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三相同步發(fā)電機的工作原理控制及維護保養(yǎng)原理
柴油發(fā)電機組是常用的備用電源,由于它以柴油發(fā)動機燃燒柴油為動力,帶動發(fā)電機發(fā)出與市電同樣性質(zhì)的電力,所以用在市電斷電后需要后備電源供電幾小時以上的場合。從性能價格比、對工作環(huán)境的要求、帶非線性負載能力方面考慮,采用柴油發(fā)電機組比使用很多大容量蓄電池的長延時UPS往往具有一定的優(yōu)勢。但是柴油發(fā)電機組在市電斷電后需要十秒鐘左右才能發(fā)出穩(wěn)定的電力,這就大不如UPS可不間斷供電的特點。因此,柴油發(fā)電機組和UPS通常是取其各自的優(yōu)勢構(gòu)成一個完善的、可靠的電源系統(tǒng),以確保重要設(shè)備的不間斷供電。
柴油發(fā)電機組一般是采用同步發(fā)電機(也俗稱電球)將柴油發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)為電能。各種用電設(shè)備要依靠它發(fā)出的電力工作,因此對同步發(fā)電機的工作性能要求是很高的。
1 同步發(fā)電機的工作原理
同步發(fā)電機是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的。主要組成部分如圖1。現(xiàn)代交流發(fā)電機通常由兩部分線圈構(gòu)成;為了提高磁場的強度,一部分線圈繞在一個導(dǎo)磁性能良好的金屬片疊成的圓筒內(nèi)壁的凹槽內(nèi),這個圓筒固定在機座上稱為定子。定子內(nèi)的線圈可輸出感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,所以又稱其為電樞。發(fā)電機的另一部分線圈則繞在定子圓筒內(nèi)的一導(dǎo)磁率強的金屬片疊成的圓柱體的凹槽內(nèi),稱為轉(zhuǎn)子。一根軸穿過轉(zhuǎn)子中心并將其緊固在一起,軸兩端與機座構(gòu)成軸承支撐。轉(zhuǎn)子與定子內(nèi)壁之間保持小而均勻的間隙且可靈活轉(zhuǎn)動。這叫做旋轉(zhuǎn)磁場式結(jié)構(gòu)的無刷同步發(fā)電機。
工作時,轉(zhuǎn)子線圈通以直流電形成直流恒定磁場,在柴油機的帶動下轉(zhuǎn)子快速旋轉(zhuǎn),恒定磁場也隨之旋轉(zhuǎn),定子的線圈被磁場磁力線切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,發(fā)電機就發(fā)出電來?！ ?
1—前端蓋;2—出風(fēng)蓋板;3—軸承;4—定子;5—端子箱側(cè)板;6—電壓調(diào)節(jié)器;7—調(diào)節(jié)器支架;8—端子箱頂蓋;9—端子箱前后板;10—接線板;11—接線板支架;12—端子箱側(cè)板;13—吊攀;14—軸承蓋;15—進風(fēng)蓋板;16—后端蓋;17—勵磁定子;18—勵磁定子固定螺栓;19—軸承;20—旋轉(zhuǎn)整流器;21—勵磁電樞;22—接地牌;23—轉(zhuǎn)子;24—風(fēng)扇;25—永磁機機殼;26—永磁機轉(zhuǎn)軸;27—永磁機轉(zhuǎn)子;28—永磁機定子;29—永磁機定子固定螺栓;30—永磁機轉(zhuǎn)子固定螺栓;31—墊圈;32—永磁機蓋板
圖1 雙軸承發(fā)電機剖視圖
轉(zhuǎn)子及其恒定磁場被柴油機帶動快速旋轉(zhuǎn)時,在轉(zhuǎn)子與定子之間小而均勻的間隙中形成一個旋轉(zhuǎn)的磁場,稱為轉(zhuǎn)子磁場或主磁場。平常工作時發(fā)電機的定子線圈即電樞都接有負載,定子線圈被磁場磁力線切割后產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過負載形成感應(yīng)電流,此電流流過定子線圈也會在間隙中產(chǎn)生一個磁場,稱為定子磁場或電樞磁場。這樣在轉(zhuǎn)子、定子之間小而均勻的間隙中出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場,這兩個磁場相互作用構(gòu)成一個合成磁場。發(fā)電機就是由合成磁場的磁力線切割定子線圈而發(fā)電的。由于定子磁場是由轉(zhuǎn)子磁場引起的,且它們之間總是保持著一先一后并且同速的同步關(guān)系,所以稱這種發(fā)電機為同步發(fā)電機。同步發(fā)電機在機械結(jié)構(gòu)和電器性能上都具有許多優(yōu)點。
2 同步發(fā)電機的調(diào)控
同步發(fā)電機在其額定負載范圍內(nèi)允許帶各種用電負荷。這些負荷的輸入特性會直接影響發(fā)電機的輸出電壓;當(dāng)負載為純電阻性時,因為同步發(fā)電機的定子端電壓——電樞端電壓與負載電流是同相的,所以使得轉(zhuǎn)子磁場的前一半被定子磁場削弱,而后一半又被定子磁場加強,一周內(nèi)合成磁場平均值不變,發(fā)電機輸出電壓不變。負載呈現(xiàn)為純電感性時,則因負載電流滯后電樞端電壓90°而使得定子磁場削弱了轉(zhuǎn)子磁場,合成磁場降低,造成發(fā)電機輸出電壓下降。若負載是純電容性的,負載電流就會超前電樞端電壓90°,從而使定子磁場加強了轉(zhuǎn)子磁場,合成磁場增大,發(fā)電機輸出電壓上升。可見;合成磁場是使發(fā)電機性能變化的一個重要因素。而合成磁場中起主要作用的是轉(zhuǎn)子磁場即主磁場,因此,調(diào)控轉(zhuǎn)子磁場就可以調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的輸出電壓改善其帶負載能力,從而達到在額定負荷范圍內(nèi)穩(wěn)住發(fā)電機輸出電壓的目的。
(1)同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子的勵磁
所謂勵磁即是向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供直流電使其產(chǎn)生直流電磁場的過程。同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子凹槽內(nèi)的線圈就是由稱做勵磁機的一個專門的設(shè)備為其供以直流電形成直流磁場的。早期的發(fā)電機是采用單獨的勵磁機給轉(zhuǎn)子線圈提供直流電的,系統(tǒng)龐大而復(fù)雜。隨著技術(shù)的進步,現(xiàn)代同步發(fā)電機都是將發(fā)電機與勵磁機組裝在一起構(gòu)成一個完整的發(fā)電機。
勵磁機其實就是個小發(fā)電機,它的工作原理與同步發(fā)電機一樣。所不同的是它的定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈所起的作用與同步發(fā)電機——主發(fā)電機正好相反;固定在主發(fā)電機定子旁的勵磁機的定子線圈通以直流電形成直流磁場,而安裝在主發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸上的勵磁機的轉(zhuǎn)子線圈成為輸出電動勢的電樞。勵磁機的轉(zhuǎn)子與定子內(nèi)壁之間也是保持著小而均勻的間隙。這也稱為旋轉(zhuǎn)電樞式結(jié)構(gòu)的無刷同步發(fā)電機。安裝在主發(fā)電機定子旁的勵磁機定子線圈的直流電,是由主發(fā)電機定子線圈即電樞的部分輸出電壓經(jīng)整流后而得到的。與主發(fā)電機轉(zhuǎn)子同軸安裝的勵磁機轉(zhuǎn)子線圈在其定子線圈產(chǎn)生的磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)、切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,經(jīng)同軸安裝在它旁邊的整流器也就是旋轉(zhuǎn)整流器變成直流電流,輸?shù)街靼l(fā)電機的轉(zhuǎn)子線圈使其產(chǎn)生直流轉(zhuǎn)子磁場。從而達到了對主發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈勵磁的要求。
(2)同步發(fā)電機輸出電壓的調(diào)控
調(diào)控的目的就是實現(xiàn)在同步發(fā)電機額定負荷范圍內(nèi)穩(wěn)住輸出電壓。調(diào)控技術(shù)的理念是實時地從主發(fā)電機電樞取得電壓和電流,經(jīng)整流和負反饋調(diào)理后供給勵磁機的定子線圈,使其產(chǎn)生變化規(guī)律與主發(fā)電機輸出電壓變化規(guī)律相反的直流電磁場,這個磁場也必然使勵磁機轉(zhuǎn)子電樞的輸出電壓及旋轉(zhuǎn)整流器供給主發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈的直流電流按同樣的規(guī)律而變化。從而起到實時調(diào)節(jié)主發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場大小,使主發(fā)電機在額定負荷范圍內(nèi)保持良好輸出特性的作用。
