1FC5同步发电机励磁系统解析.doc

1fc5同步发电机励磁系统解析同步发电机在实际运行中可能出现各种各样的故障,但只要发电机绕组没有存在损坏，在现场无法修复外，其他因励磁系统的故障均可以通过维修恢复工作。下面以无锡电机厂生产的1fc5型无刷励磁发电机为例讲解，电气原理图见附一。一、1fc5型无刷励磁发电机的主要结构由主发电机gs1、励磁发电机gs2、励磁装置组成，gs1为旋转磁极式，gs2为旋转磁枢式。励磁装置由电抗器、电容器、整流变压器、电流互感器和自动电压调节器（avr）组成。二、1fc5型无刷励磁发电机的工作原理柴油机拖动发电机转动后，励磁机依靠内部剩磁或外部充磁建立比较低的电压，该电压作用于励磁部件而产生的励磁电流使得发电机电压不断上升，最后稳定于整定值。如果自动电压调节器（avr）故障或不接入励磁系统，则发电机从空载到满载的整个负载范围内，其输出电压始终高于额定值。当自动电压调节器（avr）接入励磁系统后，有一部分励磁电流流过其中的可控硅和电阻组成的分流电路。分流电流的大小由自动电压调节器根据负载大小自动调节，保证了发电机在整个负载范围内其输出电压始终等于额定值。三、励磁系统主要元器件的功能及可能出现的故障1、电抗器l1电抗器功能是提供励磁电流的电压分量，同步发电机的空载端电压可以通过调节电抗器铁心气隙来调整。气隙越小，整流变压器t6的输出电流越大，使得发电机电压升高；反之，气隙越小，电抗器电抗越大，整流变压器t6输出电流越小，将使发电机电压降低。当电抗器发生匝间短路时，电抗减少，发电机空载电压升高；连接线插头接触不好，阻抗值加大，使得励磁电流减少，发电机的空载电压降低。电抗器有6个抽头分别是u1、u2、v1、v2、w1、w2，可以通过测量其电阻判断其好坏。2、电流互感器ta1-ta3电流互感器作用是提供励磁电流的电流分量，如果电流互感器副边开路或插接件接触不良，将使励磁电流的电流分量降低，造成发电机带负载后端电压下降；如果副边绕组局部短路将使励磁补偿分量增加，使得发电机带负载后端电压上升，同时在检查中可以发现其副边绕组发热。3、整流变压器t6整流变压器t6是一个双绕组的三相变压器，原边每相绕组根据发电机机型带有备用抽头，副边绕组均带有多个抽头供调整使用，一般这些抽头在出厂时已作好调整，在现场检修时不能改变抽头位置，更换时应按原位置进行插接。整流变压器t6原边接受电抗器l1输出的电压分量，在副边产生相应的励磁电流。同时t6副边绕组也接受电流互感器t1-t3提供的励磁电流的电流分量。当t6的原边或副边出现短路、断路，都可以使得发电机空载电压及加载后端电压下降。4、中间变压器t4（t5）中间变压器t4（t5）的功率为15v.a，原副边的电流比为5a：1a。原边与电流互感器ta副边相串联在加到整流变压器t6的副边提供补偿电流。另一方面t4副边电流为调差装置提供一个调差电压，用于调节无功电流。（在一台发电机中采用两个同样电流互感器，分别取出两相无功电流进行控制。当中间变压器t4的原边发生断线或插接件接触不良、副边断路时，使得发电机在加负载后端电压下降。当t4原边、副边短路将使调差率改变，如果两个互感器的副边同时断路或插接件接触不良，发电机的调差率等于零。5、测量变压器t7（t8）测量变压器t7（t8）的功率为7.2v.a，原副边的电压比为425v：24v。t7（t8）提供给电压调节器avr电源，同时也提供采样电压。当测量变压器原副边绕组接线不良或插接件接触不良，都会使avr无法工作，发电机的端电压将上升到额定值的108%-114%。如绕组轻微短路将改变avr的取样设定值。绕组严重短路时，通过目视可以观察到有明显烧坏现象。6、静止整流器u1静止整流器是一个三相桥式整流器，将t6副边的三个输出端的交流整流成直流，供给励磁机的定子绕组（接线端子f1、f2）使得励磁机发出三相交流电。当静止整流器中六个二极管有发生击穿或开路（采用测量电阻值办法）将使得发电机输出端电压下降。7、旋转整流器u2旋转整流器u2由三块结构相同的整流模块组成，每个整流模块内有两个二极管。旋转整流器安装在主发电机转子与励磁发电机转子之间的旋转轴套上。当旋转整流器中的二极管发生击穿或开路，造成励磁电流减少使得发电机端电压下降。8、旋转压敏电阻r4和静止压敏电阻r3旋转压敏电阻r4是旋转整流器u2的过电压保护元件，与旋转整流器安装在主发电机转子与励磁发电机转子之间的旋转轴套上，它们之间的区别是旋转压敏电阻r4只有两个接线端子。静止压敏电阻r3是静止整流器u1的过电压保护元件。r3和r4的常见故障是被破坏性击穿，击穿后相当于对输入到主发电机转子的励磁电流进行分流，造成发电机端电压下降，其击穿后的阻值大小将影响到发电机输出电压大小。在现场处理此类故障，如暂时无配件供应，可以暂时甩开接线。注意此时整流器没有保护，极易被击穿损坏。四、电压调节器avr的功能及故障处理。1、电压调节器avr的功能通过控制励磁分流电流的大小，从而改变励磁电流，达到调节发电机电压的目的。其17#、18#、19#为信号输入线电压为：ac24v，1#、5#为控制输出线。在现场检修处理故障时，可将17#、18#、19#、1#、5#甩开，观察发电机输出电压是否在450v左右，如有则故障出在调压板，如没有故障应该在发电机的自励部分。五、发电机电气故障的分析与处理办法（发电机运行在额定转速并且在空载状态）1、不发电或输出电压低于100v的故障原因：（1）主发电机定子绕组损坏（2）主发电机转子励磁绕组断路（3）励磁发电机定子绕组断路（4）励磁系统故障2、发电机输出电压低的故障原因（1）主发电机转子绕组匝间短路（2）励磁发电机转子绕组匝间短路（3）励磁发电机定子绕组匝间短路（4）旋转整流模块、压敏电阻损坏（5）励磁系统部件的插接件接触不良3、发电机输出电压高于额定值（1）avr工作不良，无励磁电流分流（2）外接电压电位计（位于配电柜上）断线（3）限流电阻r1及其接线（4）充磁开关打在闭合位，造成与自磁电压迭加，使得超出avr的调压范围。（5）avr的us设定不当，需重新调整。4、发电机加载后电压下降（1）励磁系统插接件插接错误（2）avr工作不良六、柳州产1fc6型发电机的简介1、1fc6型发电机与1fc5型发电机的异同1fc6型和1fc5型发电机均按德国西门子许可证制造，两者之间的共同特点是无刷励磁、隐极式转子、全阻尼结构，七、故障排除实例1、2003/3/2乘务员报kd97756i机组发电机电压出现波动，库检班组更换调压板avr，发电机电压在450v左右且无法调整电压。3/6上车处理，检查外接电位计正常，发电机励磁箱内部接线正常。检查旋转二极管，发现d3被击穿，更换后仍无法调压，因车体要出库，当晚停止检查。3/8再次上车处理，对发电机励磁箱内部各部件、接线进行全面检查，确认正常后开始怀疑新换上的avr是否正常工作，调换ii机组的avr，故障现象消失。判断此次故障原因是新avr无效所致。从kd97757i机拆下恢复kd97756正常工作。2、03/6/1库检报kd97781i机组发电机电压高且无法调整电压，到场检查发现avr的17#、18#插接线头松动，avr无输入信号导致avr不能工作，励磁电流无分流。对接头进行处理后发电机工作恢复正常。3、03/7/22新编岳阳车体发电车kd998129临出库时报i机组发电机电压高，库检检修班组更换调压板avr后，故障现象未消除。经对故障现象的分析，判断应为充磁开关打在闭合位，与自磁电压迭加使得超出avr的调整范围。电告随车检修人员后，对方恢复又发现发电机电压低。到东站上车，对avr的us进行设定，故障消除。对该机组进行带负载210kw，均正常。4、03/9/2kd998131ii机组发电机怠速时无电压，用充磁方式恢复电压160v，运转位电压正常并且能够调压。加载300a后端电压下降至370v。入库后，库检对发电机的旋转模块和调压板进行更换，发电机无输出电压。03/9/5上车对发电机的旋转模块、静止整流模块、励磁发电机检查正常，后甩开avr控制线用24v充磁，发电机仍无输出电压。03/9/12该车下线，经全面检查，发现旋转整流模块的接线错误，输入至主转子的两条线装在同一极上，造成励磁回路断路，其后对电抗器进行更换，发电机空载电压在430v。6、03/9/10kd998131线上报iii机组发电机带负载500a出现掉电压跳主开关，重新起机后该机空载电压400v，可以调低而不能调高，带负载出现明显压降。9/12入棚检修，检查空载励磁电流1.6a（标准1.0a）励磁电压39v（标准25v），分析故障原因在主转子有匝间短路，造成励磁电流、电压增大。9/13对该电机进行更换编号96089（原998132ii机），恢复该车上线。7、03/10/30kd997781i机组发电机出现电压达430v并且无法调整电压，经检查为外接调压电位计损坏，更换后正常。因原配电位计厂家不再生产，改用丹阳产电位计的阻值比较大，并且精度高，焊接时容易损坏造成阻值大，从而无法调整电压。8、04/7/14发电车kd997616上线前整备时，ii机组发电机出现电压低故障，怠速电压只有30v，柴油机高速运转后输出电压只有150v，库检检修班组更换自动电压调压器avr后故障未消除。经上车检查为静止整流模块坏，造成励磁回路断开，发电机输出电压低的故障。更换新模块后，发电机工作正常。9、04/6/8发电车kd997783报ii机组发电机在400a负载时，出现掉电压现象。对该机组发电机进行带负载试验，当输出负载在300a时，发电机电压出现明显压降，而且无法用调压旋钮调整电压。检查发电机的励磁部分，检查各接线无松动，更换avr后，负载在400a后出现发电机电压出现明显压降，故障没有彻底处理好。经分析，故障原因是当负载增加时，励磁电流没有增加，造成发电机的输出电压低，6/10在该车再次进库时，检查为电流互感器t1的次边绕组开路，更换新件后，带负载至600a发电机电压输出正常。八、发电机检修的几点经验1、判断是否为avr故障，1fc5型发电机可以拿掉17#18#19#接线（信号输入）和1#5#（信号输出），1fc6型发电机如能保持电压在450v以上，说明发电机的自励正常，无法调压为avr故障。2、从avr的20#21#插线可以用万用表测量出外接电位计的电阻是否损坏。3、发电机的空载励磁电压、电流是发电机正常工作的一项重要指标，空载励磁电压一般在直流2030伏，空载励磁电流一般在直流1.0a。早期生产的发电车配电柜带有励磁电压表，后期的配电柜没有，励磁电压可以在发电机出线盒的接线端子排的f1#、f2#采取直接量取，采取此种方式一定注意操作安全。励磁电流的测量采用万用表的电流5a档串接f1、f2其中任一条，注意电流的正负极性即可。4、更换旋