。由于磁性材料的發(fā)展，特別是釹鐵硼這種高磁能積（BH）材料的出現(xiàn)，加快了永磁發(fā)電機的發(fā)展。近幾年永磁發(fā)電機生產(chǎn)和使用逐漸增多，

23、功率也不斷的增大，下面對其和傳統(tǒng)電勵發(fā)電機的一些特點簡要介紹。1、電壓恢復時間短、瞬態(tài)調(diào)壓性能更好 由于永磁交流同步發(fā)電機采用永磁磁體的磁場作為勵磁主磁場，獨特的磁飽和穩(wěn)壓原理，使得在發(fā)電機負載和轉速突然變化時，該永磁磁體的磁場不受發(fā)電機機械過渡過程的影響，即任何因負載改變或發(fā)動機轉速改變所產(chǎn)生的電壓變化對永磁發(fā)電機來說都能迅速得到補償，從而保持輸出電壓的迅速穩(wěn)定。而常規(guī)電勵磁發(fā)電機則要受到電機機械過渡過程的影響，其勵磁主磁場均會有一個由轉速變化引起勵磁電流變化最后導致勵磁主磁場變化的一個過程。所以一般來說，永磁發(fā)電機電壓穩(wěn)定時間明顯比電勵發(fā)電機短，瞬態(tài)調(diào)壓性能也比電勵發(fā)電機優(yōu)異。2、拖動非線性負載能力更強 永磁發(fā)電機拖動UPS電源和電動機等非線性負載能力更強。發(fā)電機啟動電動機能力目前的發(fā)電機國標規(guī)定為0.4-0.6Pe（Pe為發(fā)電機額定功率），軍標規(guī)定為0.7 Pe，而永磁發(fā)電機可以達到接近于1Pe的功率。3、電壓穩(wěn)定，波形畸變率低，供電質量好。 由于采用機電一體化技術，任何因負載改變或發(fā)動機轉速改變所產(chǎn)生的電壓變化都能迅速得到補償，從而保持輸出電壓的穩(wěn)定。而采用有限元技術分析發(fā)電機的氣隙磁場分布，并對電機結構和繞組進行優(yōu)化設計，使得輸出電壓中的各高次諧波分量減小到最低，發(fā)電機在各種不同負載情況