同步發(fā)電機負(fù)載運行特性

當(dāng)發(fā)電機接上對稱負(fù)載后，電樞繞組中的三相電流會產(chǎn)生另一個旋轉(zhuǎn)磁場，稱電樞反應(yīng)磁場。其轉(zhuǎn)速正好與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn) 。

作發(fā)電機運行的同步電機是一種最常用的交流發(fā)電機。在現(xiàn)代電力工業(yè)中，它廣泛用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電以及柴油機發(fā)電。由于同步發(fā)電機一般采用直流勵磁，當(dāng)其單機獨立運行時，通過調(diào)節(jié)勵磁電流，能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓。若并入電網(wǎng)運行，因電壓由電網(wǎng)決定，不能改變，此時調(diào)節(jié)勵磁電流的結(jié)果是調(diào)節(jié)了電機的功率因數(shù)和無功功率。

同步發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與同步電機相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步發(fā)電機中電樞繞組采用單相。

表征同步發(fā)電機性能的主要是空載特性和負(fù)載運行特性。這些特性是用戶選用發(fā)電機的重要依據(jù) 。

發(fā)電機不接負(fù)載時，電樞電流為零，稱為空載運行。此時電機定子的三相繞組只有勵磁電流

旋轉(zhuǎn)磁極式

（大多數(shù)同步發(fā)電機）：磁極在轉(zhuǎn)子上，電樞繞組在定子上。轉(zhuǎn)子又分為：

1.隱極：高速電機（汽輪機）、分布繞組；

2.凸極：低速電機（水輪機）、集中繞組。

旋轉(zhuǎn)電樞式

（小容量或特殊用途，如同步電機交流勵磁機）：磁極在定子上，電樞繞組在轉(zhuǎn)子上 。

主要指外特性和調(diào)整特性。外特性是當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定值、勵磁電流和負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時，發(fā)電機端電壓U與負(fù)載電流I之間的關(guān)系,如圖《原理圖》所示。調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時,勵磁電流If與負(fù)載電流I之間的關(guān)系。圖2中還顯示出電阻性、電容性和電感性3種負(fù)載的情況。由于電樞反應(yīng)磁場影響的不同，三者的曲線也不一樣。在外特性中，從空載到額定負(fù)載時電壓的變化程度稱為電壓變化率△U，常用百分?jǐn)?shù)表示。

同步發(fā)電機的電壓變化率約為20～40%。一般工業(yè)和家用負(fù)載都要求電壓保持基本不變。為此，隨著負(fù)載電流的增大,必須相應(yīng)地調(diào)整勵磁電流。雖然調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純電阻性負(fù)載，它是上升的，而在容性負(fù)載下，一般是下降的 。

（1）主磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場，即建立起主磁場。

（2）載流導(dǎo)體：三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流的載體。

（3）切割運動：原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機輸入機械能），極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵磁磁場）。

（4）交變電勢的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動，電樞繞組中將會感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。

（5）感應(yīng)電勢 有效值：每相感應(yīng)電勢的有效值.

（6）感應(yīng)電勢頻率： 感應(yīng)電勢的頻率決定于同步電機的轉(zhuǎn)速n 和極對數(shù)p。

（7）交變性與對稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，使得感應(yīng)電勢的極性交變；由于電樞繞組的對稱性，保證了感應(yīng)電勢的三相對稱性。

（8）同步轉(zhuǎn)速 從供電品質(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是一個不變的值，這就要求發(fā)電機的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。我國電網(wǎng)的頻率為50Hz 。

在同步發(fā)電機的銘牌上，規(guī)定了同步發(fā)電機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)和運行方式。這些數(shù)據(jù)，就是同步發(fā)電機的額定值，在使用中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守。

同步電機的額定值主要有：

（1）額定容量SN（或額定功率PN）。對同步發(fā)電機來說，額定容量SN是是之處線端輸出的額定視在功率，一般以KVA（千伏安）或MVA（兆伏安）為單位；額定功率PN是指發(fā)電機輸出的額定有功功率，也就是說，在額定運行時（額定頻率、電壓、電流、功率因數(shù)），同步發(fā)電機所能發(fā)出的最大的有功功率。一般以KW（千瓦）或MW（兆瓦，即百萬瓦）為單位。對同步發(fā)電機，通過額定容量（SN）可以確定額定電流，通過額定功率（PN）可以確定配套的原動機的容量

（2） 額定電壓UN：是指額定運行時發(fā)電機三相定子繞組的三相電壓值，單位為V(伏)或kV(千伏)。同步發(fā)電機在此值運行，繞組的升溫不會超過允許的范圍。同步發(fā)電機一般接成Y連接，同步電動機有Y連接或△連接。

（3）額定電流In：是指發(fā)電機在額定運行時，流過定子繞組的電流，單位為A（安）。

（4）額定效率ηN:是指電機在額定的運行時的效率。它是指發(fā)電機有功輸出功率和額有功輸入功率之比（%）。有功輸出功率等于輸入功率減去發(fā)電機總消耗。

（5）額定功率因數(shù)cosΦN：是指在額定運行情況下，發(fā)電機組的有功功率和額定容量的比值，即額定運行時，發(fā)電機組每個相定子電壓與電流之間的相位差的余值。 （cosΦN=PN/SN） 一般發(fā)電機組的cosΦN=0.8

（6）額定頻率fn:是指額定運行情況下，交流電的頻率，單位為Hz（赫茲）。我國規(guī)定使用交流電的頻率為50Hz.

（7）額定轉(zhuǎn)速nN:是指發(fā)電機在額定運行時，每分鐘的轉(zhuǎn)速數(shù)，單位為r/min（轉(zhuǎn)/分）

（8）額定勵磁電壓UfN：是指發(fā)電機在運行時，所需要的勵磁電壓，單位為V（伏）

（9）額定勵磁電流IfN:是指發(fā)電機在額定運行時。流過勵磁繞組的電流，單位為A（安）

同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)按其轉(zhuǎn)速分為高速和低（中）速兩種。

前者多用于火電廠和核電站；后者多與低速水輪機或柴油機聯(lián)動。在結(jié)構(gòu)上，高速同步發(fā)電機多用隱極式轉(zhuǎn)子，低（中）速同步發(fā)電機多用凸極式轉(zhuǎn)子 。

發(fā)電機過熱

（1）發(fā)電機沒有按規(guī)定的技術(shù)條件運行，如定子電壓過高，鐵損增大；負(fù)荷電流過大，定子繞組銅損增大；頻率過低，使冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變慢，影響發(fā)電機散熱；功率因數(shù)太低，使轉(zhuǎn)子勵磁電流增大，造成轉(zhuǎn)子發(fā)熱。應(yīng)檢查監(jiān)視儀表的指示是否正常。如不正常，要進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)和處理，使發(fā)電機按照規(guī)定的技術(shù)條件運行。

（2）發(fā)電機的三相負(fù)荷電流不平衡，過載的一相繞組會過熱；若三相電流之差超過額定電流的10%，即屬于嚴(yán)重三相電流不平衡，三相電流不平衡會產(chǎn)生負(fù)序磁場，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發(fā)熱。應(yīng)調(diào)整三相負(fù)荷，使各相電流盡量保持平衡。

（3）風(fēng)道被積塵堵塞，通風(fēng)不良，造成發(fā)電機散熱困難。應(yīng)清除風(fēng)道積塵、油垢、使風(fēng)道暢通無阻。

（4）進(jìn)風(fēng)溫度過高或進(jìn)水溫度過高，冷卻器有堵塞現(xiàn)象。應(yīng)降低進(jìn)風(fēng)或進(jìn)水溫度清除冷卻器內(nèi)的堵塞物。在故障未排除前，應(yīng)限制發(fā)電機負(fù)荷，以降低發(fā)電機溫度。

（5）軸承加潤滑脂過多或過少，應(yīng)按規(guī)定加潤滑脂，通常為軸承室的1/2~1/3（轉(zhuǎn)速低的取上限，轉(zhuǎn)速高的取下限），并以不超過軸承室的70%為宜。

（6）軸承磨損。若磨損不嚴(yán)重，使軸承局部過熱；若磨損嚴(yán)重，有可能使定子和轉(zhuǎn)子摩擦，造成定子和轉(zhuǎn)子避部過熱。應(yīng)檢查軸承有無噪音，若發(fā)現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子摩擦，應(yīng)立即停機進(jìn)行檢修或更換軸承。

（7）定子鐵芯絕緣損壞，引起片間短路，造成鐵芯局部的渦流損失增加而發(fā)熱，嚴(yán)重時會使定子繞組損壞。應(yīng)立即停機進(jìn)行檢修。

（8）定子繞組的并聯(lián)導(dǎo)線斷裂，使其他導(dǎo)線的電流增大而發(fā)熱。應(yīng)立即停機進(jìn)行檢修 。

發(fā)電機中性線對地有異常電壓

（1）正常情況下，由于高次諧波影響或制造工藝等原因造成各磁極下的氣隙不均、磁勢不等而出現(xiàn)的很低電壓，若電壓在一至數(shù)伏，不會有危險，不必處理。

（2）發(fā)電機繞組有短路或?qū)Φ亟^緣不良，導(dǎo)致電設(shè)備及發(fā)電機性能變壞，容易發(fā)熱，應(yīng)及時檢修，以免事故擴大。

（3）空載時中性線對地?zé)o電壓，而有負(fù)荷時出現(xiàn)電壓，是由于三相不平衡引起的，應(yīng)調(diào)整三相負(fù)荷使其基本平衡。

電流過大

（1）負(fù)荷過大，應(yīng)減輕負(fù)荷

（2）輸電線路發(fā)生相間短路或接地故障，應(yīng)對線路進(jìn)行檢修，故障排除后即可恢復(fù)正常。

電壓過高

（1）與電網(wǎng)并列的發(fā)電機電網(wǎng)電壓過高，應(yīng)降低并列的發(fā)電機的電壓。

（2）勵磁裝置的故障引起過勵磁，應(yīng)及時檢修勵磁裝置。

功率不足

由于勵磁裝置電壓源復(fù)勵補償不足，不能提供電樞反應(yīng)所需的勵磁電流，使發(fā)電機端電壓低于電網(wǎng)電壓，送不出額定無功功率，應(yīng)采取下列措施：

（1）在發(fā)電機與勵磁電抗器之間接入一臺三相調(diào)壓器，以提高發(fā)電機端電壓，使勵磁裝置的磁勢逐漸增大。

（2）改變勵磁裝置電壓磁通勢與發(fā)電機端電壓的相位，使合成總磁通勢增大，可在電抗器每相繞組兩端并聯(lián)數(shù)千歐、10W的電阻。

（3）減小變阻器的阻值，使發(fā)電機的勵磁電流增大。

定子繞組絕緣擊穿、短路

（1）定子繞組受潮。對于長期停用或經(jīng)較長時間檢修的發(fā)電機、投入運行前應(yīng)測量絕緣電阻，不合格者不準(zhǔn)投入運行。受潮發(fā)電機要進(jìn)行烘干處理。

（2）繞組本身缺陷或檢修工藝不當(dāng)，造成繞組絕緣擊穿或機械損傷。應(yīng)按規(guī)定的絕緣等級選擇絕緣材料，嵌裝繞組及浸漆干燥等要嚴(yán)格按工藝要求進(jìn)行。

（3）繞組過熱。絕緣過熱后會使絕緣性能降低，有時在高溫下會很快造成絕緣擊穿。應(yīng)加強日常的巡視檢查，防止發(fā)電機各部分發(fā)生過熱而損壞繞組絕緣 。

（4）絕緣老化。一般發(fā)電機運行15~20年以上，其繞組絕緣老化，電氣性能變化，甚至使絕緣擊穿。要做好發(fā)電機的檢修及預(yù)防性試驗，若發(fā)現(xiàn)絕緣不合格，應(yīng)及時更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組，以延長發(fā)電機的使用壽命。

（5）發(fā)電機內(nèi)部進(jìn)入金屬異物，在檢修發(fā)電機后切勿將金屬物件、零件或工具遺落到定子膛中；綁緊轉(zhuǎn)子的綁扎線、緊固端部零件，以不致發(fā)生由于離心力作用而松脫。

（6）過大電壓擊穿：1）線路遭受雷擊，而防雷保護(hù)不完善。應(yīng)完善防雷保護(hù)設(shè)施。2）誤操作，如在空載時，將發(fā)電機電壓升得過高。應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程對發(fā)電機進(jìn)行升壓，防止誤操作。3）發(fā)電機內(nèi)部過電壓，包括操作過電壓、弧光接地過電壓和諧振過電壓等，應(yīng)加強繞組絕緣預(yù)防性試驗，及時發(fā)現(xiàn)和消除定子繞組絕緣中存在的缺陷。

定子鐵芯松弛

由于制造裝配不當(dāng)，鐵芯沒有緊固好。如果是整個鐵芯松弛，對于小型發(fā)電機，可用兩塊小于定子繞組端部內(nèi)徑的鐵板，穿上雙頭螺栓，收緊鐵芯。待恢復(fù)原形后，再將鐵芯原來夾緊螺栓緊因。如果局部性鐵芯松弛，可先在松弛片間涂刷硅鋼片漆，再在松弛部分打入硬質(zhì)絕緣材料即可 。

鐵芯片間短路

（1）鐵芯疊片松弛，當(dāng)發(fā)電機運轉(zhuǎn)時鐵芯產(chǎn)生振動而損壞絕緣；鐵芯片個別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過熱，使絕緣老化，就按原計劃條中的方法進(jìn)行處理。

（2）鐵芯片邊緣有毛刺或檢修時受機械損傷。應(yīng)用細(xì)銼刀除去毛刺，修整損傷處，清潔表面，再涂上一層硅鋼片漆。

（3）有焊錫或銅粒短接鐵芯，應(yīng)刮除或鑿除金屬熔接焊點，處理好表面。

（4）繞組發(fā)生弧光短路，也可能造成鐵芯短路，應(yīng)將燒損部分用鑿子清除后，處理好表面。

發(fā)電機失去剩磁，起動時不能發(fā)電

（1）停機后經(jīng)常失去剩磁，是由于勵磁機磁極所用的材料接近軟鋼，剩磁較少。當(dāng)停機后勵磁繞組沒有電流時磁場就消失，應(yīng)備有蓄電池，在發(fā)電前先進(jìn)行充磁。

（2）發(fā)電機的磁極失去磁性，應(yīng)在繞組中通入比額定電流大的直流電流（時間很短）進(jìn)行充磁，即能恢復(fù)足夠的剩磁。

自動勵磁裝置的勵磁電抗器溫度過高

（1）電抗器線圈局部短路，應(yīng)檢修電抗器。

（2）電抗器磁路的氣隙過大，應(yīng)調(diào)整磁路氣隙。

發(fā)電機起動后，電壓升不起來

（1）勵磁回路斷線，使電壓升不起來。應(yīng)檢查勵磁回路有無斷線，接觸是否良好。

（2）剩磁消失，如果勵磁機電壓表無指示說明剩磁消失，應(yīng)對勵磁機充磁。

（3）勵磁機的磁場線圈極性接反，應(yīng)將它的正、負(fù)連接線對換。

（4）在發(fā)電機檢修中做某些試驗時誤把磁場線圈通以反向直流電，導(dǎo)致剩磁消失或反向，應(yīng)重新進(jìn)行充磁 。

發(fā)電機振蕩失步

正常情況下，發(fā)電機發(fā)出的功率是和負(fù)荷功率相平衡的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障或發(fā)電機大幅度甩負(fù)荷時，發(fā)電機的功率就與用戶的負(fù)荷不相平衡。要想調(diào)整負(fù)荷使其平衡，由于轉(zhuǎn)子慣性和調(diào)速器延時需要一個過程，在此期間，發(fā)電機的穩(wěn)定運行將被破壞，使發(fā)電機產(chǎn)生振蕩。如果事故嚴(yán)重，甚至?xí)拱l(fā)電機與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機振蕩失步時，值班人員應(yīng)通過增加勵磁電流來創(chuàng)造恢復(fù)同步的條件；也可適當(dāng)調(diào)整該機的負(fù)荷，以幫助恢復(fù)同步。

發(fā)電機振動

（1）轉(zhuǎn)子不圓或平衡未調(diào)整好，應(yīng)嚴(yán)格制造和安裝質(zhì)量或重新調(diào)整轉(zhuǎn)子的平衡。

（2）轉(zhuǎn)軸彎曲，可采用研磨法、加熱法及錘擊法等校正轉(zhuǎn)軸。

（3）聯(lián)軸節(jié)連接不正，應(yīng)重新高速聯(lián)軸節(jié)配合螺栓的夾緊力，必要時聯(lián)軸節(jié)端面需重新加工。

（4）結(jié)構(gòu)部件共振，可通過改變結(jié)構(gòu)部件的支持方法來改變它固有的頻率。

（5）勵磁繞組層間短路，應(yīng)檢修勵磁繞組，并進(jìn)行絕緣處理。

（6）供油量或油壓不足，應(yīng)加大噴嘴直徑升高油壓；加大供油口減小間隙。

（7）供油量過大或油壓過高，就減小噴嘴直徑，降低油壓，提高面積壓力，增大間隙。

（8）定子鐵芯裝配松動，應(yīng)重新裝壓鐵芯。

（9）軸承密封過緊，使轉(zhuǎn)軸局部過熱、彎曲。應(yīng)檢查和調(diào)整軸承密封，使其與軸有適當(dāng)配合間隙。

（10）發(fā)電機通風(fēng)系統(tǒng)不對稱，應(yīng)注意定子鐵芯兩端擋風(fēng)板及轉(zhuǎn)子支架擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)布置和尺寸的選擇，使風(fēng)路系統(tǒng)對稱，增強蓋板、擋風(fēng)板的剛度并緊固牢靠。

同步發(fā)電機的外特性一般指在內(nèi)電勢不變的情況下，負(fù)載電流變化時，發(fā)電機機端電壓變化的曲線，主要是測試發(fā)電機的縱軸同步電抗，也就是發(fā)電機的內(nèi)阻抗，是同步發(fā)電機帶負(fù)載能力的重要指標(biāo)。但同步發(fā)電機多采用可控硅快速勵磁和阻尼繞組，其縱軸同步電抗多為暫態(tài)值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于穩(wěn)態(tài)值。此外由于勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，外特性是可以人工制造出來，可以是正的或負(fù)的，正的外特性就是機端電壓隨負(fù)載電流增長而降低，負(fù)的就是機端電壓隨負(fù)載電流增長而提高，一般勵磁系統(tǒng)都可以在正負(fù)15%的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

絕緣配合：電氣一次系統(tǒng)的電壓防護(hù)水平，在發(fā)生雷擊、操作過電壓的情況下，常規(guī)的變壓器、發(fā)電機、線路的絕緣水平是不足以對抗的，需要避雷器、電容等的元件進(jìn)行保護(hù)，避雷器動作值、動作時延和主設(shè)備的元件絕緣耐壓能力尤其是沖擊耐壓能力之間的配合，就稱為絕緣配合，要求是避雷器必須趕在主設(shè)備絕緣破壞之前動作，在有多個絕緣水平不等的元件時，還必須為不同的元件配備不同的絕緣保護(hù)元件，這些保護(hù)元件的配合也是個大問題 。

中文名稱 同步發(fā)電機功[率]角英文名稱 powerangleofsynchronousgenerator

中文名稱：；英文名稱：powerangleofsynchronousgenerator；定義1：(1)在時間意義上，為同步發(fā)電機電勢相量圖上空載電勢與端電...2100433B

TYX型小型三相同步發(fā)電機適用于由3000r/min柴油機驅(qū)動的相復(fù)勵勵磁小型同步發(fā)電機。

具體型號：

TYX-8三相同步發(fā)電機

TYX-12三相同步發(fā)電機

TYX-15三相同步發(fā)電機

TYX-18三相同步發(fā)電機

同步發(fā)電機的特性同步發(fā)電機的外特性一般指在內(nèi)電勢不變的情況下，負(fù)載電流變化時，發(fā)電機機端電壓變化的曲線，主要是測試發(fā)電機的縱軸同步電抗，也就是發(fā)電機的內(nèi)阻抗，是同步發(fā)電機帶負(fù)載能力的重要指標(biāo)。其縱軸同步電抗多為暫態(tài)值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于穩(wěn)態(tài)值。此外由于勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，外特性是可以人工制造出來，可以是正的或負(fù)的，正的外特性就是機端電壓隨負(fù)載電流增長而降低，負(fù)的就是機端電壓隨負(fù)載電流增長而提高，一般勵磁系統(tǒng)都可以在正負(fù)15%的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 絕緣配合：電氣一次系統(tǒng)的電壓防護(hù)水平，在發(fā)生雷擊、操作過電壓的情況下，常規(guī)的變壓器、發(fā)電機、線路的絕緣水平是不足以對抗的，需要避雷器、電容等的元件進(jìn)行保護(hù)，避雷器動作值、動作時延和主設(shè)備的元件絕緣耐壓能力尤其是沖擊耐壓能力之間的配合，就稱為絕緣配合，要求是避雷器必須趕在主設(shè)備絕緣破壞之前動作，在有多個絕緣水平不等的元件時，還必須為不同的元件配備不同的絕緣保護(hù)元件，這些保護(hù)元件的配合也是個大問題。