第3章+同步交流發(fā)電機.ppt

1、第3章 同步交流發(fā)電機,3.1 同步發(fā)電機的基本類型 3.2 同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和參數(shù) 3.3 簡單三相交流同步發(fā)電機工作原理 3.4 運行特性 3.5 同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng),3.1 同步發(fā)電機的基本類型,同步發(fā)電機按結(jié)構(gòu)可分為： 旋轉(zhuǎn)電樞式(簡稱轉(zhuǎn)樞式)和旋轉(zhuǎn)磁極式(簡稱轉(zhuǎn)磁式)兩種。 旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機如圖3-1 所示。 在工作過程中， 電樞是轉(zhuǎn)動的， 磁極是固定的， 電樞電勢通過集電環(huán)和電刷引出。 因為采用電刷和集電環(huán)引出大電流時， 容易產(chǎn)生火花和磨損， 因此， 轉(zhuǎn)樞式只適用于小容量同步發(fā)電機。,圖 3-1 轉(zhuǎn)樞式同步發(fā)電機 (a) 單相； (b) 三相,旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機如圖 3-2

2、 所示。 在工作過程中， 磁極是旋轉(zhuǎn)的， 電樞是固定的， 電樞電勢直接輸出， 勵磁電流經(jīng)電刷和集電環(huán)輸入。 由于勵磁電流比電樞電流小得多， 所以流過電刷和集電環(huán)的電流很小， 因此這種結(jié)構(gòu)適用于大、 中容量的同步發(fā)電機。,圖 3-2 轉(zhuǎn)磁式同步發(fā)電機 (a) 凸極式； (b) 隱極式,3.2 同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和參數(shù),3.2.1 定子組件 在工作過程中， 同步發(fā)電機固定不動的部分稱為定子， 定子可為電樞， 也可為磁極， 如圖 3-3 所示。 轉(zhuǎn)磁式發(fā)電機的定子為電樞。,圖 3-3 定子組件,電樞通常由電樞鐵芯(或定子鐵芯)和電樞繞組等組成。 定子鐵芯一般用 0.350.5 mm厚的硅鋼片疊成。 硅

3、鋼片沖成一定的形狀并涂有絕緣漆， 以減小鐵芯的渦流損耗。 為了防止運行中硅鋼片因受磁極磁場的吸力而發(fā)生徑向移動， 或者因硅鋼片松動而產(chǎn)生振動， 從而破壞片間絕緣， 引起鐵芯發(fā)熱， 電樞鐵芯都通過壓板或穿孔螺釘固定在底座上。,電樞鐵芯為一空圓柱體， 內(nèi)圓周上沖有放置定子繞組的槽。 為了將繞組嵌入槽中和減小氣隙磁阻， 中小型發(fā)電機的定子一般采用開口槽。 電樞繞組由高強度漆包線繞制而成。 按照設(shè)計要求安放在電樞槽內(nèi)， 并正確地連接起來，用來產(chǎn)生交流電動勢， 給負載供電。,3.2.2 轉(zhuǎn)子組件 工作過程中， 發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。 轉(zhuǎn)子可為發(fā)電機的磁極， 也可為發(fā)電機的電樞。 轉(zhuǎn)磁式發(fā)電機的轉(zhuǎn)子由

4、磁極、 轉(zhuǎn)子磁軛、 轉(zhuǎn)軸和集電環(huán)等組成， 如圖 3-4 所示。 轉(zhuǎn)軸用來傳遞轉(zhuǎn)矩并承受轉(zhuǎn)動部分的重量。 一般中小容量同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸用中碳鋼制成。 轉(zhuǎn)子磁軛用來組成磁路并固定磁極。,圖 3-4 轉(zhuǎn)磁式發(fā)電機的轉(zhuǎn)子組件,3.2.3 機座和端蓋 發(fā)電機的機座與端蓋通常由鑄鐵或鋁合金制成， 完成支撐和保護定子與轉(zhuǎn)子的作用。發(fā)電機的定子固定在機座內(nèi)， 轉(zhuǎn)子安裝在前后端蓋上的軸承孔內(nèi)， 端蓋固定在機座上。 發(fā)電機轉(zhuǎn)子的外沿與定子內(nèi)沿之間必須保持一定的間隙。 間隙過大， 磁阻增大。 間隙也不能過小， 以免轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中與定子鐵芯產(chǎn)生摩擦。,3.2.4 發(fā)電機的額定參數(shù) 發(fā)電機的銘牌上都給出了主要的額定值。

5、 為了保證發(fā)電機可靠運行， 必須嚴格遵守這些參數(shù)。 額定功率PN在額定運行(額定電壓、 電流、 頻率和功率因數(shù))條件下， 發(fā)電機能發(fā)出的最大功率。 單位為kW， 也有用視在功率表示的， 此時以kVA為單位。,額定電壓UN在額定運行條件下， 電機定子三相線電壓值， 單位為V或kV。 額定電流IN額定運行時， 流過定子繞組的線電流， 單位為A或kA。 在此值運行， 線圈的溫升不會超過允許范圍。 功率因數(shù)額定運行情況下， 有功功率和視在功率的比值， 即：,一般電機的cosN=0.8。,額定頻率fN額定運行情況下輸出交流電的頻率。 我國電網(wǎng)的頻率為 50 Hz。 額定轉(zhuǎn)速nN額定運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速， 單

6、位為r/min。 相數(shù)m即發(fā)電機的相繞組數(shù)。 常用的是三相交流同步發(fā)電機。 根據(jù)上面的定義， 對三相交流同步發(fā)電機來說， 額定電壓、 額定電流和額定功率之間有下面關(guān)系：,3.3 簡單三相交流同步發(fā)電機工作原理,3.3.1 基本工作原理 簡單的轉(zhuǎn)磁式三相交流同步發(fā)電機如圖 3-5 所示。 直流勵磁機供給的直流電流通過電刷和滑環(huán)輸入勵磁繞組(也叫轉(zhuǎn)子繞組)， 以產(chǎn)生磁場。 在定子槽里放著三個結(jié)構(gòu)相同的繞組AX、 BY、 CZ(A、 B、 C為繞組始端， X、 Y、 Z為繞組的末端)。 三個繞組的空間位置互差120電角度。,圖 3-5 簡單的三相交流同步發(fā)電機,當(dāng)原動機拖動電機轉(zhuǎn)子和勵磁機旋轉(zhuǎn)時，

7、勵磁機輸出的直流電流流入轉(zhuǎn)子繞組， 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場， 磁場切割三相繞組， 產(chǎn)生三個頻率相同、 幅值相等、 相位差為 120的電動勢。設(shè)磁極磁場的磁通密度沿定子圓周按正弦規(guī)律分布， 相電勢的最大值為Em， A相電勢的初相角為零， 則三個繞組感應(yīng)電勢的瞬時值為： eA=Emsint eB=Emsin(t-120) eC=Emsin(t-240) 三相電勢的波形和向量圖如圖 3-6 所示。,圖 3-6 三相電勢的波形和向量圖,當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極為一對時， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周， 繞組中感應(yīng)電勢正好變化一次。 電機具有p對磁極時， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周， 感應(yīng)電勢變化p次。 設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為n， 則轉(zhuǎn)子每秒鐘旋轉(zhuǎn)n/60轉(zhuǎn)。

8、 因此感應(yīng)電勢每秒鐘變化pn/60次， 即電勢的頻率為：,3.3.2 對稱負載時的電樞反應(yīng) 1. 同步發(fā)電機的空載磁場 同步發(fā)電機空載運行時， 定子繞組(電樞)電流為零， 電機氣隙中只有勵磁電流產(chǎn)生的空載磁場， 凸極同步發(fā)電機的空載磁場如圖 3-7 所示。,圖 3-7 凸極同步發(fā)電機的空載磁場,2. 同步發(fā)電機的電樞磁場 同步發(fā)電機接上負載后， 定子繞組就會產(chǎn)生磁勢(電樞磁勢)。 由于每相電流為交流電流， 并且相位又不一樣， 各相之間又互相影響， 因此分析起來比較復(fù)雜。 這里只介紹對稱三相繞組通過對稱三相交流電流產(chǎn)生的磁勢(圓形旋轉(zhuǎn)磁勢)。 電樞磁勢的特點如下所列。 (1) 幅值：,式中， F

9、1三相基波磁勢幅值； F1一相繞組基波磁勢幅值； p磁極對數(shù)； I一相繞組通過的電流； W1一相繞組串聯(lián)匝數(shù)； KW1交流繞組基波磁勢系數(shù)。,(2) 幅值位置： 哪相電流達到最大值時， 幅值位置就轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上， 其方向與該相繞組產(chǎn)生的磁勢一致。 (3) 三相基波旋轉(zhuǎn)磁勢的旋轉(zhuǎn)速度：,(4) 三相基波磁勢的轉(zhuǎn)向。 三相基波磁勢的旋轉(zhuǎn)方向， 決定于流過三相繞組的電流相序， 旋轉(zhuǎn)方向總是從電流的超前相轉(zhuǎn)到電流的滯后相。,3. 同步發(fā)電機對稱負載下的電樞反應(yīng) 空載時， 同步發(fā)電機內(nèi)只有一個旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子勵磁磁勢。 加上負載后， 由于定子繞組中有三相對稱電流流過， 所以定子繞組將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢

10、電樞磁勢。,由于電樞基波磁勢與勵磁磁勢相對靜止， 所以， 任何瞬間它們之間的關(guān)系都是一樣的。 為了研究方便， 我們選取A相電流達到最大值的瞬間分以下四種情況進行討論。 (1) I與E0同相， 即=0時的電樞反應(yīng)。 圖 3-8 是三相同步發(fā)電機的原理圖， 為簡單起見， 每相電樞繞組都用一個等效整距集中繞組表示， 磁極為凸極式。,圖 3-8 (a)所示的瞬間， A相繞組切割主磁通最多， 故A相繞組電勢最大， 因I與E0同相， 所以該瞬間A相繞組中的電流最大。 由三相合成旋轉(zhuǎn)磁勢的原理可知， 電樞磁勢的幅值位置在電流最大的一相繞組軸線上。 所以該瞬間電樞磁勢和A相繞組軸線重合， 即與主磁極極間中心線

11、(稱交軸或q軸)重合， 這種電樞磁勢稱為交軸電樞磁勢， 用Faq表示。 所以=0時的電樞反應(yīng)稱為交軸電樞反應(yīng)， 電樞反應(yīng)的性質(zhì)為交磁。,圖 3-8 同步發(fā)電機的電樞反應(yīng) (a) =0; (b) =90 (c) =-90 (d) 090,(2) I滯后E090， 即=90時的電樞反應(yīng)。 由于I滯后E090， 所以A相繞組電勢達到最大值時， A相電流為零。 主磁極逆時針轉(zhuǎn)90， A相電勢為零， 而A相電流最大。 此時電樞磁勢恰好與主磁極軸線(稱為直軸或d軸)重合， 如圖 3-8(b)所示。 這時的電樞磁勢稱為直軸電樞磁勢， 用Fad表示。 此時的電樞反應(yīng)稱直軸電樞反應(yīng)。 由圖可見， =90時的電樞

12、磁勢Fad的空間位置總是與勵磁磁勢Ff反相， 因此電樞反應(yīng)的性質(zhì)為去磁。,(3) I超前E090， 即=-90時的電樞反應(yīng)。 由于I超前E0，所以電樞電流比電勢超前90達到最大值。 對電流為最大值的A相繞組而言， 主磁極位置將較=0時順時針轉(zhuǎn)90， 如圖 3-8(c)所示， 在 =-90時， 電樞磁勢與主磁極軸線重合， 電樞磁勢Fad的空間位置始終與勵磁磁勢Ff同相，電樞反應(yīng)為增磁。,(4) 一般情況下的電樞反應(yīng)。 一般情況下， 090， 即電流滯后E0一個銳角， 根據(jù)前面分析， 電樞磁勢的空間位置取決于電樞電流與空載電勢的相位差。 當(dāng)電樞電流與空載電勢同相時， 電樞磁勢(Fa=Faq)的空間

13、位置滯后勵磁磁勢Ff90， 當(dāng)電樞電流滯后空載電勢一個小于90的角時， 則電樞磁勢Fa的空間位置必定滯后勵磁磁勢Ff(90+)電角度， 如圖 3-8(d)所示。,由圖可見， 這時電樞反應(yīng)既不是純交磁， 也不是純?nèi)ゴ牛?而是二者兼有。 電樞磁勢Fa可分解為直軸和交軸兩個分量， 即： Fa=Fad+Faq Fad=Fasin Faq=Facos,交軸分量Facos起交磁作用， 直軸分量Fasin起去磁 作用。,3.4 運 行 特 性,3.4.1 空載特性 發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速(n=nN)、 空載(I=0)的條件下， 空載電壓(U0=E0)與勵磁電流If的關(guān)系稱為空載特性， 即U0=f(If)。 空載特

14、性試驗電路和空載特性曲線如圖 3-9 所示。 發(fā)電機空載時， U0=E00If， 而IfFfH， 所以同步發(fā)電機的空載特性曲線本質(zhì)上就是電機的磁化曲線。它可以用空載試驗測取， 也可以用空載磁路計算法算出。,圖 3-9 空載特性試驗電路及空載特性 (a) 空載試驗原理接線圖； (b) 空載特性曲線,3.4.2 外特性 發(fā)電機在n=nN、 If=常數(shù)、 cos=常數(shù)的條件下， 端電壓U和負載電流I的關(guān)系曲線稱為外特性， 即U=f(I)。 它可用直接負載法測定。 不同性質(zhì)負載時同步發(fā)電機的外特性如圖 3-10 所示。 純電阻性和電感性負載時， 外特性是下降的(曲線1、 2)； 容性負載時， 外特性是

15、上升的(曲線3)。,圖 3-10 外特性曲線,在感性負載下， 由于電樞反應(yīng)的直軸去磁作用， 再加上定子繞組電阻壓降和漏抗壓降， 將使端電壓隨負載電流增加而迅速下降。 純電阻負載時， 主要是定子繞組電阻壓降和漏抗壓降引起輸出電壓下降， 所以端電壓隨負載電流增加而緩慢下降。 容性負載時， 定子繞組電阻壓降雖使輸出電壓下降， 但電樞反應(yīng)的直軸分量為助磁， 同時漏抗壓降亦使電壓上升， 若上升量大于下降量則端電壓隨負載電流增加而上升。,從外特性可以求出發(fā)電機的電壓變化率。 在n=nN下， 調(diào)節(jié)發(fā)電機的端電壓為額定值， 使發(fā)電機在額定負載(I=IN、 cos=cosN、 U=UN)下運行， 此時勵磁電流為

16、額定勵磁電流。 然后保持勵磁電流和轉(zhuǎn)速不變， 去掉負載， 此時端電壓升高的數(shù)值用額定電壓的百分數(shù)表示， 就稱為同步發(fā)電機的電壓變化率， 即：,電壓變化率是衡量移動電站性能和保證用電設(shè)備正常工作的主要數(shù)據(jù)， 現(xiàn)代同步發(fā)電機都裝有高精度的自動勵磁系統(tǒng)， 所以對U%的要求可以放寬， 但為了防止去掉負載時電壓劇烈上升擊穿繞組絕緣， 近代凸極發(fā)電機的U%大體在 18%30%。 隱極發(fā)電機的電樞反應(yīng)較大， 故U%也較大， 在 30%50%(以上均為cos=0.8滯后的數(shù)值)。,3.4.3 調(diào)整特性 發(fā)電機的負載變化時， 為了保持其端電壓不變， 必須調(diào)節(jié)勵磁電流。 保持發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不變， 當(dāng)其端電壓和功率因

17、數(shù)不變時， 勵磁電流隨負載電流變化的規(guī)律叫做發(fā)電機的調(diào)整特性。 即n=nN時， U=常數(shù)， cos=常數(shù)， If=f(I)。,在電阻性和感性負載時， 為了補償負載電流產(chǎn)生的電壓降， 保持端電壓不變， 勵磁電流必須隨負載電流增大而增大， 因此這兩種情況下的調(diào)整特性曲線都是上升的。 功率因數(shù)越低， 調(diào)整特性曲線上升得越快。 容性負載時， 調(diào)整特性曲線是下降的。 如圖 3-11所示。,圖 3-11 調(diào)整特性曲線,3.5 同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng),3.5.1 采用TLG1調(diào)節(jié)器的直流勵磁機的勵磁系統(tǒng) TLG1自動勵磁調(diào)節(jié)器除用于帶直流勵磁機的同步發(fā)電機外， 還能用于自勵恒壓及無刷勵磁的同步發(fā)電機。 它具有

18、靜態(tài)精度高(調(diào)壓率小于30%)、 動態(tài)性能優(yōu)良、 通用性好、 重量輕、 結(jié)構(gòu)簡單、 調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點。 TLG1勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理電路如圖 3-12 所示， 它有手動和自動兩種工作狀態(tài)。,圖 3-12 TLG1勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理電路圖,手動工作時， 開關(guān)SA1閉合， SA2、 SA3斷開。 并勵直流發(fā)電機向同步發(fā)電機提供勵磁電流， 調(diào)整可變電阻Rb， 可改變發(fā)電機的運行電壓。 自動工作時， 開關(guān)SA1斷開， SA2、 SA3接通。 直流發(fā)電機的勵磁電流由勵磁調(diào)節(jié)器控制。 自動勵磁調(diào)節(jié)器由主回路和觸發(fā)器組成。,1. 主回路 主回路由變壓器、 單相半波可控整流電路和直流勵磁機的勵磁繞組組成。 交流發(fā)電機

19、的線電壓UVW經(jīng)變壓器降壓， 作為晶閘管可控整流電路的交流電源。 在UVW為負時， 晶閘管V2陽極承受正向電壓， 若有觸發(fā)脈沖， V2就導(dǎo)通， 勵磁機的勵磁繞組便有電流通過； 當(dāng)UVW為正或V2截止時， 勵磁繞組F1F2中儲存的磁場能量通過續(xù)流二極管V1釋放， 使勵磁電流連續(xù)， 產(chǎn)生一個較恒定的磁場， 從而減小發(fā)電機電壓波動。,2. 移相觸發(fā)器 移相觸發(fā)器的作用是產(chǎn)生相位可以改變的脈沖， 觸發(fā)主回路中的晶閘管， 使其導(dǎo)通角隨脈沖相位的變化而改變， 從而達到自動調(diào)整勵磁電流的目的。 該觸發(fā)電路由電壓測量比較電路、 移相觸發(fā)和同步開關(guān)電路、 調(diào)差電路和穩(wěn)定電路等部分組成。,(1) 測量比較電路。

20、發(fā)電機電壓經(jīng)測量變壓器降壓后， 再經(jīng)整流濾波變換成直流電壓， 該電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓比較， 輸出偏差信號。 (2) 相位調(diào)制電路。 該電路產(chǎn)生相位可以移動的脈沖信號， 觸發(fā)晶閘管， 使控制角隨測量比較電路輸出的控制信號而改變， 從而達到自動調(diào)節(jié)勵磁電流的目的。,(3) 同步開關(guān)電路。 同步開關(guān)電路的作用是： 當(dāng)晶閘管承受反向電壓時， 來自V9的矩形觸發(fā)脈沖不加到晶閘管的控制極。 取自T的同步電壓U9、 U10經(jīng)R8降壓后， 加到V11、 V12兩端， 產(chǎn)生 50 Hz矩形波電壓， 該電壓加到同步開關(guān)V10的輸入端， 因而V10按交流同步電壓頻率導(dǎo)通與截止， 如圖 3-13(e)、 (f)所示。,圖

21、3-13 TLG1調(diào)節(jié)器各點波形,(4) 穩(wěn)定電路。 穩(wěn)定電路的作用是減小發(fā)電機輸出電壓波動， 提高輸出電壓穩(wěn)定性。 穩(wěn)定電路由電流互感器TA2和可變電阻R9組成， 由插頭XP2與插座XS2連接。 (5) 調(diào)差電路。 為了使并聯(lián)運行的發(fā)電機組實現(xiàn)無功功率在機組間穩(wěn)定、 合理的分配， 在帶有自動勵磁調(diào)節(jié)器的測量比較電路中， 一般都設(shè)有改變發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)特性曲線斜率的電路， 該電路通常稱為調(diào)差電路。 同步發(fā)電機并聯(lián)運行時， 電網(wǎng)電壓及無功功率的分配決定于發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)特性U=f(Ip)， 如圖 3-14 所示。,圖 3-14 發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性,在原理電路圖 3-12 中， 采用單相調(diào)差電路。

22、 它由R10和電流互感器TA1組成， 通過插頭XP1與插座XS1相連后， 串入測量回路中。 單相運行時SA4閉合。 圖 3-15 為調(diào)差電路的向量圖。 測量變壓器接V、 W相， 其副邊電壓UVW與原邊電壓UVW同相。 電流互感器TA1接U相， 次級電流與U相電流同相。,圖 3-15 調(diào)差電路的向量圖,3.5.2 長江12 型汽油發(fā)電機組的自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng) 長江12 型汽油發(fā)電機組由三相交流發(fā)電機、 482F型汽油機和配電箱組成。 三相交流發(fā)電機的額定功率為 12 kW。 晶閘管整流器接在發(fā)電機輸出端， 因此機組的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)屬于自勵系統(tǒng)。 機組的輸出端還接有電容器C12， 抑制無線電干擾， 提

23、高供電的質(zhì)量。本機組的自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)由起勵電路、 移相觸發(fā)電路、 勵磁主回路、 電壓測量比較電路、 電流偏差電路和過壓保護電路等部分組成， 如圖 3-16 所示。,圖 3-16 長江12 輕型汽油發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖,1. 起勵電路 起勵電路如圖 3-17 所示。 發(fā)電機轉(zhuǎn)動后， 合上開關(guān)S1， 按下起勵按鈕SB1， 此時， 當(dāng)發(fā)電機的剩磁電壓UVN為負時， 經(jīng)V2整流后給勵磁繞組OL提供勵磁電流， 發(fā)電機的電壓上升， 勵磁電流又增大， 如此循環(huán)， 發(fā)電機的端電壓很快上升， 自動勵磁調(diào)節(jié)器開始工作， 松開按鈕SB1。 為了限制勵磁電流， 起勵回路中串有限流電阻R13。 在發(fā)電機端電壓

24、UVN為正時， V2不導(dǎo)通， 這時勵磁繞組產(chǎn)生的自感電勢使續(xù)流二極管V1導(dǎo)通， 從而使勵磁電流連續(xù)。,圖 3-17 起勵電路,靠剩磁電壓起勵的自勵恒壓同步發(fā)電機， 必須同時滿足下列條件， 才能建立電壓。 這些條件是： 具有足夠的剩磁， 使勵磁回路交流側(cè)輸入的剩磁電壓大于勵磁回路的門檻電壓(整流元件的正向壓降和電刷與滑環(huán)接觸壓降之和)； 接線正確， 勵磁電流產(chǎn)生的磁通方向和剩磁方向一致； 勵磁電路折合到交流側(cè)的伏安特性與勵磁電源的空載特性有合適的交點， 如圖 3-18 所示。,圖 3-18 勵磁電路特性,2. 勵磁主回路 勵磁主回路為直接供電方式的兩相零式可控整流電路。 正常工作時， 只有V2工

25、作。 起動異步電動機時， 發(fā)電機端電壓大幅度下降， 因而測量輸入電壓下降很多， 使觸發(fā)脈沖前移， 晶閘管導(dǎo)通角增大(大于 180)， 此時， V3導(dǎo)通工作， 勵磁電流很快上升， 使發(fā)電機端電壓迅速上升， 所以V3主要作強勵之用。,3. 測量比較電路 測量電路由變壓器T1、 三相整流器V7等部分組成。 T1次級的三相交流電壓經(jīng)V7整流、 W2和R9降壓、 C6濾波后， 在C6兩端獲得與發(fā)電機輸出電壓成正比的直流電壓。 比較電路采用對稱比較橋， 如圖 3-19 所示， 該電路就是一個直流電橋。 穩(wěn)壓管V8、 V9的特性和參數(shù)相同， 電阻R7、 R8的阻值相等， W2為整定電位器。,圖 3-19 對

26、稱比較橋電路及其輸入輸出特性 (a) 電路圖； (b) 輸入輸出特性,當(dāng)C6兩端電壓小于穩(wěn)壓管的擊穿電壓時， 穩(wěn)壓管未擊穿， 處于開路狀態(tài)， 等值電路如圖 3-20 所示， 相當(dāng)于電阻R7+R8+RL串聯(lián)后接到輸入電壓UCD上， 負載RL兩端電壓為：,圖 3-20 對稱比較橋等值電路 (a) V8、 V9未擊穿； (b) V8、 V9擊穿,當(dāng)UCDUV時， 穩(wěn)壓管反向擊穿， 等值電路如圖 3-20(b)所示。 由于穩(wěn)壓管擊穿電壓UV不隨UCD而變， 因此 UCD=UV-Uout+UV 得： Uout=2UV-UCD 當(dāng)UCD=UV時， Uout=UAB=UV， 穩(wěn)壓管剛好擊穿。 由于穩(wěn)壓管阻值

27、RVR7、 R8， 因此， UCD全部降在穩(wěn)壓管上， 相當(dāng)于輸入輸出特性曲線上的轉(zhuǎn)折點A。,當(dāng)UCD由UV增加到2UV時， Uout從UV減小到零， 相當(dāng)于曲線的AB段。 當(dāng)UCD=2UV時， Uout=0， 相當(dāng)于曲線B點。 當(dāng)UCD2UV時， Uout=2UV-UCD0， 相當(dāng)于曲線BC段。,4. 移相觸發(fā)電路 移相觸發(fā)電路如圖 3-21 所示。 該電路由鋸齒波形成、 移相控制、 脈沖形成、 脈沖輸出四個環(huán)節(jié)組成。,圖 3-21 移相觸發(fā)電路及各點波形,(1) 鋸齒波電壓的形成： 二極管V5、 電容器C5和電阻R6及繞組(27、 28)構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器。 u2827為同步電壓。 在u282

28、7正半周的一段時間內(nèi)， 通過整流管V5給電容器C5充電， UC5大于u2827時， 電容器C5向電阻R6放電， 于是電阻R6上得到一個鋸齒波電壓UC5， 如圖 3-21(b)所示。 (2) 脈沖電源： 由變壓器T1次級(36、 37、 38)電壓經(jīng)VD10整流， C7濾波后， 作為晶體管的工作電源。,(3) 移相控制： 來自測量比較電路的發(fā)電機偏差電壓Uout為控制電壓， 該電壓與鋸齒波電壓反極性串聯(lián)后， 加在V6的基極和發(fā)射極之間， 如圖 3-21 所示， 兩電壓交于P、 Q點。 P點前移， UC5大于Uout， V6因反偏而截止； PQ點之間， Uout大于UC5， V6導(dǎo)通。 當(dāng)Uout

29、隨發(fā)電機電壓U變化時， 交點P、 Q也改變， 例如發(fā)電機輸出電壓升高時， Uout減小， P點后移， 脈沖推遲， 反之亦然。 由此可見， 控制信號Uout變化， P點必然前后移動， 從而改變V6由截止變?yōu)閷?dǎo)通的時刻， 起到移相作用。,(4) 脈沖形成： 當(dāng)V6正偏時， 晶體管工作電源經(jīng)V6、 R5供給晶閘管控制極觸發(fā)脈沖， 使其導(dǎo)通； 當(dāng)V6反偏時， 無觸發(fā)脈沖加到晶閘管的控制極。,5. 電流偏差電路 為了提高調(diào)壓精度， 該系統(tǒng)除具有電壓偏差自動調(diào)節(jié)功能外， 還具有負載電流偏差自動調(diào)節(jié)功能， 因此稱為復(fù)式調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 該系統(tǒng)具有動態(tài)反應(yīng)快、 調(diào)壓精度高等優(yōu)點。 電流補償電路由電流互感器TA1和電

30、位器W1組成。 電位器W1與變壓器T1次級一相繞組串聯(lián)。 電流互感器次級電流在W1上產(chǎn)生壓降， 該電壓的極性和變壓器T1次級電壓的極性相反。,6. 過壓保護電路 過壓保護電路由變壓器T2、 橋式測量回路、 晶閘管V18、 繼電器K、 晶體管V17、 電容器C19、 C10、 C13和整流管V11、 濾波電容C8等組成。 在正常情況下， 保護繼電器K不動作。 勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障時， 發(fā)電機的電壓急劇升高， 當(dāng)相電壓升高到 270 V時， 測量橋輸出電壓使晶體管V17導(dǎo)通， 觸發(fā)脈沖加在晶閘管V18的控制極上， 使其導(dǎo)通， 繼電器K吸合； 其常開接點K1閉合， 使發(fā)電機勵磁繞組OL短路， 迅速滅磁，

31、 發(fā)電機立即停止發(fā)電， 達到過壓保護的目的。 調(diào)節(jié)電位器W3， 可以改變使繼電器動作的發(fā)電機輸出電壓。,3.5.3 雅馬哈EF3800/6000(E)汽油發(fā)電機的勵磁系統(tǒng) 雅馬哈EF3800/6000(E)汽油發(fā)電機采用的無刷交流勵磁機組成的勵磁系統(tǒng)， 系統(tǒng)組成如圖 3-22 所示。,圖 3-22 無刷交流勵磁機組成的勵磁系統(tǒng),1. 組成 雅馬哈EF3800/6000(E)汽油發(fā)電機組采用旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機。 圖中 1 為兩組對稱的主電樞繞組(定子繞組)， 2 為同步發(fā)電機的勵磁繞組， 3 為同步發(fā)電機電樞副繞組， 4 為硅整流器， 用來把無刷交流勵磁機輸出的交流電壓變?yōu)閯畲爬@組所需的直流電

32、壓， 5 為無刷交流勵磁機的電樞繞組(轉(zhuǎn)子繞組)， 6 為無刷交流勵磁機的勵磁繞組(定子繞組)， 7 為電子自動調(diào)壓器(AVR)。 交流勵磁機與主發(fā)電機之間， 不用電刷和滑環(huán)連接， 所以稱為無刷交流勵磁機。,2. 基本工作過程 在汽油機的帶動下， 同步發(fā)電機以額定轉(zhuǎn)速運行。 在交流勵磁機磁極的剩磁作用下， 勵磁機的電樞繞組兩端產(chǎn)生交流電勢， 該電勢經(jīng)硅整流器整流后變?yōu)橹绷麟妷海?為主發(fā)電機的勵磁繞組提供勵磁電流， 使主發(fā)電機的電樞繞組和副繞組兩端產(chǎn)生交流電壓。 副繞組兩端的交流電壓加入電子自動調(diào)壓電路(AVR)中的整流橋。 經(jīng)整流后， 為電子自動調(diào)壓電路供電。,3. 電子式自動調(diào)壓電路工作原理

33、 電子式自動調(diào)壓電路如圖 3-23 所示。 整流橋VD1和電容C1組成整流濾波電路， 為自動調(diào)壓電路供電。 整流電路由主發(fā)電機的副繞組供電。 整流橋VD2、電阻R4、 R5、 R6、 R7和電容C5、 C6組成檢測電路。 同步發(fā)電機主繞組兩端的電壓加到整流橋VD2的交流輸入端， 整流橋VD2輸出電壓與主繞組兩端電壓成正比。,圖 3-23 電子式自動調(diào)壓電路,3.5.4 勵磁系統(tǒng)常見故障分析 技術(shù)人員必須熟悉勵磁系統(tǒng)的工作原理， 全面細致地分析每一種現(xiàn)象， 才能正確排除故障， 確保機組正常運行。 現(xiàn)以具有TLG1調(diào)節(jié)器的同步發(fā)電機組為例， 分析常見故障現(xiàn)象及原因。 原理電路如圖 3-12 所示。

34、 機組正常指標(biāo)如下：,電壓整定范圍 380420 V； 穩(wěn)定時間小于 5 s； 電壓變化率小于3%； 晶閘管波形正常。,1. 常見故障現(xiàn)象及原因 (1) 手動工作時電壓表無指示。 可能原因：,電壓表損壞 轉(zhuǎn)換開關(guān)壞 測量線斷或接頭松動,指示電路,同步發(fā)電機,電樞繞組損壞 勵磁繞組開路 勵磁繞組短路,直流勵磁機,沒有剩磁 勵磁電路不通 Rb中心抽頭開路 F1、 F2接反或開路 電樞繞組S1、 S2開路或短路,(2) 手動工作正常， 自動不發(fā)電。 可能原因：,勵磁主回路,TC損壞 FU熔斷 V2損壞(AC開路， GK開、 短路) V1短路 TA2初級開路 SA2開路 回路連線斷或接 頭松動,觸發(fā)電路,無脈沖輸出,不產(chǎn)生脈沖,脈沖引線斷 V10集射極短路,T損壞 T初級繞組斷線(5 號線斷) V4或 V5短路或同時開路 C2短路 V8開路或接反 V6短路或接反 V7集射極短路 V9損壞 R5、 R6、 R7變質(zhì)或開路,(3) 手動工作正常， 自動時， 電壓過高且失控。 可能原因： 主回路： V2陽極與陰極短路。,觸發(fā)電路,V9集射極短路 V7集射極開路， 基射極開路或