水轮发电机的工作原理

水轮发电机的工作原理（精选9篇）

水轮发电机的工作原理 第1篇

关键词：测速发电机,工作原理,误差,解决方法

测速发电机是一种测量转速的微型发电机, 把输入的机械转速变换为电压信号输出, 并使输出的电压信号与转速成正比。测速发电机分直流测速发电机和交流测速发电机两大类。

1 直流测速发电机

1.1 直流测速发电机的工作原理

直流测速发电机按励磁方式可分为永磁式和电磁式两种。其中永磁式直流测速发电机的定子用永久磁钢制成, 无需励磁绕组, 具有结构简单、不需励磁电源、使用方便、温度对磁场的影响小等优点, 因此应用最广泛。直流测速发电机的原理和结构与一般小型直流发电机相同, 所不同的是直流测速发电机通常不对外输出功率或者对外输出很小的功率。在恒定磁场中, 当发电机电枢以转速n切割磁通时, 电刷两端产生的感应电动势为:

(公式1) 式中, , 称为电动势系数。空载运行时, 直流测速发电机的输出电压就是感应电动势, 即 。由此可知, 测速发电机的输出电压与电机的转速成正比, 即测速发电机输出电压反映了转速的大小。因此, 直流测速发电机可以用来测速。

1.2 产生误差的原因和减小误差的方法

实际上, 直流测速发电机在负载运行时, 输出电压与转速并不能保持严格的正比关系, 存在误差, 引起误差的主要原因有以下几点。

1.2.1 电枢反应的去磁作用

当测速发电机带负载时, 电枢电流引起的电枢反应的去磁作用, 使发电机气隙磁通减小。当转速一定时, 若负载电阻越小, 则电枢电流越大;当负载电阻一定时, 若转速越高, 则电动势越大, 电枢电流也越大, 它们都使电枢反应的去磁作用增强, 气隙磁通减小, 输出电压和转速的线性误差增大。因此, 为了改善输出特性, 必须削弱电枢反应的去磁作用。例如, 使用直流测速发电机时负载电阻不能小于规定的最小负载电阻, 转速不能超过规定的最高转速。

1.2.2 电刷接触电阻的非线性

因为电枢电路总电阻包括电刷与换向器的接触电阻, 而这种接触电阻是非线性的, 随负载电流的变化而变化。当电机转速较低时, 相应的电枢电流较小, 而接触电阻较大, 电刷压降较大, 这时测速发电机虽然有输入信号 (转速) , 但输出电压却很小, 因而在输出特性上有一失灵区, 引起线性误差。因此, 为了减小电刷的接触电压降, 缩小失灵区, 直流测速发电机常选用接触压降较小的金属石墨电刷或铜电刷。

1.2.3 温度的影响

对电磁式直流测速发电机, 因励磁绕组长期通电而发热, 它的电阻也相应增大, 引起励磁电流及磁通的减小, 从而造成线性误差。为了减小由温度变化引起的磁通变化, 在设计直流测速发电机时使其磁路处于足够饱和的状态, 同时在励磁回路中串一个温度系数很小、阻值比励磁绕组电阻大3~5倍的用康铜或锰铜材料制成的电阻。

2 交流测速发电机

交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机。同步测速发电机的输出频率和电压幅值均随转速的变化而变化, 因此一般用做指示式转速计, 很少用于控制系统中的转速测量;异步测速发电机的输出电压频率与励磁电压频率相同而与转速无关, 其输出电压与转速成正比, 因此在控制系统中得到广泛的应用, 下面主要介绍交流异步测速发电机的工作原理。

2.1 空心杯型异步测速发电机的工作原理

空心杯形转子可以看成是一个笼条数目非常之多的笼型转子。若在励磁绕组中加上交流励磁电压, 则在励磁绕组中就会有电流通过, 并在内外定子间的气隙中产生与电源频率相同的脉振磁场。当测速发电机的转子以一定速度旋转时, 输出绕组中的电动势的频率与励磁电源频率相同, 其有效值与转速大小成正比。根据输出绕组的电动势平衡方程式, 在理想状况下, 异步测速发电机的输出电压与转速成正比, 输出特性为直线;输出电压的频率与励磁电源频率相同, 与转速的大小无关, 使负载阻抗不随转速的变化而变化, 这一优点使它被广泛应用于控制系统。

2.2 异步测速发电机的误差

2.2.1 非线性误差

只有严格保持直轴磁通不变的前提下, 交流异步测速发电机的输出电压才与转子转速成正比, 但在实际中直轴磁通是变化的, 原因主要有两个方面:一方面转子旋转时产生的脉振磁场;另一方面, 杯型转子的漏抗是存在的, 它产生的是直轴磁势, 这两个方面的原因引起直轴磁通变化的结果是使测速发电机产生线性误差。为了减小转子漏抗造成的线性误差, 异步测速发电机都采用非磁性空心杯转子, 常用电阻率大的磷青铜制成, 以增大转子电阻, 从而可以忽略转子漏抗;与此同时, 使杯型转子转动时切割交轴磁通而产生的直轴磁势明显减弱。另外, 提高励磁电源频率, 也就是提高电机的同步转速, 也可提高线性度, 减小线性误差。

2.2.2 剩余电压

当转子静止时, 交流测速发电机的输出电压应当为零, 但实际上还会有一个很小的电压输出, 此电压称为剩余电压。剩余电压虽然不大, 但却使控制系统的准确度大为降低, 影响系统的正常运行, 甚至会产生误动作。产生剩余电压的原因很多, 最主要的原因是制造工艺不佳所致, 如定子两相绕组并不完全垂直, 从而使两输出绕组与励磁绕组之间存在耦合作用, 气隙不均, 磁路不对称, 空心杯转子的壁厚不均以及制造杯型转子的材料不均等等都会造成剩余误差。要减小剩余误差, 根本方法无疑是提高制造和加工的精度, 也可采用一些措施进行补偿, 阻容电桥补偿法是常用的补偿方法且效果良好。

2.2.3 相位误差

在自动控制系统中不仅要求异步测速发电机输出电压与转速成正比, 而且还要求输出电压与励磁电压同相位。输出电压与励磁电压的相位误差是由励磁绕组的漏抗、杯型转子的漏抗产生的, 可在励磁回路中串电容进行补偿。

3 测速发电机的应用

发电机工作原理 第2篇

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发电机工作原理xs

<一> 发电机概述

发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。<二>发电机的分类可归纳如下：

发电机分：直流发电机和交流发电机

交流发电机分：同步发电机和异步发电机(很少采用)

交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。

<三>发电机结构及工作原理

发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。

定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。

转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

〃 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。

〃 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。

〃 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）。

〃 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。

直流发电机的工作原理

直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

电刷上不加直流电压，用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生电动势，电动势方向按右手定则确定。这种电磁情况表示在图上。由于电枢连续地旋转，因此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线

圈中的感应电动势的方向是交变的．线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流电动势(说得确切一些，是一种方向不变的脉振电动势)。因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换向器配合电刷的换向作用，电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因此，电刷A始终有正极性。同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。

从基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可工作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是约束的条件不同而已。在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机，如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。同一台电机，能作电动机或作发电机运行的这种原理．在电机理论中称为可逆原理。

汽轮发电机原理

蒸汽机利用高温高压的蒸汽膨胀做功，通过连杆、曲柄将活塞的往复运动转变为主轴的旋转运动，带动发电机发电。

蒸汽轮机是用蒸汽来推动轮机转动的，它运转的基本原理和常见的风

车相似，蒸汽轮机是由一个中央很厚的钢盘及钢盘外沿有很多密排的叶片组成的主体结构。从锅炉里出来的高压过热蒸汽从喷嘴喷到叶片上时，轮机就转动起来，蒸汽速度越大，轮机转动得越快（也就是蒸汽的内能在喷射中变成蒸汽的动能，它的动能又转变为机轴旋转的机械能）。

水轮发电机的安装结构形式通常由水轮机的型式确定。主要有以下几种型式:

1)卧式结构 卧式结构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。

2)立式结构 国产水轮发电机组广泛采用立式结构。立式水轮发电机组通常由混流式或轴流式水轮机驱动。立式结构又可分为悬式和伞式。发电机推力轴承位于转子上部的统称为悬式,位于转子下部的统称为伞式。

3)贯流式结构 贯流式水轮发电机组由贯流式水轮机驱动。贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式。它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置,并与水轮机进水管和出水管水流方向一致。贯流式水轮发电机具有结构紧凑,重量轻的优点,广泛用于低水头的电站中。

新型水冷式交流发电机原理和应用

水冷式交流发电机利用水来代替风扇进行冷却。交流发电机主要的发热部位是定子，水冷式交流发电机重点冷却部分就是定子及线圈绕组。发电机的前端盖和后端盖用铝材制造，开有水道槽。定子及线圈绕组用合成树脂固定密封，定子与转子之间有铝质围板与水道隔离。

水道与进水管和出水管连通，进水管和出水管分别与发动机冷却水系统连通。

这样，当发动机运转时，冷却水在发动机水泵的带动下循环流动，通过发电机壳体，可以有效地冷却定子线圈绕组、定子铁芯，同时也冷却转子、内藏式调节器和轴承等其它发热零部件。

水冷式交流发电机与风冷式交流发电机相比，内部构造复杂了，防漏密封要求提高了，成本也会增加。同时因联接水管的问题，安装布置也受到诸多限制，自由度减少了。但是，水冷式交流发电机的发电及低噪声性能，是风冷式交流发电机无法比拟的。

首先，水冷式交流发电机具有良好的低速充电特性。我们知道，在交流发电机的电流特性曲线上有一个“拐点”，即超过所谓“0安培速度”之后才会有电流产生，电流上升到一定程度才能充电。在哪个转速以上才出现“拐点”和达到可充电电流与励磁电流的大小相关。由于水冷式交流发电机大幅度抑制了定子、转子及调节器的温升，可以相应提高励磁电流，励磁电流越大输出电压也越高，因此当水冷式交流发电机低速转动时也会有良好的充电表现，这种低速充电性能对城市用车的正常使用相当重要。

第二，水冷式交流发电机具有低噪声。由于省略了风扇，所以不存在发电机风扇发出的噪声。据介绍在3500转/分时，水冷式交流发电机与风冷式交流发电机相比，噪声要低15分贝。

水冷式交流发电机的优点被看好，认为是汽车发电机的发展方向。有人认为在12伏特汽车中，2500瓦以下适宜用风冷式交流发电机，2500

水轮发电机的工作原理 第3篇

在水轮发电机的检修中, 特别是在大修或扩大性大修中, 往往要利用盘车来研磨推力轴承轴瓦和检查定子线圈槽楔。同时, 水轮发电机转动部件缓慢地旋转, 测量主轴的摆度及调整机组轴线。水轮机采用机械盘车速度慢、定位差、劳动强度大, 特别是大型水轮发电机组, 要使转子转动, 需要很大的盘车转动力矩。而采用电力拖动法即电动盘车装置, 就比机械盘车简单、省力、准确。

2电动盘车装置配置方式

电动盘车主要设备包括发电机转子励磁电源装置部分 (空载试验、短路试验、干燥用) 和发电机定子电源装置部分 (电动盘车) 。

发电机转子励磁电源装置部分主要用作发电机空载试验、短路试验、干燥试验等。由1台隔离变压器、1面可控硅全桥整流柜、连接电缆等组成, 设备一般固定布置在变压器室, 其直流输出电源通过两芯电缆连接至发电机零升柜。中央控制室装设1套远方励磁调节、测量、控制装置, 可实现远方监控操作。

发电机定子电源装置部分由隔离变压器、可控硅全桥整流柜 (1套整流电路和测量电路、3套大电流直流开关、1套控制电路等) 、连接电缆等部分组成。一般为可移动式, 隔离变压器和可控硅全桥整流柜安装在1个柜子内, 盘车时定子电源装置由起重机吊到某台发电机定子出线合适位置, 再通过软电缆分别连接至电源和发电机定子出线。

发电机转子励磁电源装置和定子电源装置均由厂用400V供电。就近连接至动力电源盘柜内。电动盘车装置接线原理见图1。

3技术原理

载流导体在磁场中会受到电磁力的作用。当发电机转子绕组通以恒定直流时, 转子各磁极将产生恒定磁势If W, 从而在气隙间及定子铁芯上产生恒定磁通Φ。此时若定子线圈单相或多相通以直流时, 定子线圈即线棒就会受到顺时针 (或反时针) 的磁力, 根据作用力和反作用力原理, 转子就会受到反时针 (或顺时针) 的磁力, 转子也就旋转起来。

对于水轮发电机组来说, 在转子线圈通以直流电流并产生N、S磁场, 三相定子线圈分别依此通以恒定直流时, 转子就转动起来。

3.1定子盘车柜

盘车装置定子柜, 由三相全控桥整流器和换相器组成, 换相器由三个直流接触器和三个续流二极管组成, 其目的是依次接通A、B、C定子线圈, 并防止切断A、B、C定子线圈时所产生的过电压。三相交流电源经整流变压器ZLB, 由三相全控桥整流成直流电源。装置布置合理, 外部接线简单, 使用操作方便。

主要组成结构如图2:总进线自动空气开关ZK;整流变压器;三相全控桥整流电路;由R1C1、R2C2、R3C3、R4C4、R5C5、R6C6组成的阻容过电压保护装置;续流二极管D0 (主要作用是防止半控桥失控) ;接触器JCA、JCB、JCC (用于将电流分别输出到定子A相B相C相) ;续流二极管 (主要功能是用于消除定子绕组断流后的反电势) 。

盘车装置定子电源柜电气参数计算如下:盘车装置定子部分, 额定输出1500安, 最大定子直流电阻0.02413Ω, 换算到75℃电阻为0.02816Ω, 直流功率Pd=63.36k VA。变压器副边线电压U2=40V, 考虑电缆及导线压降, 变压器选定标准容量为80k VA。额定输入电压:400VAC/50Hz, 定子柜输出电压:0~50V连续可调 (DC) , 定子柜输出电流:0~1500A (DC) 。可在现地 (柜上) 进行调节控制, 可监视测量交流电源侧三相电压、电流和直流侧电压、电流等。定子电源柜的直流开关采用勒诺低压电器, 其他操作器件均采用施耐德或同档次的低压电器, 体积小、可靠性高, 免维护。分流器规格2000A/75m V采用优质表计。

3.2转子盘车柜

盘车装置转子柜, 由三相全控桥整流器, 一个直流端过压保护组成, 灭磁由发电机励磁柜完成。三相交流电源经整流变压器输出, 由三相全控桥整流成直流电源, 外部接线简单, 使用操作方便, 紧急情况下可跳开发电机灭磁开关。

主要组成结构包括:总进线自动空气开关ZK;整流变压器;过压保护器;三相全控桥整流电路;由R1C1、R2C2、R3C3、R4C4、R5C5、R6C6组成的阻容过电压保护装置。

盘车装置转子柜技术参数如下:额定输入电压:400VAC/50Hz, 转子柜输出电压:0~300V连续可调 (DC) , 转子柜输出电流:0~1250A (DC) 。可在现地 (柜上) 和远方 (中央控制室) 分别进行调节控制, 现地可监视测量交流电源侧三相电压、电流和直流侧电压、电流等, 中央控制室可监视测直流侧电压、电流等。

4技术功能特点

发电机电动盘车装置具有通用性, 可以满足多台发电机盘车需要。定子三相绕组采用一套三相全控整流电路供电, 在直流侧用大电流开关进行切换的方式, 转子绕组采用一套独立的三相全控整流电路供电。转子电源、定子电源采用晶闸管桥式可控电路, 转子励磁电流和定子三相电流均可以分别连续调节控制, 以最佳方式达到控制发电机转子快速启动、平稳转动, 并且具有一定的定位精度。盘车装置在拆除数个磁极的情况下仍能进行一定范围的盘车要求。

整个装置始终工作在稳流状态下, 定子柜运行方式下又可选择“连续”、“点动”两种换相方式。连续方式下由控制器自动换相, 其换相间隔时间由盘车的电流变化自动确定。点动方式只需要在盘柜柜门或远方控制盒上人为控制各相间的切换。

调节器设计为静止可控硅全控桥。系统由GDE-III调节器、整流变压器、可控硅整流及出口开关、及相关设备组成。其中调节器拟使用GDE-III调节器采用西门子S7 200 PLC+最新数字移相触发芯片TC787AP构成的触发板组成, 其中PLC用于采集盘车电流反馈、移相给定控制、故障保护信号输入、故障保护信号输出, 触发板用于同步电压的采集及移相脉冲输出。

盘车时转子定位准确度25mm, 盘车速度0.02~0.1转/分。装置具有反馈功能, 能使输出电流保持稳定。具有保护功能, 输出开接点, 紧急情况下可跳开发电机灭磁开关。具有短路保护、过载保护、可控硅击穿保护等功能, 转子柜配置直流过压保护。具有绕组干燥功能, 定、转子电源柜均能向发电机定、转子绕组供电进行干燥, 供电电流可调节。

5工作方式

水轮发电机电动盘车装置始终工作在稳流状态下, 定子柜运行方式下又可选择“连续”、“点动”两种换相方式。连续方式下由控制器自动换相, 其换相间隔时间由盘车的电流变化自动确定。点动方式只需要在盘柜柜门或远方控制盒上即可人为控制各相间的切换。输出电流、给定值、控制角α人机界面显示。运行状态指示, 故障指示信号灯指示。在运行过程中, 分别设有过流, 过压保护、电流限制、直流电压输出限制、修改参数简单方便, 掉电后数据自动保存。脉冲输出双层隔离及指示。换相时, 控制器自动增大控制角α, 以便减小输出电流, 减小对系统的冲击。

6结论

电动盘车装置由两套可控硅调节大容量直流电源设备组成, 装置的电源电压较低, 但电流都比较大, 除可用于大型水轮发电机电动盘车试验, 还可广泛用作发电机零起升压试验、空载试验、短路试验、干燥试验等, 在发电机安装改造施工期间提高试验效率。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 8564-2003水轮发电机组安装技术规范[M].北京:中国计划出版社, 2003.

汽车发电机工作原理 第4篇

汽车发电机工作原理：

用来接通发电机中间的励磁绕组中的直流电的。简单的说下工作原理，在汽车启动的一瞬间，先是电瓶里的电流通过电刷流到中间转动的励磁绕组部分（转子）电生磁，这个绕组就产生了磁场。当发动机转速上来了达到了发电要求转速后（电还是有的，这里是指电压高于电瓶电压）电瓶就不再需要像励磁绕组供给电了，因为，它会用自己发出的一部分电来给自己电生磁。【闭合回路中有磁通量变化就会生电】由于发动机的带动，并且中间的电磁铁有六个磁极（六爪）就满足了发电条件了。这中发动机的学名叫自励发电机。

水轮发电机的工作原理 第5篇

1 局部放电的概括

局部放电产生的原因有很多, 电压和介质中的气隙、气泡便是原因之一。气隙中的电场强度比电击穿强度大时, 气体发生电离现象, 电流流过, 导致局部导通。电力系统中的发电机、电容器、变压器、电动机等高压电器设备都是严格按照绝缘耐压标准来设计它们各自的电压。正常情况下绝缘性能能够承受实际工作时的电压, 由于在设计、安装过程中没有注意细节, 导致高压电气设备绝缘介质中还存在一些介质或者气泡, 少量的水、气体、悬浮颗粒还留在绝缘油中, 金属导体、半导体周围还有一些尖锐不平的地方。这些地方最容易发生局部放电, 因为这里耐压强度低, 所以容易在高压交变电场的作用下发生局部放电。局部放电一般有迹可寻, 固体绝缘体上会出现斑痕, 绝缘油中有小气泡出现。局部放电这个现象的时间短, 产生的能量小, 对发电机的危害性却很大。很多因素都能导致发电机定子绝缘受损, 如环境因素, 电气因素, 机械因素等等。但是可以通过随时监测局部放电的方法来有效控制或者避免定子绝缘受损[1]。

2 发电机局部放电信号监测系统原理

绝缘材料中的气泡、绝缘材料不平的表面都能产生局部放电, 局部放电主要以两种形式出现:一种是电气脉冲;另一种是放电。气泡是产生局部放电的因素之一, 很多地方都存在气泡, 如:绝缘材料和导体之间, 各种绝缘材料中, 绝缘材料和接地铁芯之间。发电机局部放电在线监测系统需要监测的有三个方面:第一, 利用传感器监测瞬间变化的电荷大小, 这个电荷不是放电的真实电荷。第二, 放电过程中消耗的电量 (W) 。第三, 放电重复率 (n) , 单位时间内比标准值的局部放电大的平均脉冲个数, 正常情况下取交流电压下半周发生局部放电脉冲的次数。视在放电电荷、放电能量和放电重复率都可以通过对放电波形进行记录、处理等工作来得到。发电机局部放电在线监测所得到的局部放电量并不是无用的, 它有以下两个功能:第一, 横向比较, 根据局部放电量的大小与标准值相比较, 评定发电机内部绝缘是否受损。第二, 纵向比较, 把最近监测的数据和以往监测的结果对比, 观察局部放电的变化走向, 让以后的局部放电监测更加有针对性的进行。

2.1 设局部放电的电气模型

局部放电现象可以用电气模型来解说。我们可以把单一的绝缘材料内部气泡用等效电容来表示。局部放电过程中会产生很多问题, 导致放电电流出现旁路现象, 如, 有机绝缘材料碳化或者绝缘材料内部半导体薄膜被击穿等。从发电机局部放电的等效电路看, 和绝缘材料的等效电路相似, 都是电容、电阻的并联电路。

2.2 测量局部放电

局部放电不是单一的, 还有许多不同的物理表现, 声波脉冲、电气脉冲、无线电频率脉冲等, 另外, 还有一些冷却系统中的空气、氢气等介质发生的化学反应。发电机局部放电都会产生少量电流, 电流在经过绝缘材料内的阻抗时就会有电压脉冲产生。所以, 探测局部放电主要的就是监测电压脉冲和电流脉冲。测量时应该注意的是, 选择离局部放电远的电路进行测量。电压脉冲的测量工作可以利用高压电容完成, 另外还可以利用发电机接地阻抗上安装的高频电流互感器对电流脉冲完成测量任务。因为高压电容、高频电流互感器输出的信号是电压、电流脉冲, 我们只要采用相应的示波器、脉冲高度分析仪等设备便能对输出的信号进行测量[2]。

2.3 局部放电的波形介绍

局部放电的波形是非常有特点的, 电压波形的第一和第三象限才会出现局部放电的波形。第一象限中电压波形为正则局部放电是负放电, 相反的, 第三象限电压波形为负则局部放电是正放电。如果初电压有往正方向上升的趋势, 绝缘材料中的电容部件处于充电状态, 直至达到局部放电的初电压, 此时, 便会出现电压正弦波为90度角。当电压往负方向走时, 电容又不能突然改变, 所以原来放电的电容维持不变, 电压正弦波为180度角。局部放电为负方向就叫做负放电, 正方向就叫做正放电。

2.4 局部放电脉冲的极性分析

当局部放电正放电的幅度大于负放电时, 局部放电多半发生在绕组绝缘表面;当局部放电正放电的幅度大于负放电时, 则是线棒脱壳导致。当正负幅度差不多时, 局部放电多半发生在绝缘内部的空隙中。

3 发电机局部放电在线监测系统结构介绍

发电机局部放电 (PD) 在线监测系统的运行, 首先对脉冲信号进行采集, 把采集得到的数据进行处理, 然后得到测量的发电机一段时间里的放电量、放电重复率和电压相位, 最后根据测量到得这些变量结果对发电机绝缘进行检测, 查看其是否出现故障, 如果出现故障方便及时解决。发电机局部放电 (PD) 在线监测系统功能强大, 它由前置系统、电流传感器、抗干扰处理专装置、快速数据采集仪等设备组合而成。前置系统有前置降噪和远距离输送驱动的功能。目前, 局部放电在线监测的发展重点主要在于安装局部放电传感器、准确快速的采集数据、保障运行的稳定性能、抗干扰作用等。

4 监测发电机局部放电的方法

发电机局部放电表现出来的形式是高频, 以这种形式出现会有很多不足之处, 如:传输过程中伴随着各种各样的噪音, 速度衰减得快。如何监测到局部放电的准确数据, 我们应该从这几方面着手:首先, 控制或者消除外部环境的噪音;其次, 确定传感器的安装位置和灵敏度;再次, 系统对于信号衰减的影响程度。发电机局部放电监测方法多种多样, 因根据不同的实际情况来选择不同的监测方法, 才能更好的达到诊断的目的。发电机局部放电在线监测方法常用的有以下几种:第一, 射频监测法, 主要运用的设备有高频电流传感器和线圈RC阻容高通滤波器。第二, 定子槽耦合器 (SSC) 监测法, 局部放电脉冲有无摆动的、上升时间快、单极性的、频率很高等特点, 但是噪声脉冲的特点是是摆动、上升时间慢, 所以要想得到很好的局部放电脉冲信号采用定子槽噪声分离技术是非常有用的。第三, P D A监测法, 把耦合电容器安装在发电机每相中, 并且是没相中安装一对, 因为绕组内局部放电信号、外界噪声信号传播方式不同, 所以我们用它们来控制或者消除噪声[3]。

5 结语

绕组温度、电压、环境湿度、负载大小都是能够影响发电机局部放电的因素。局部放电在线监测系统应该全面、详细的对局部放电数据进行分析、总结。目前, 发电机局部放电在线监测技术还在不断的向前发展, 但是已经得到社会、企业的认可, 被广泛应用在发电机状态维修中, 能够很好的评价发电机运行的安全性。

参考文献

[1]宋伶俐, 靳春林.大型发电机局部放电在线监测系统分析[J].湖北电力, 2009, 25 (2) :34-35.

[2]郑松远, 唐新文, 吴建辉.局部放电在线监测技术在水轮发电机上的应用[J].水电站机电技术, 2008, 12 (6) :29-30.

水轮发电机的工作原理 第6篇

探究式教学, 是指学生在学习概念和原理时, 教师只是给他们一些事例和问题, 让学生自己通过阅读、观察、实验、思考、讨论、听讲等途径去独立探究。探究式教学效果与传统教学模式相比, 具有明显的优势, 尤其适用于应用性强的课程。由于学生被引导进行深层学习, 其对很多知识点的掌握程度大为加深, 对知识意义的理解也更为自然。比如在条件允许的范围内, 满足学生的兴趣选择, 也使学生能够快乐学习, 这样其创新能力和实践能力在潜移默化中就得到了很大的提高。

因此, 为了更好地增强“水轮机原理”课程教学效果, 有必要研究采用探究式教学方法组织教学, 鼓励学生提问和质疑, 活跃课堂气氛。

1 探究式教学中教师的“教”

探究式教学对于教师是一项极富挑战的工作。该挑战一方面来自课堂教学, 另一方面来自老师对于整个教学过程的掌控能力。在探究式教学过程中, 学生不再需要老师把问题的答案分析和解释给他们, 而是自己独立思考找出答案。正因为学生们能独立思考, 所以全班几十名学生中总会出现各种问题。如果老师不具备一定的专业能力和执教素养, 那么就很难应对学生的问题。

因此教师除了从事课堂教学外, 还必须进行试验研究、科学研究及教学研究等活动。通过基础理论研究和试验研究提高基础理论水平, 通过试验研究和工程项目丰富经验和技能, 通过科研和教学研究项目以求创新与改革, 最终提高“水轮机原理”教学效果, 如图1所示。

“水轮机原理”探究式教学中, 教师的“教”具体体现以下几个方面。

(1) 备课时应对教材中的每一个公式进行详细的理论推导。如水轮机蜗壳水力计算公式, 各类教材中鲜有推导过程, 只给出一个结果, 每次上课必有学生问如何推导。该公式推导较复杂, 用到繁琐的积分代换或复变函数的知识。而且, 有几种不同形式的蜗壳:基本理论式, 带碟形边蜗壳的实用计算式, 铸造蜗壳的实用计算式, 与箱式座环联接的蜗壳的实用计算式, 每种公式的推导都不简单。通过推导, 才能在“水轮机原理”探究式教学中对学生的各种疑问进行恰当的引导和解答。

(2) 对教材的核心知识必须了如指掌。每一门课程都有它的核心知识与一般知识, 主讲教师必须对此有清楚的认识。有两种观念是错误的。一种是认为教材中的东西都同等重要, 分不出主次, 认为教材中的内容都必须掌握, 这样认识的教师必然犯重点不突出的毛病;另一种是提不出需要掌握的核心内容, 这样认识的教师自然不能让学生学到课程的核心知识与核心技术。笔者按照三基本 (基本概念、基本理论、基本计算) 明确每一章的重点与核心, 教学中确保这些核心知识的掌握。

(3) 必须了解课程知识领域的最新发展动向。水轮机作为水电站的“心脏”, 看似简单, 其实非常复杂。它的复杂不在于结构, 而在于其内部流动、材料和设计方法。这些都依赖于复杂的流体计算、现代的材料科学和先进的设计理念。因此, 水轮机是一种与当代科技水平密切相关的设备。教师必须时刻关注新的动向, 不断更新教学内容, 保持课程教学的先进性, 才能更好地引导学生的探究活动。

(4) 恰当运用类比, 帮助学生理解。教学中的难点, 学生即使经过探究, 可能还是难以理解。对于这些难点, 适当运用类比, 可以把复杂的理论以浅显的道理进行说明, 非常有利于学生的理解与记忆。如“水轮机原理”中难以理解的水轮机空化, 可以用生活中的感冒进行类比, 如表1所示。

(5) 以问题驱动激发学生的学习热情。问题是兴趣的源泉, 也是促使学生思考的动力。为了探究式教学的顺利实施, 教师在上课之前要将上课内容设计为几十个相关的问题, 提前发给学生, 同时也要求学生自己提出一些问题;制造应有的悬念和气氛来激发学生的积极性和学习兴趣。

(6) 在组织课堂讨论中, 要注意扣住“选、定、引、评”四个环节, 即选题恰当, 定中心发言人, 引导启发、评述小结。选题要难易适度, 由浅入深, 讨论才能顺利开展;事先定中心发言人作重点准备, 使讨论不出现冷场;教师恰如其分地给予引导启发, 使讨论紧凑;当意见充分发表后, 适时地评述、小结, 使学生掌握要领。

2 探究式教学中学生的“学”

在探究式学习过程中, 学生是学习的主体, 积极主动地参与教学活动, 主动获取知识。

(1) 学生应深入开展讨论研究。讨论是学生学习中获取信息、加深认识、拓宽知识面的重要渠道。通过讨论, 可以消除学生学习过程中的一些模糊认识, 纠正一些理解上的偏差, 从而达到探究式学习的目的;可以调动学生的学习主动性、启发思维, 促使学生积极思考、互相学习, 以提高学生分析问题的能力。

(2) 学生应有竞争意识, 大胆质疑。学生分为若干个小组, 各组学生之间互相评分, 互相质疑。学起于思, 思源于疑。因此, 通过质疑, 可以使教学有的放矢, 可以促进学生主动探究, 激发学生的思维。因此, 在教学中教师要鼓励学生“敢于”提问和“乐于”提问, 引导学生自己解疑, 充分发挥学生的主观能动性。例如, 在介绍水轮机飞逸的概念时, 某些教材上说“当水轮机突然丢弃全部负荷时, 如果导水机构故障而不能关闭, 水轮机转速会迅速升高。当输入的水流能量与转速升高时的机械摩擦损失能量平衡时, 水轮机达到某最大转速, 即飞逸转速”。有的同学就提出疑问:像三峡这样的机组, 单机容量700MW, 如果发生飞逸, 700 MW的水流能量全部用于水轮机的轴承等处的摩擦损失, 那么, 这些摩擦损失会变为热量, 700MW的能量变为热量, 能否把整个机组融化?问题出在哪里?于是学生们就开始思考并踊跃讨论。经过教师提示, 结合之前学习的水轮机工作原理和水轮机能量损失, 最后学生们确定是教材上关于水轮机飞逸的观念错了。正确的概念应该是:当水轮机发生飞逸时, 由于水轮机转速的不断升高, 使水轮机的内部流动远远脱离了最优的无撞击进口和法向出口状态, 输入的大量的水流能量成为转轮的进口脱流损失, 而且大量的水流能量以出口环量的形式从水轮机出口流向下游, 此时的水轮机效率极低, 仅有少量的水能转换为旋转机械能, 这部分能量使水轮机升速, 并与水轮机的机械摩擦相平衡。在课堂探究活动中, 学生也需要运用证据对科学现象做出解释。学生也可以从教师、教材、网络或其他地方获取证据对他们的探究进行补充。

(3) 学生的学习方式主要体现在学生是否真正参与了教学活动当中, 学生是否合作学习和主动探索知识。在探究式教学过程中, 学生应积极参加创新竞赛或加入教师的科研项目, 进行科学研究和工程实践, 从而在提高学生人文素质和科学素质的同时, 将理论和实践紧密结合, 进一步增强自身的创新能力。

3 结语

教无定法。在教学过程中, 应该根据教学内容、教学对象、教学环境选择恰当的教学方法。在强调探究式教学的同时, 更要注意多种教学方法的运用。事实上, 灵活多样的教学方法更有助于提高学习效率。而且讲授法也有其一定的优势, 因此, 在教学过程中应该将探究式教学方法与传统的讲授法相结合。

摘要：文章针对传统教学模式存在的问题, 提出采用探究式教学方法组织水轮机原理课程教学。从教师的教与学生的学两个方面提出了探究式教学的构想与措施, 并运用到教学实践中, 对提高学生的学习兴趣和学习效果起到了积极的促进作用。

关键词：探究式教学,水轮机原理,学习兴趣

注释

11 安黔江.高等数学探究式教学模式及其评价分析[J].兰州教育学院学报, 2014.30 (1) :100-101.

水轮发电机的工作原理 第7篇

近年来, 随着汽车工业快速发展, 各类汽车产销量的增加, 汽车发电机的市场需求也不断增多。发电机是汽车电力的来源, 重型卡车和工程机械车通常采用2 8 V/55A的交流发电机供电, 汽车启动后发电机处于发电状态, 由电压调节器控制励磁电流大小来稳定其输出电压, 向所有用电设备供电, 同时还对蓄电池充电[1]。目前汽车上使用的电压调节器多为集成电路式[2], 主要由开关管和电压比较器构成, 电压调节器与碳刷架制成一个整体, 具有小型化特点, 外部接线少, 故障率较低。部分发电机在使用过程中会出现故障, 可能引起蓄电池亏电或过充, 使汽车上的用电设备不能正常工作, 给用车带来麻烦。维修人员将根据发电机的各种故障现象进行有针对性的检测判断, 最后排除故障, 保证汽车的正常使用[3]。

本文重点分析集成电路式电压调节器的工作原理, 对发电机故障原因进行分析判断, 最后通过常规检测流程, 判断出发电机的故障部位, 给维修者提供方便。

2 发电机的工作原理

发电机主要由转子、定子、整流器、电压调节器、端盖、风扇和皮带轮等部件组成。当汽车启动时, 蓄电池经点火开关和电压调节器给励磁绕组供电, 蓄电池处于放电状态;汽车启动后, 发电机的输出电压高于蓄电池电压, 由发电机向负载供电, 同时还为蓄电池充电。

发电机原理图如图1所示, 当点火开关S接通后, 充电指示灯亮, 蓄电池提供电源, 此时电压调节器取样电路中R6上电压低于基准值, 即同相输入大于反向输入, 则比较器输出高电平, 驱动开关管使其导通, 使得发电机的励磁回路接通, 励磁回路为:蓄电池正极充电指示灯点火开关LD+励磁绕组调节器磁场端子F开关管蓄电池负极。

当启动发动机后, 发电机开始发电, 充电指示灯熄灭。由于发电机定子内感应电动势随转速升高而增大, 当发电机输出电压大于蓄电池电压时, 发电机向用电设备供电并向蓄电池充电。若发电机输出电压小于调节上限电压, 比较器继续输出高电平, 开关管仍导通, 发电机提供励磁电流, 其励磁回路为:发电机电压D+励磁绕组调节器磁场端子F开关管发电机负极E。若发电机输出电压高于调节上限电压时, R 6上的电压高于基准电压, 比较器输出低电平, 使开关管截止, 发电机的励磁电源被切断, 磁通减小, 励磁电流下降。直到发电机输出电压小于调节下限电压时, R 6上的电压低于基准电压, 比较器又输出高电平, 开关管导通, 励磁回路接通, 励磁电流增大。如此循环工作, 通过控制开关管的导通与关断, 实现发电机的励磁回路接通与断开, 发电机输出电压始终稳定在2 8 V左右。

集成电路式电压调节器如图2所示, 电压调节器起到稳定发电机输出电压和保护汽车用电设备的作用。该电路主要由开关管、电压比较器、稳压器和取样电路等器件组成。开关管采用IRF54系列的MOSFET管, 具有导通电阻低、负载电流大的优点;电压比较器采用低功耗LM29系列, 由两个比较器构成, 联动使用, 减小电压调节器的故障率。

通过在励磁回路中串联一个小电阻, 测试出励磁回路的电压和电流波形, 如图3所示。

3 发电机故障检测

3.1 发电机的故障现象

发动机正常工作时, 通过皮带驱动发电机的转子产生旋转磁场, 定子绕组做切割磁力线运动, 产生三相交流电压;当发电机转速或负载变化时, 电压调节器通过改变励磁电流大小稳定发电机的输出电压, 满足汽车用电设备要求。若发电机工作不正常, 必须对它进行动态性能测试, 确定是发电机的电路还是机械装置出现问题。通过检测电压、电流及充电指示灯可以判断发电机不发电、发电不足或发电过高等故障[4]。发电机常见故障及可能原因如表1, 以及发电机一些常见故障情况如图4所示。

3.2 发电机故障的常规检测方法

以常见的发电机出现不发电或发电量不足故障为例[5], 故障检测时, 应首先检查皮带轮及传动是否正常, 线路连接、发电机的输出端子的接线是否松动;然后再用万用表测量发电机B+与外壳之间的电压是否为蓄电池正常电压;最后启动发动机, 测量发电机输出电压是否正常值。常规故障检测流程如图5所示。

若检测到发电机不发电, 先拆下电压调节器, 用数字万用表的二极管档检测B+与地之间的值, 判断是否为定子线圈搭铁或整流二极管故障, 然后再检测判断励磁二极管是否烧坏, 最后测量转子线圈的阻值, 判断转子线圈是断路还是与外壳搭铁。发电机不发电故障检测流程如图6所示。

若检测到电压调节器损坏时, 拆开发电机与电压调节器连接点, 将可调直流稳压电源与电压调节器、小灯泡接成回路, 测试电路及检测流程如图7所示。将直流稳压电源输出调至低于28V接入测试电路, 相当于发电机两端电压低, 使电压调节器的输出管导通, 接通励磁回路, 试灯发亮。当输出电压调至超过29V时, 相当于发电机输出电压高, 超过电压调节器限压范围, 电压调节器的输出管截止, 切断励磁回路, 此时试灯熄灭。因此通过试灯的亮灭, 判断电压调节器是否损坏。

4 结束语

基于集成电路式电压调节器的发电机满足各种重卡和工程机械车用电设备对功率和动态性能的要求, 该电路结构简单, 体积小, 控制精度高。针对发电机不发电或发电不足等故障现象, 采用发电机电路故障常规检测流程, 并参考故障现象和原因对应表格, 使维修者更快找到问题, 从而排除故障。此外, 通过对发电机的各种故障进行归类分析, 采取针对性的有效措施, 进行持续改进, 将进一步提高发电机的产品性能和使用稳定性。

参考文献

[1]尹万建.汽车电气设备原理与检修[M].北京:高等教育出版社, 2008.3.

[2]张宗荣.电装系列汽车发电机电压调节器电路和功能[J].汽车电器, 2010 (9) :26-29.

[3]安明华.M型电压调节器的原理分析与检测[J].汽车电器, 2012 (3) :48-50.

[4]燕来荣.汽车发电机及调节器的故障检修[J].汽车电器.2009 (6) :46-48.

浅析发电机失磁保护原理及整定计算 第8篇

同步发电机在运行过程中,可能突然全部或部分地失去励磁。引起失磁的原因不外是由于励磁回路开路(如灭磁开关误跳闸、整流装置的误跳开等)、短路或励磁机励磁电源消失或转子绕组故障等。发电机发生失磁故障后,将从系统吸收大量无功,导致系统电压下降,甚致系统因电压崩溃而瓦解;引起发电机失步运行,并产生危及发电机安全的机械力矩;在转子回路中出现差频电流,引起附加温升等危害。由此可见发电机失磁故障严重影响大型机组的安全运行。

2 失磁保护的主判据及整定计算

目前失磁保护使用最多的主判据主要有三种,分别是:a.转子低电压判据,即通过测量励磁电压Ufd是否小于动作值;b.机端低阻抗判据Z<;c.系统低电压判据Um<。三种判据分别反映转子侧、定子侧和系统侧的电气量。

2.1 转子低电压判据Ufd

目前浑江发电公司采用国电南自的DGT801微机型发电机保护,失磁保护采用变励磁电压判据Ufd(P),即在发电机带有功P的工况下,根据静稳极限所需的最低励磁电压,来判别是否已失磁。正常运行情况下(包括进相),励磁电压不会低于空载励磁电压。Ufd(P)判据十分灵敏,能反映出低励的情况,但整定计算相对复杂。因为Ufd是转子系统的电气量,多为直流,而功率P是定子系统的电气量,为交流量,两者在一个判据进行比较。如果整定不当很容易导致误动作。

但是勿容置疑的是,该判据灵敏度最高,动作很快。如果掌握好其整定计算方法,在整定计算上充分考虑空载励磁电压Ufd0和同步电抗Xd等参数的影响,或在试运行期间加以实验调整,不仅可以避免误动作,而且是一个十分有效的判据。能防止事故扩大而被迫停机,特别适用于励磁调节器工作不稳定的情况。主要对转子低压元件进行整定。

2.1.1 转子低电压的动作方程:

Ufd-转子电压计算值

P发电机有功功率计算值

Ufd、Ufd1、Pt-保护整定值

2.1.2 转子电压的动作特性如下图:

2.1.3 转子低电压特性曲线系数Kfd整定:

Kfd=(Kk/XdΣ)(125Se/866Ufd0)

XdΣ=Xd+Xs

Xd发电机电抗

Xs为升压变压器及系统等值电抗之和

Kk可靠系数

2.1.4 转子低电压定值整定:

一般取发电机空载电压的(0.6~0.8)倍

2.2 低阻抗判据Z<

反映发电机机端感受阻抗,当感受阻抗落入阻抗圆内时,保护动作。失磁保护的阻抗圆常见有两种,一是静稳边界圆;另一个是异步圆,还有介于两者之间的苹果圆(主要用于凸极机)。发电机失磁后,机端测量阻抗的变化轨迹,与发电机的结构、发电机所带有功功率及系统的联系阻抗均有关。发电机发生低励、失磁故障后,总是先通过静稳边界,然后转入异步运行。因此,静稳边界圆比异步圆灵敏。由于静稳边界圆存在第一、二象限的动作区,在进相运行时,当进相较深的时,有可能误动。

静稳边界圆Z1与纵轴交于A、B两点,A点为系统阻抗XS,B点为Xd(同步电抗)。在整定计算时,A点系统阻抗XS有时取最大方式下的阻抗,有时取最小方式下的阻抗,B点Xd的取值有时为保证能可靠动作,乘上一个可靠系数K(K一般取1.2)。因我厂200MW机组采用进相运行方式,整定计算时也充分考虑进相运行对保护的影响,以防止误动作。

对把进相运行作为正常运行方式的机组,宜采用异步圆跳闸,可有效保证进相运行时不误动。若采用静稳圆,取Xs=0,将系统等值为无穷大系统,B点取Xd。这样不仅整定计算简化,而且不会造成进相运行时保护误动。

2.2.1 失磁保护阻抗圆特性如下图:

2.2.2 阻抗元件的整定:按静稳极限整定

式中:Φ=tg-1(Q/P)

园心坐标(XA.j,-(XB.j-XA.j)/2

2.3 系统低电压判据

反映系统(低电压元件引入电厂高压侧母线的电压)三相同时低电压。本判据主要用来防止由发电机失磁故障引发无功储备不足的系统电压崩溃。这种判据在系统容量较小、电厂与系统联系薄弱或系统无功不足时,能可靠动作。我厂200MW机主要向系统送电属远离负荷中心坑口火电厂。高压侧母线的三相电压严重下降将导致系统稳定运行的破坏,因此须快速跳闸。该元件的动作电压通常按高压母线实际额定运行电压的二次值来整定。

2.3.1 系统低电压定值整定:按躲过强行励磁磁启动电压及不破坏厂用电的安全整定Uh1.

2.3.2 定子低电压定值:按躲过强行励磁启动电压及不破坏厂用电的安全整定:

2.3.3 动作时间的整定

为了确保系统振荡时失磁保护不误动,失磁保护动作后应经延时作用于出口。另外,当发电机失磁失步后,机端阻抗的测量轨迹有可能交替地进入阻抗圆内又出来,再进入圆内又出来。为使保护能可靠出口,其动作延时不宜过长。失磁保护的动作延时一般应取0.75~1s。

3 逆无功+过电流型失磁保护的整定

该型保护有失磁检测元件、失磁运行危害判别元件、躲系统故障元件及时间元件构成。

3.1 失磁检测元件的整定

失磁检测元件有过电流、过负荷元件及逆无功元件组成。

3.1.1 逆无功元件。逆无功元件按发电机的额定无功功率来整定。

Qdz:逆无功元件的动作功率。

QN:发电机的额定无功功率。

3.1.2 过电流、过负荷元件。

过负荷元件

Idz1:过负荷元件的动作电流。

Krel:可靠系数,取1.05。

IN:发电机的额定电流(取TA的二次电流值)。

Kr:返回系数,取0.95。

过电流元件的动作电流应大于过负荷元件的动作电流,即

Idz1:过负荷元件的动作电流

Idz2:过电流元件的动作电流

3.2 失磁运行危害判别元件

失磁运行危害判别元件由发电机有功功率元件、系统低电压元件及机端低电压元件构成。

3.2.1 有功功率元件。

有功功率元件的整定,应按汽轮发电机较长时间(例如30min)无励磁运行时所允许带的有功负荷来整定。

Pdz:功率元件的动作功率(二次值)。

PN:发电机的额定功率(二次值)。

3.2.2 系统低电压元件的动作电压。

系统低电压元件的动作电压(线电压二次值)为:Udz=85~90V。

3.2.3 机端低电压元件的动作电压Udz(线电压二次值)为:Udz80~85V。

3.3 躲系统故障元件

该元件由负序电压元件及时间记忆元件组成。

负序电压元件的动作电压:U2dz=8~10V(线电压二次值)。

负序电压消失后,该元件动作应保持动作状态至某一较长的时间,以可靠躲过系统故障切除后振荡时对失磁保护的影响,该时间应为6~9S。

3.4 各级时间元件

该保护的动作延时有:减载出口延时、切厂用出口延时、切机出口延时,各延时均可取0.7~0.8S。

4 结论

本文所分析的失磁保护方案,经历了实际运行中多种类型低励失磁故障的考验和进相运行实验,具有良好的运行业绩。浑江发电厂200MW机组即采用此保护方案。采用该配置方案,不仅给设计、整定、调试、运行带来很大方便,而且便于技术的成熟和运行经验的提高。

另外需指出的是,失磁保护对整定计算的要求较高,如整定不当,易造成误动作,尤其是Ufd(P)判据。本方案主要适用于大型机组和对系统影响很大的机组。在实际运用中,并非所有的判据都一定要采用。合理地简化不仅利于整定和运行,也可最终减少误动发生的可能性。

摘要：发电机失磁是指发电机的励磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因为励磁回路开路、短路或励磁机励磁电源消失或转子绕组故障等。发电机发生失磁故障后,转子出现转差,定子电流增大,定子电压下降,有功功率下降,无功功率反向并且增大;在转子回路中出现差频电流等主要特点。构成发电机失磁保护的主要判据有:转子低电压,低阻抗,系统低电压。为了确保电力系统及发电机的稳定运行,根据浑江发电公司200MW汽轮发电机组的实际情况探讨发电机失磁保护装置的构成原理及整定计算方法。

水轮发电机的工作原理 第9篇

某丙烷脱氢项目采用美国UOP公司的工艺包。UOP工艺包用发电机回收膨胀机的膨胀功发电并稳定膨胀机转速。膨胀机为ATLAS-MAFI产品,带发电保护柜。

介质在膨胀机中膨胀,压缩气体的能量释放出来推动膨胀机加速运转,在没有外力平衡的情况下,膨胀机的转速会越来越高,直至发生飞车事故。工艺包中,膨胀机的额定转速为33 209r/min,在膨胀机启动升速接近33 000r/min时,需要有外力平衡,使其在额定转速下运行。这个外力需要及时准确投入,并且随着膨胀机转速的升高,阻力矩可自动增加,直至平衡。根据这一原理,工艺包选用三相鼠笼式异步发电机来吸收膨胀功发电,将膨胀功产生的机械能转换为电能回馈到电网,同时产生平衡阻力矩。膨胀机的额定转速较高,为了使膨胀机与发电机间的变速比不至于过大,选择2极电机,同步转速n1(n1=60f1/p,其中,f1为外加电源电压频率,p为磁极对数)为3 000r/min。

2 发电机工作原理

选择的鼠笼式异步发电机与鼠笼式异步电机的结构相同,由定子和转子组成。当定子三相绕组通入对称三相电流时,电机的内部空间将产生一个转速为n1的旋转磁场。发电机转子的转速称为发电机转速,用n表示。

2.1 发电机工作在电动状态

如果发电机的定子与电网连接,定子绕组中流过三相对称电流,那么此电流在电机内部空间产生旋转磁场Φ,旋转磁场的转速为n1。当n

2.2 发电机工作在发电状态

在膨胀机膨胀功的作用下,发电机转子的转速高于同步转速,即n>n1,此时转子切割磁力线的方向发生了改变,转子产生的感生电流-i2的方向正好与电动状态时相反。转子感生电流-i2与定子磁场Φ相互作用,产生与n1相反方向的电磁转矩T=KmΦ(-I2)cosφ2=-KmΦI2 cosφ2,阻碍转子转速上升(如图2所示),使膨胀机的转速得到稳定。同时,转子感生电流的磁场作用于定子绕组,将膨胀功的机械能变成电能馈送给电网,电机工作在发电状态。这个原理与异步电机再生发电状态(回馈制动状态)相同。

2.3 发电机发出电压的频率

发电机工作在发电状态时,转子电流产生的旋转磁场转速n2=60f2/p=60sf1/p=sn1,其方向与n1相反。转子以速度n旋转,则转子电流产生的旋转磁场与定子的相对转速为n+n2,n+n2=(1-s)n1+sn1=n1。由此可见,无论转子的转速多大,转子旋转磁场与定子旋转磁场总是以同一转速在定子空间相对定子旋转着因为这两个磁场间没有相对运动,所以转子旋转磁场在定子绕组上产生的感生电动势的频率f与电网频率相同,即f=f1。

2.4 膨胀机转速随负载波动后的稳定过程

发电机输出电压会随膨胀机转速自动调整。n上升,转差率s的绝对值上升(n>n1),转子感生电动势E2上升,转子电流I2上升;在电磁感应的作用下,发电机输出电压U1增加,输出电流增加,发电机作用在膨胀机的电磁阻力矩增加,n减小,膨胀机转速得到稳定。

3 发电机并网、解列

3.1 发电机并网

首次开机前,需确认发电机电动运行时的旋转方向。只有发电机电动运行时的旋转方向与膨胀机运行时的旋转方向一致,才可以连接发电机与膨胀机。

膨胀机转速与发电机转速比为11/1,膨胀机额定转速为33 209r/min,发电机额定转速为3 019r/min。膨胀机启动时,发电机不与电网连接,没有励磁,相当于膨胀机的一个机械负荷,发电机的定子、转子绕组中没有电压、电流。膨胀机启动后,膨胀机在膨胀功的推动下带动发电机加速运转。当膨胀机的转速接近额定转速,发电机转速达到3 000r/min99%(允许偏差,2 910～2 970r/min)时,DCS根据系统测速单元检测的信号发出合闸命令至高压柜,高压柜断路器合闸,发电机并网。

并网后,发电机定子加入三相对称电流,在发电机内部空间产生转速为3 000r/min的旋转磁场。此时,由于发电机转速nn1),转子与旋转磁场产生相对运动,切割磁力线产生感生电动势、感生电流。感生电流的磁场作用于定子绕组,将膨胀机膨胀功的机械能转化为电能,发电机发电,同时产生阻碍膨胀机加速旋转的电磁转矩。随着膨胀机转速的继续上升,发电机的电磁转矩随之增加,当膨胀机的驱动转矩与发电机的电磁转矩平衡时,膨胀机转速不再上升而趋于稳定。

3.2 发电机解列

膨胀机正常停车或故障停车时,工艺先发出停膨胀机信号停运膨胀机。约5s后,发电机输出功率降至额定功率的20%左右时,DCS发停车命令至高压柜,高压柜断路器分闸,发电机脱离电网,励磁消失,发电机不再发电。

4 发电机保护

膨胀机带发电机的作用除发电外,更主要的作用是用于平衡膨胀机膨胀功的驱动力矩,使膨胀机稳定运行。所以,除发生短路事故,高压柜断路器可直接跳闸,使发电机脱离电网(同时,给DCS一个停膨胀机信号)外,发生其它电气故障时,都要将信号送至DCS,在工艺做好停膨胀机的相应操作后,才由DCS发信号给高压柜,使高压柜断路器分闸,发电机脱离电网。