电气培训教材

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1、第三章发电机励磁系统第1章发电机本体我公司发电机为东方电机股份有限公司引进日本日立公司技术，并合作生产的QFSN-600-2-22三相同步汽轮发电机。发电机冷却方式为水－氢－氢，采用机端自并励静止励磁，选用瑞士ABB公司的UNITROL5000型微机数字可控硅整流励磁系统。大型发电机与中、小型发电机有很多不同之处。大型发电机由于有效材料利用率提高，采用的是直接冷却系统，致使机组的线负荷和极距增大，气隙长度较小，所以总的趋势是阻抗增大，机械时间常数降低。此外由于大型发电机的漏磁通较大，所以发电机的暂态电抗Xd′及次暂态电抗Xd〞的值也较大，电阻值同时随着电流密度的增大而增大

2、，机械时间常数Tm则随单机容量的增大而减小。Xd值越大，Xs值（电网阻抗）较小时，静态稳定极限功率就越小，导致静态稳定储备降低。机械时间常数的变化，也会对发电机的暂态稳定造成很大的影响。针对这种状况，现在主要采用高瞬态反应的励磁系统来改善这些不利的影响，提高大容量发电机的可靠性及利用率。1.1基础知识1.1.1工作原理交流旋转电机主要分为同步电机和异步电机。同步电机主要用作发电机，而异步电机主要用作电动机。所谓同步电机即指电机的转速为同步转速（恒定值），而异步电机即指电机的转速不同于同步转速（非恒定值）。图1－1同步发电机的工作原理发电机主要有定子和转子两部分，定、转子之

3、间有气隙，原理如图1－1所示。定子上有AX、BY、CZ三相绕组，它们在空间上彼此相差120°电角度，每相绕组的匝数相等。转子磁极（主极）上装有励磁绕组，由直流励磁，其磁通方向从转子N极出来，经过气隙、定子铁芯、气隙，再进入转子S极而构成回路，如图中的虚线所示。用原动机拖动发电机沿逆时针方向旋转，则磁力线将切割定子绕组的导体，由电磁感应定律可知，在定子导体中就会感应出交变的电势，即Bm为正弦波磁密的最大值，l为磁力线切割导体的长度，v为磁力线切割导体的线速度，ω＝2πf，f为电势的频率。由于发电机定子三相绕组在物理空间布置上相差120°，那么转子磁场的磁力线势必将先切割A相

4、绕组，再切割B相，最后切割C相。因此，定子三相感应电势大小相等，在相位上彼此互差120°电角度。假设相电势最大值为Em，A相电势的初相角为零，则三相电势的瞬时值为：第三章发电机励磁系统图1－1三相电势曲线如果某发电机有p对极，转子每分钟转数为n，则转子每秒钟旋转n/60转，那么感应电势将每秒交变（pn/60）次，即频率为。由于汽轮发电机的极对数为1，所以n＝3000r/min情况下，f＝50Hz。1.1.2定子绕组电机的定子绕组按槽内层数分为单层绕组和双层绕组；双层绕组又分为叠绕组和波绕组；按每极每相槽数是整数还是分数分为整数槽绕组和分数槽绕组。图1－2双层绕组图对于大型

5、汽轮发电机主要采用三相双层绕组，并采用短距叠绕组，双层绕组构成如左图。在每个槽内有上下两个线圈边，线圈的一个边嵌在某个槽的下层，则另一边则嵌在相隔y1槽（节距：一个线圈的有效边在定子铁芯上跨的槽数）的上层。采用双层绕组可以很方便地把绕组型式设计成短距绕组。短距绕组具有改善电势波形和节约材料的优点。1.1.3高次谐波在实际的电机中，由于磁极磁场是不可能完全按正弦规律分布，因此，在定子绕组内的感应电势也不完全是正弦波形，即除了正弦波形的基波外，还包含着一系列的谐波。谐波的次数越高，它的幅值越小，对电势波形的影响越小。高次谐波的存在，对发电机会产生许多不良的影响：1）发电机本身

6、的损耗增加，效率降低，温升增高。2）可能引起输电线路的电感和电容产生谐振，产生过电压。3）对邻近的通讯线路产生干扰。削弱谐波的常用方法如下：A.隐极汽轮发电机的气隙是均匀的，因此只要把每极范围内安放的励磁绕组与极距之比设计在0.7～0.8范围内，就可使发电机磁极磁场的波形比较接近于正弦形。B.采用Y形连接，由于3次谐波及其倍数奇次谐波是同大小、同相位的，采用这种接线可把这些谐波抵消掉。C.采用短距绕组，可削弱5、7次谐波。D.采用分布绕组，即增大每极每相槽数q，可显著削弱高次谐波电势。但随着q值的增大，电枢槽数增多，这将引起冲剪工作和绝缘材料的消耗量增加，使成本上升。所以

7、，一般隐极汽轮发电机的q取6～12之间。第三章发电机励磁系统图1－160°相带槽电势星形图1.1.4磁场与磁势交流发电机的磁通分为两部分，一部分与定、转子绕组同时交链，称为气隙磁通，是电机进行机电能量转换的媒介；另一部分仅与定子绕组或仅与转子绕组相交链，称为漏磁通。气隙磁通的路径是：从定子磁轭经过定子齿、空气隙到转子，再经过空气隙、定子齿回到定子磁轭，形成闭合磁路。气隙磁通可由定子磁势建立，也可由转子磁势建立。当发电机中的定、转子绕组中都有电流时，则由定、转子磁势共同建立。1）同步发电机空载运行当同步发电机被原动机拖动到同步转