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同步发电机
转子等转速相同的交流发电机
介绍
分类
空载特性
发电机不接负载时，电枢电流为零，称为空载运行。此时电机定子的三相绕组只有励磁电流 感生出的空载电动势（三相对称），其大小随 的增大而增加。但是，由于电机磁路铁心有饱和现象，所以两者不成正比。反映空载电动势 与励磁电流 关系的曲线称为同步发电机的空载特性。
同步发电机
电枢反应
当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。其转速正好与转子的转速相等，两者同步旋转。
运行特性
额定值
在同步发电机的铭牌上，规定了同步发电机的主要技术数据和运行方式。这些数据，就是同步发电机的额定值，在使用中，应当严格遵守。
同步电机的额定值主要有：
（1）额定容量SN（或额定功率PN）。对同步发电机来说，额定容量SN是是之处线端输出的额定视在功率，一般以KVA（千伏安）或MVA（兆伏安）为单位；额定功率PN是指发电机输出的额定有功功率，也就是说，在额定运行时（额定频率、电压、电流、功率因数），同步发电机所能发出的最大的有功功率。一般以KW（千瓦）或MW（兆瓦，即百万瓦）为单位。对同步发电机，通过额定容量（SN）可以确定额定电流，通过额定功率（PN）可以确定配套的原动机的容量
（2）额定电压UN：是指额定运行时发电机三相定子绕组的三相电压值，单位为V(伏)或kV(千伏)。同步发电机在此值运行，绕组的升温不会超过允许的范围。同步发电机一般接成Y连接，同步电动机有Y连接或△连接。
（3）额定电流In：是指发电机在额定运行时，流过定子绕组的电流，单位为A（安）。
（4）额定效率ηN:是指电机在额定的运行时的效率。它是指发电机有功输出功率和额有功输入功率之比（%）。有功输出功率等于输入功率减去发电机总消耗。
（5）额定功率因数cosΦN：是指在额定运行情况下，发电机组的有功功率和额定容量的比值，即额定运行时，发电机组每个相定子电压与电流之间的相位差的余值。 （cosΦN=PN/SN）一般发电机组的cosΦN=0.8
（6）额定频率fn:是指额定运行情况下，交流电的频率，单位为Hz（赫兹）。我国规定使用交流电的频率为50Hz.
（7）额定转速nN:是指发电机在额定运行时，每分钟的转速数，单位为r/min（转/分）
结构
同步发电机的结构按其转速分为高速和低（中）速两种。
前者多用于火电厂和核电站；后者多与低速水轮机或柴油机联动。在结构上，高速同步发电机多用隐极式转子，低（中）速同步发电机多用凸极式转子。
工作原理
（1）主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。
（3）切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。
（4）交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。
（5）感应电势 有效值：每相感应电势的有效值.
（6）感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p。
（7）交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。
故障处理
发电机过热
（1）发电机没有按规定的技术条件运行，如定子电压过高，铁损增大；负荷电流过大，定子绕组铜损增大；频率过低，使冷却风扇转速变慢，影响发电机散热；功率因数太低，使转子励磁电流增大，造成转子发热。应检查监视仪表的指示是否正常。如不正常，要进行必要的调节和处理，使发电机按照规定的技术条件运行。
（2）发电机的三相负荷电流不平衡，过载的一相绕组会过热；若三相电流之差超过额定电流的10%，即属于严重三相电流不平衡，三相电流不平衡会产生负序磁场，从而增加损耗，引起磁极绕组及套箍等部件发热。应调整三相负荷，使各相电流尽量保持平衡。
（3）风道被积尘堵塞，通风不良，造成发电机散热困难。应清除风道积尘、油垢、使风道畅通无阻。
（4）进风温度过高或进水温度过高，冷却器有堵塞现象。应降低进风或进水温度清除冷却器内的堵塞物。在故障未排除前，应限制发电机负荷，以降低发电机温度。
（8）定子绕组的并联导线断裂，使其他导线的电流增大而发热。应立即停机进行检修。
（1）正常情况下，由于高次谐波影响或制造工艺等原因造成各磁极下的气隙不均、磁势不等而出现的很低电压，若电压在一至数伏，不会有危险，不必处理。
（2）发电机绕组有短路或对地绝缘不良，导致电设备及发电机性能变坏，容易发热，应及时检修，以免事故扩大。
电流过大
（1）负荷过大，应减轻负荷
电压过高
（1）与电网并列的发电机电网电压过高，应降低并列的发电机的电压。
功率不足
由于励磁装置电压源复励补偿不足，不能提供电枢反应所需的励磁电流，使发电机端电压低于电网电压，送不出额定无功功率，应采取下列措施：
（3）减小变阻器的阻值，使发电机的励磁电流增大。
（3）绕组过热。绝缘过热后会使绝缘性能降低，有时在高温下会很快造成绝缘击穿。应加强日常的巡视检查，防止发电机各部分发生过热而损坏绕组绝缘。
（4）绝缘老化。一般发电机运行15~20年以上，其绕组绝缘老化，电气性能变化，甚至使绝缘击穿。要做好发电机的检修及预防性试验，若发现绝缘不合格，应及时更换有缺陷的绕组绝缘或更换绕组，以延长发电机的使用寿命。
（5）发电机内部进入金属异物，在检修发电机后切勿将金属物件、零件或工具遗落到定子膛中；绑紧转子的绑扎线、紧固端部零件，以不致发生由于离心力作用而松脱。
（6）过大电压击穿：1）线路遭受雷击，而防雷保护不完善。应完善防雷保护设施。2）误操作，如在空载时，将发电机电压升得过高。应严格按操作规程对发电机进行升压，防止误操作。3）发电机内部过电压，包括操作过电压、弧光接地过电压和谐振过电压等，应加强绕组绝缘预防性试验，及时发现和消除定子绕组绝缘中存在的缺陷。
定子铁芯松弛
由于制造装配不当，铁芯没有紧固好。如果是整个铁芯松弛，对于小型发电机，可用两块小于定子绕组端部内径的铁板，穿上双头螺栓，收紧铁芯。待恢复原形后，再将铁芯原来夹紧螺栓紧因。如果局部性铁芯松弛，可先在松弛片间涂刷硅钢片漆，再在松弛部分打入硬质绝缘材料即可。
铁芯片间短路
（1）铁芯叠片松弛，当发电机运转时铁芯产生振动而损坏绝缘；铁芯片个别地方绝缘受损伤或铁芯局部过热，使绝缘老化，就按原计划条中的方法进行处理。
（4）绕组发生弧光短路，也可能造成铁芯短路，应将烧损部分用凿子清除后，处理好表面。
自动励磁装置的励磁电抗器温度过高
（2）电抗器磁路的气隙过大，应调整磁路气隙。
发电机起动后，电压升不起来
（1）励磁回路断线，使电压升不起来。应检查励磁回路有无断线，接触是否良好。
（3）励磁机的磁场线圈极性接反，应将它的正、负连接线对换。
（4）在发电机检修中做某些试验时误把磁场线圈通以反向直流电，导致剩磁消失或反向，应重新进行充磁。
发电机振荡失步
正常情况下，发电机发出的功率是和负荷功率相平衡的。当系统发生短路故障或发电机大幅度甩负荷时，发电机的功率就与用户的负荷不相平衡。要想调整负荷使其平衡，由于转子惯性和调速器延时需要一个过程，在此期间，发电机的稳定运行将被破坏，使发电机产生振荡。如果事故严重，甚至会使发电机与系统失去同步。发电机振荡失步时，值班人员应通过增加励磁电流来创造恢复同步的条件；也可适当调整该机的负荷，以帮助恢复同步。
发电机振动
（1）转子不圆或平衡未调整好，应严格制造和安装质量或重新调整转子的平衡。
（2）转轴弯曲，可采用研磨法、加热法及锤击法等校正转轴。
（3）联轴节连接不正，应重新高速联轴节配合螺栓的夹紧力，必要时联轴节端面需重新加工。
（4）结构部件共振，可通过改变结构部件的支持方法来改变它固有的频率。
（6）供油量或油压不足，应加大喷嘴直径升高油压；加大供油口减小间隙。
（7）供油量过大或油压过高，就减小喷嘴直径，降低油压，提高面积压力，增大间隙。
（8）定子铁芯装配松动，应重新装压铁芯。
（9）轴承密封过紧，使转轴局部过热、弯曲。应检查和调整轴承密封，使其与轴有适当配合间隙。
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