發(fā)電機勵磁原理及構(gòu)造(共9頁)

1、 發(fā)電機原理(yunl)及構(gòu)造發(fā)電機的勵磁(l c)系統(tǒng)眾所周知，同步發(fā)電機要用直流電流勵磁。在以往的他勵式同步發(fā)電機中，其直流電流是有附設的直流勵磁機供給。直流勵磁機是一種帶機械換向器的旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機。其多相閉合電樞繞組切割定子磁場產(chǎn)生了多相交流電，由于機械換向器和電刷組成的整流系統(tǒng)的整流作用，在電刷上獲得了直流電，再通過另一套電刷，滑塊系統(tǒng)將獲得的直流輸送到同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，勵磁繞組去勵磁，因此直流勵磁機的換向器原則上是一個整流器，顯然(xinrn)可以用一組硅二節(jié)管取代，而功率半導體器件的發(fā)展提供了這個條件。將半導體元件與發(fā)電機的軸固結(jié)在一起轉(zhuǎn)動，則可取消換向器、滑塊等滑動接觸部分

2、、利用二極管換成直流電流。直流送給轉(zhuǎn)子勵磁、繞組勵磁。這就是無刷系統(tǒng)。 下面我們以典型的幾種不同發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，介紹它的工作原理。 一、相復勵勵磁原理左圖為常用的電抗移相相復勵勵磁系統(tǒng)線路圖。由線形電抗器DK把電樞繞組抽頭電壓移相約90、和電流互感器LH提供的電壓幾何疊加，經(jīng)過橋式整流器ZL整流，供給發(fā)電機勵磁繞組。負載時由電流互感器LH供給所需的復勵電流，進行電流補償，由線形電抗器DK移相進行相位補償。二、三次諧波原理左圖為三次諧波原理圖，對一般發(fā)電機來源，我們需要的是工頻正弦波，稱為基波，比基波高的正弦波都稱為諧波、其中三次諧波的含量最大，在諧波發(fā)電機定子槽中，安放有主繞組和諧波勵磁繞組（

3、s1、s2），而這個繞組之間沒有電的聯(lián)系。諧波繞組將繞組中150HZ諧波感應出來，經(jīng)過ZL橋式整流器整流，送到主發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組LE中進行勵磁。三、可控硅直接勵磁原理由左圖可以看出，可控硅直接勵磁 是采用可控硅整流器直接將發(fā)電機輸出的任一相一部分能量，經(jīng)整流后送入勵磁繞組去的勵磁方式，它是由自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR），控制可控硅的導通角來調(diào)節(jié)勵磁電流大小而維持發(fā)電機端電壓的穩(wěn)定。四、無刷勵磁原理無刷勵磁主要用于西門子、斯坦福、利萊等無刷發(fā)電機。它是利用交流勵磁機，其定子上的剩磁或永久磁鐵（帶永磁機）建立電壓，該交流電壓經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流起整流后，送入主發(fā)電機的勵磁繞組，使發(fā)電機建壓。自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR

4、）能根據(jù)輸出電壓的微小偏差迅速地減小或增加勵磁電流，維持發(fā)電機的所設定電壓近似不變。中小型三相同步發(fā)電機的技術(shù)發(fā)展概況一概述中小型同步發(fā)電機是中小型電機的主要產(chǎn)品之一，廣泛應用于小型水電站、船舶電站、移動電站、固定電站、應急備用電站、正弦波試驗電源、變頻電源、計算機電源及新能源風力發(fā)電、地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電、余熱發(fā)電等。它對邊（疆）老（區(qū)）貧（窮）地區(qū)實現(xiàn)電氣化，提高該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平和人民的生活水平有著重要的作用，中小型發(fā)電機在船舶、現(xiàn)代電氣化火車內(nèi)燃機車等運輸設備中也是一個關(guān)鍵設備。移動電站對國防設施、工程建設、海上石油平臺、陸上電驅(qū)動石油鉆機、野外勘探等也是不可缺少的關(guān)鍵裝備之一。應急備用

5、電站在突發(fā)事件中的防災、救護保障人民的生命和財產(chǎn)的安全有著不可替代的作用。開發(fā)綠色能源、可再生能源、減少大氣二氧化碳的含量，小水電、風力發(fā)電、地熱發(fā)電和余熱發(fā)電是重要的組成部分。我國小型同步發(fā)電機的第一代產(chǎn)品是1956年電工局在上海組織(zzh)的統(tǒng)一設計并于1957年完成的TSN、TSWN系列農(nóng)用水輪發(fā)電機。第二代產(chǎn)品是在進行了大量試驗研究和調(diào)查研究的基礎上于1965年開始的T2系列小型三相同步發(fā)電機統(tǒng)一設計，該水平達到六十年代國際先進水平，為B級絕緣的有刷三相同步發(fā)電機。在這段時間還開發(fā)了ST系列有刷單相同步發(fā)電機，此系列電機出口量較大。1979年開始進行TFW系列三相無刷同步發(fā)電機和TF

6、DW系列單相無刷同步發(fā)電機的統(tǒng)一設計，1982年10月通過了樣機鑒定工作,并推廣生產(chǎn),此兩系列主要性能指標達到或接近當時的國際先進水平,此系列仍采用B級絕緣結(jié)構(gòu)。進入八十年代末、九十年代初，隨著(su zhe)我國改革開放不斷發(fā)展，我國的電機行業(yè)的部分企業(yè)開始引進先進工業(yè)國的中小型同步發(fā)電機，有的按生產(chǎn)許可證方式進行技術(shù)引進，有的引進軟件技術(shù)（或生產(chǎn)技術(shù)），有的按合作(hzu)生產(chǎn)方式引進國外的先進技術(shù)，其先后有德國西 門子公司的IFC5和IFC6系列、德國AEG公司的DKBH系列、英國彼特普公司E系列、美國馬拉松公司的MP系列發(fā)電機、英國的斯坦福公司BC、HC系列等發(fā)電機，這些發(fā)電機的絕緣等

7、級為F級或H級，采用隱極式或整體凸級結(jié)構(gòu)，其技術(shù)經(jīng)濟指標較先進，可靠性較高，其制造工藝水平較先進，這些產(chǎn)品的引進，對提高我國的中小型發(fā)電機水平和制造工藝水平有較大的促進作用。比如，無錫電機廠、汾西機械廠、柳州電機廠引進了德國西門子公司1FC5、1FC6系列無刷發(fā)電機，蘭州電機有限責任公司（以下簡稱蘭電）引進了德國AEG公司DKBH系列船用、陸用無刷發(fā)電機，福州發(fā)電設備廠引進了美國麥格乃泰克公司無刷發(fā)電機制造技術(shù)等等。近年無錫電機廠又引進了西門子公司最近開發(fā)的1FC2系列無刷三相同步發(fā)電機，該電機為整園凸極沖片，克服了原西門子公司1FC5、1FC6隱極結(jié)構(gòu)體積偏大，重量偏重的不足。90年代，無錫

8、電機廠與新時代公司、上海革新電機廠與馬拉松公司合資辦了企業(yè)，使我國中小型三相同步發(fā)電機水平又有了進一步的提高，使國內(nèi)三相同步發(fā)電機生產(chǎn)的主要企業(yè)產(chǎn)品達到了國際先進水平。蘭州電機廠在引進德國AEG公司DKBH系列基礎上，90年代中期，又開發(fā)了自己的新一代產(chǎn)品：TZHW系列（陸用）、TFXW-H系列（船用）無刷三相同步發(fā)電機，使其性能有了進一步的提高，更加適合國情、廠情，提高了市場競爭力。二主要產(chǎn)品介紹下面就蘭電現(xiàn)生產(chǎn)的中小型三相同步發(fā)電機主要系列做一簡要介紹。1DKBH系列（船用、陸用）無刷發(fā)電機額定參數(shù)： 額定頻率 HZ 50 60額定功率范圍：4極 12-1250KVA 14.4-1500K

9、VA6極 190910KVA 228-1090KVA額定電壓 V 400 460額定轉(zhuǎn)速 r/min 1500 、1000 同左額定功率因數(shù) cos 0.8 (滯后) 同左工作制 S1 S1中心高 mm 160400 同左主要性能指標：穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率 % 0.5 、1 同左動態(tài)性能 突加、突減60%IN 、cos0.4，電壓變化在85-120% 額定電壓范圍內(nèi)，穩(wěn)定時間不超過 1S。 短路特性 可提供3 IN 持續(xù)短路電流，2S。波形畸變率 5% 同左并聯(lián)運行 能可靠并聯(lián)運行 同左調(diào)壓指標較差，靠人工調(diào)節(jié)可達到額定輸出。該系列電機具有調(diào)壓精度高、效率高、體積小、重量輕等特點。該系列電機已取得中

10、國船級社船檢型試認可。2TZHW系列(xli)（陸用）無刷三相同步發(fā)電機TFXW-H系列(xli)（船用）無刷三相同步發(fā)電機TZHW系列（陸用）無刷三相同步(tngb)發(fā)電機與TFXW-H系列（船用）無刷三相同步發(fā)電機基本結(jié)構(gòu)型式相同。TFXW-H系列（船用）是在TZHW系列（陸用）無刷三相同步發(fā)電機的基礎上作了適應船用的要求的改型而得來。額定參數(shù)：額定功率范圍 4極 24-1000kW 6極 160700kW 額定電壓 400V 額定頻率 50HZ 額定轉(zhuǎn)速 1500 、1000 r/min 額定功率因數(shù) cos 0.8 (滯后) 工作制 S1 中心高 225400 mm 主要性能指標：穩(wěn)態(tài)

11、電壓調(diào)整率 0.5% 、1%動態(tài)性能 突加、突減60%IN 、cos0.4，電壓變化在85-120% 額定電壓范圍內(nèi)，穩(wěn)定時間不超過 1S。短路特性 可提供3 IN 持續(xù)短路電流，2S。波形畸變率 5%并聯(lián)運行 能可靠并聯(lián)運行超速 1.2nN 符合標準 GB IEC TZHW系列（陸用）、TFXW-H系列（船用）無刷同步發(fā)電機是蘭電在引進德國AEG公司DKBH系列的基礎上自行開好的新一代產(chǎn)品。該系列繼承了AEG公司DKBH系列的優(yōu)點，結(jié)合國情、廠情進行了超速 1.2nN 符合標準 GB 、IEC 、VDE 同左該系列電機為雙軸承支承結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶需要，可制成單軸承結(jié)構(gòu)。機座為鋼板制造，轉(zhuǎn)子沖片

12、為整園凸極型式，在轉(zhuǎn)子磁極下端裝有付勵磁機，這是一種磁復合的無刷勵磁型式，它能隨著負載的變化改變付勵磁機的輸出電壓，強勵性能好，當電壓調(diào)節(jié)器損壞時，發(fā)電機還能供電，不過不可控時改進：（1） 勵磁方式：DKBH系列采用付勵磁機裝在轉(zhuǎn)子磁極下端磁復合的方式，使付勵磁機輸出電壓隨負載改變而變化，從而改善了發(fā)電機的動態(tài)性能、短路特性等。蘭電集多年生產(chǎn)相復勵勵磁同步發(fā)電機的經(jīng)驗，改用相復勵無刷勵磁系統(tǒng)，這樣既保持了強勵性能好、當電壓調(diào)節(jié)器損壞時，發(fā)電機還能供電的優(yōu)點，且在電壓調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障時，在不可控狀態(tài)下，仍具有較好的調(diào)壓性能，堅持正常工作。（2） 電磁方案從新進行了優(yōu)化，定子沖片采用扇形片結(jié)構(gòu)，節(jié)省

13、了材料。（3） 機座采用鑄鐵(zhti)制成，鑄鐵結(jié)構(gòu)整體性好，剛性好、吸振性好。同時，有利于加工制造，適合批量生產(chǎn)，降低成本。但表觀質(zhì)量稍差，重量偏重。蘭電為改進表觀質(zhì)量，設計制造了八角形（或園形）樹脂砂鑄造的鑄件，表觀質(zhì)量得到了較大改善。（4）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重新進行了安排該系列電機具有調(diào)壓精度高、動態(tài)性能好、效率高、體積小等特點。TFXW-H系列無刷三相同步(tngb)發(fā)電機已取得中國船級社船檢型式認可，3TZH系列(xli)（陸用）、TFX-H系列（船用）三相同步發(fā)電機額定參數(shù)： 額定功率范圍 4極 12-250kW 6極 150200kW額定電壓 400V額定頻率 50HZ 額定轉(zhuǎn)速 150

14、0、1000 r/min 額定功率因數(shù)cos 0.8 (滯后) 工作制 S1 中心高 180-355 mm 主要性能指標：穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率 3%(陸用)、2.5%(船用) 配上自動電壓調(diào)節(jié)器可達1% 動態(tài)性能 突加、突減60%IN 、cos0.4，電壓變化在85-120% 額定電壓范圍內(nèi)，穩(wěn)定時間不超過 1S。短路特性 可提供3 IN 持續(xù)短路電流，2S。波形畸變率 5%并聯(lián)運行 能可靠并聯(lián)運行超速 1.2nN 符合標準 GB、IEC 這兩個系列三相同步發(fā)電機分別在80年代榮獲國家銀質(zhì)獎，該電機結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、啟動異步電動機能力強、使用維護方便。TFX-H系列已取得國家船級社船檢型式認可。缺

15、點：產(chǎn)品設計較早，采用有刷靜止勵磁方式，絕緣等級為B級，體積較大，但很多用戶仍然非常歡喜使用該產(chǎn)品。4TFS系列三次諧勵磁三相同步發(fā)電機額定參數(shù)： 額定功率范圍 2050kW額定電壓 400V 額定頻率 50HZ 額定轉(zhuǎn)速 1500 r/min 額定功率因數(shù)cos 0.8 (滯后) 工作制 S1 中心高 200225 mm 主要性能指標：穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率 2% 動態(tài)性能 突加、突減60%IN 、cos0.4,電壓變化在85-120%額定電壓范圍內(nèi)，穩(wěn)定時間不超過 1S。短路特性 可提供3 IN 持續(xù)短路電流，2S。波形畸變率 5%并聯(lián)運行 能可靠并聯(lián)運行超速 1.2nN 符合標準 GB、IEC

16、三次諧波勵磁(l c)三相同步發(fā)電機是蘭電根據(jù)市場需要，90年代開發(fā)的價格低廉的有刷同步發(fā)電機，其價格約為蘭電其它系列發(fā)電機的2/3，以滿足不同層次的用戶的需要。5特種(tzhng)、軍工用發(fā)電機蘭電根據(jù)市場需求，開發(fā)了特種、軍工用發(fā)電(fdin)機，有工頻、中頻、雙頻、變頻、變流、雙流等特殊用途或軍工用的發(fā)電機。例如涉水工頻無刷三相同步發(fā)電機，可在電機涉水后，立即發(fā)電。各種中頻發(fā)電機，在動態(tài)性能、電壓波形畸變率、三相電壓相角差等諸方面均有較大的提高，符合美國MIL軍用標準和北大西洋公約組織標準。每年產(chǎn)值達30004000萬元。近期開發(fā)了風力異步發(fā)電機，容量為3001000kW。最近又分別與清

17、華大學和沈陽工業(yè)大學合作開發(fā)了600、1000kW雙饋風力發(fā)電機及其控制系統(tǒng)。蘭電還根據(jù)市場需求，開發(fā)了中、大型高壓三相同步發(fā)電機，其電壓等級為6.3kV、10.5kV，容量范圍為4005000kW，極數(shù)為412極。蘭州電機有限責任公司是西北地區(qū)最大的電機和發(fā)電設備制造企業(yè)、國家一級企業(yè)，1994年在全國同行業(yè)中率先通過了ISO9001質(zhì)量體系認證，同年被列為“國家認定企業(yè)技術(shù)中心”。蘭電1958年建廠，按照國家三線建設的部署，是從湘潭電機廠、上海革新電機廠、哈爾濱電機廠搬遷千余人發(fā)展起來的。蘭電中小型三相同步發(fā)電機的發(fā)展是在上海革新電機廠搬遷的基礎上，在上海電科所的指導下，經(jīng)過蘭電人的努力，

18、從無到有，從小到大。已形成年產(chǎn)15000臺，150萬千瓦的生產(chǎn)能力。近年來電力緊張，蘭電三相同步發(fā)電機也出現(xiàn)了供不應求的現(xiàn)象，預計今年產(chǎn)三相同步發(fā)電機產(chǎn)量將超過2億元，船用三相同步發(fā)電機產(chǎn)量將超過3000臺。三發(fā)展展望中小型同步發(fā)電機行業(yè)的技術(shù)發(fā)展展望：（） 全密封低噪聲和低振動的精密軸承。（） 先進的導磁材料（如以冷代熱），導電材料及工程塑料和電子器件的應用，使發(fā)電機向小型、輕量、節(jié)能、智能化方向發(fā)展。（） 全面推廣F級和H級絕緣，采用無刷溶劑滾浸，真空壓力浸漆工藝。（） 采用鋼板機殼制造技術(shù)及少切削無要削加工技術(shù)。（） 計算機輔助設計（CAD）。（） 機電(jdin)一體化技術(shù)。為滿足各行

19、業(yè)的需求，應改變同步電機品種規(guī)格少、派生及專用產(chǎn)品少的現(xiàn)象，同步發(fā)電機的開發(fā)和發(fā)展應考慮到新能源開發(fā)、船舶、運輸、石油化工等的發(fā)展需要(xyo)以及技術(shù)發(fā)展的潮流。預計可以得到發(fā)展的中小型同步電機產(chǎn)品有：發(fā)展安裝結(jié)構(gòu)派生的單軸承發(fā)電機，防護結(jié)構(gòu)派生的IP44發(fā)電機，用途派生的多頻多壓發(fā)電機，發(fā)展專用、特殊用途的發(fā)電機系列（微型水力發(fā)電機、風力發(fā)電機、正弦波試驗電源發(fā)電機），軸帶發(fā)電機和變速恒頻發(fā)電機，高效率永磁同步電動機，高壓中小同步發(fā)電機和電動機。無級調(diào)速中小同步電動機、中頻發(fā)電機、油田鉆井電站發(fā)電機及海上石油平臺專用發(fā)電機等。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)(xtng)概述摘要：本文針對熱電分廠所用的勵磁方

20、式，對各勵磁系統(tǒng)的情況進行分析總結(jié)。 關(guān)鍵詞：勵磁方式 勵磁調(diào)節(jié)器 電子開關(guān) 放大器 勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，它是供給同步發(fā)電機勵磁電源的一套系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)一般由兩部分組成：（如圖一所示）一部分用于向發(fā)電機的磁場繞組提供直流電流，以建立直流磁場，通常稱作勵磁功率輸出部分（或稱勵磁功率單元）。另一部分用于在正常運行或發(fā)生故障時調(diào)節(jié)勵磁電流，以滿足安全運行的需要，通常稱作勵磁控制部分（或稱勵磁控制單元或勵磁調(diào)節(jié)器）。在電力系統(tǒng)的運行中，同步發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)起著重要的作用，它不僅控制發(fā)電機的端電壓，而且還控制發(fā)電機無功功率、功率因數(shù)和電流等參數(shù)。在電力系統(tǒng)正常運行的情況下，維持發(fā)電機

21、或系統(tǒng)的電壓水平；合理分配發(fā)電機間的無功負荷；提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性，所以對勵磁系統(tǒng)必須滿足以下要求：圖 一1、常運行(ynxng)時，能按負荷電流和電壓的變化調(diào)節(jié)（自動或手動）勵磁電流，以維持電壓在穩(wěn)定值水平(shupng)，并能穩(wěn)定地分配機組間的無功負荷。2、應有足夠的功率輸出，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障，電壓降低時，能迅速地將發(fā)電機地勵磁電流加大至最大值（即頂值），以實現(xiàn)發(fā)動機安全、穩(wěn)定(wndng)運行。3、勵磁裝置本身應無失靈區(qū)，以利于提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定，并且動作應迅速，工作要可靠，調(diào)節(jié)過程要穩(wěn)定。我熱電分廠現(xiàn)共有三期工程，5臺同步發(fā)電機采用了3種勵磁方式:1、圖二為一期兩臺QF

22、G-6-2型發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)方框圖。 圖 二2、圖三為二期兩臺QF2-12-2型發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)方框圖。圖 三3、圖四為三期一臺QF2-12-2型發(fā)電機的勵磁(l c)系統(tǒng)方框圖圖 四一、三種發(fā)電機勵磁系統(tǒng)(xtng)的組成一期是交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流器的勵磁系統(tǒng)(xtng)，即無刷勵磁系統(tǒng)。如圖二所示，它的副勵磁機是永磁發(fā)電機，其磁極是旋轉(zhuǎn)的，電樞是靜止的，而交流勵磁機正好相反，其電樞、硅整流元件、發(fā)電機的勵磁繞組都在同一軸上旋轉(zhuǎn)，不需任何滑環(huán)與電刷等接觸元件，這就實現(xiàn)了無刷勵磁。二期是自勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)。如圖三所示，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組由專用的直流勵磁機DE供電，調(diào)整勵磁機磁場電阻Rc可改變勵磁機勵磁電流中的IRC從而達到調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的目的。三期采用的是靜止勵磁系統(tǒng)。這類勵磁系統(tǒng)不用勵磁機，由機端勵磁變壓器供給整流器電源，經(jīng)三相全控整流橋控制發(fā)電機的勵磁電流。二、勵磁電流的產(chǎn)生及輸出一期勵磁系統(tǒng)原理圖如圖五所示。其中主勵磁機的勵磁圖 五 勵磁(l c)系統(tǒng)原理圖電源由永磁機的定子繞組