发电机原理3.doc

21什么是发电机的空载特性？ 空载运行是发电机最简单的运行状态 ，由于负载电流等于零，故空载状态没有电枢反应现象。 发电机的空载特性，是指额定转速下当发电机的负载电流等于零时，发电机定子端电压与转子励磙电流的变化关系。 通过空载特性试验，不仅可以检查发电机励磁系统的工作情况，观察发电机磁路的饱和程度，而且可以检查发电机定子和转子的连接是否正确，和求得发电机的某些参数。22绝缘电阻为什么会随温度的升高而降低：（配合20题）？ 温度升高时，绝缘体内部分子运动加剧，分子内的电子就容易因分子间相撞而跑出来，增加了绝缘体内的导电性能，同时绝缘体内的水分当温度升高时就开始肿胀而伸长，成为细线分布在两极之间，由于水中含有的杂质和绝缘物内含有碱性，酸性等杂质被水分解后也增加了导电性能，因而在温度上升时，绝缘电阻就降低了。23发电机在运行中失去励磁原因是什么？ 发电机在运行中突然失去励磁电流，使转子的磁场消失，叫做发电机失磁原因：一般是由于励磁回路断线，发电机转子回路断线，励磁机电枢回路断线，励磁机励磁线圈断线，整流子严重冒火，灭磁开关因受震动或误碰掉闸，以及磁场变阻器接触不良等原因引起。配电盘上的仪表将出现下列现象：（指发电机与系统併网运行中）转子励磁电流表指示为零或接近于零，励磁电压接近于零；发电机定子电压降低；定子电流指示升高；功率因数表指示进相；无功功率表指示负值；各表计指示都在摆动。其摆动频率为转差率的一倍，汽轮机的转数比额定值略有升高，但危急保安器不会动作。凡发生上述现象均说明发电机己失去励磁，应及时进行处理。 处理：值班人员确认发电机失去励磁时，应立即解列停机。经过无励磁试验运行的发电机失去励磁后也可不立即解列停机允许运行30分钟，这段时间内，必须消除故障，如不能应将发电机解列停机。一般中小型电厂发电机是不允许无励磁运行的。 发电机内部变化特征：发电机正常运行时，定子磁场和转子磁场以同步转速旋转，当发电机失磁后，原来的转矩平衡被破坏，使发电机的转速升高，高于同步转数，定子电流所产生的旋转磁场在转子表面感应出频率等于转差率的交流感应电势，使转子表面而产生电流而发热，造成转子表面损耗。正常运行时发电机向系统发出感性无功功率，而失磁后，向系统发出后容性无功功率。即发电机的电流超前其端电压90%。因此功率因数表指示进相。等原因。 预防方法：加强励磁回路维护工作和检修工作，检修时要测量励磁回路电阻，励磁变阻器在运行中经常转动，并切要注意转动触头与固定部分接触是否紧密等。24运行中的发电机出现转子绕组两点接地时会出现哪些现象？ 当发电机转子绕组绝缘损坏，线圈严重变形以及绕组端部积灰严重，例如，转子绕组绝缘损坏，与转子轴发生连接,(转子轴在汽轮机端是接地的)见下图:D1点,一点接地时没有故障电流流过接地点,励磁回路参数不变,发电机仍可继续运行(但是经常有一点接地是不允许的应设法消除) 如果转子回路又有一点接地,D2点,则部分励磁线圈被短接,两个接地点之间有故障电流流过.两点接地是危险的,它可能引起线圈燃烧和由于磁路不平衡而导致发电机发生剧烈的震动。发电机还会出现励磁电流突然增大，功率因数增高甚至进相，定了电流增大，电压降低，这是因为转了接地点之间绕组被短路，这就是使绕组直流电阻减小，所以励磁电流增大，如果绕组被短路的匝数较多，则主磁通将大量减少，致使发电机无功功率显著降低，使力率增高或进相，同时定子电流也将增大，由于转子部分绕组短路，破坏了磁路平衡将引起发电机震动。 转子绕组匝间短路故障，也将产生上述现象，但比两点接地较轻。 当运行中转子一点接地发出信号，二点接地时则动作于跳闸，出现两点接地后接地电流可能使汽轮机缸体磁化。 预防：为防止转子绕组接地，应对发电机的转子绝缘电阻认真进行监视，当发现绝缘电阻下降到0.5兆欧时，应报告有关人员，当绝缘电阻下降到0.1兆欧时，可视为转子绕组一点接地。应设法消除，如不能则投入两点接地保护。 处理：当发电机发生转子绕组两点接地时，值班人员应立即切断发电机主开关，使发电机与系统解列停机.25.运行中的发电机振荡失步将出现哪些现象?正常情况下,发电机发出的功率和负荷功率是相平衡的,我们把定子磁场与转子磁场之间看成弹性的关系，当系统发生重大事故时，发电机的电磁功率与汽轮机的机械厂功率放大器的平衡遭遇到破坏。还有发电机的出力与用户的负荷不相平衡，这时，发电机一瞬间向系统送出功率，另一瞬间又从系统吸收功率放大器，这种现象叫做同步发电机的非同期限振荡，这也称与系统工程失去同步表盘将出现下列现象。 定子电流的摆动超出正常值，表计激烈地摆动。 定子电压表指针剧烈摆动，电压可能下降。 有功功率指示摆动，频率表指示忽高忽低。 转子电流表，转子电压表在正常值的附近摆动。 发电机发出鸣叫声，鸣叫的声音与表计的晃动带奏相同。 强行励磁可能动作。处理L 发电机失去同步后，值班人员应通过增加励磁电流来创造恢复同步的条件。 减少失步发电机的有功负荷，也就是减少汽轮机的出力，使发电机容易拉入同步。 如果说以上措施不能使发电机稳定，按规定应在34分钟内将发电机解列。预防： 安装强行励磁装置和自动励志磁装置。 安装快速动作继电保护装置及自动重合闸。26运行中的发电机变为调相机运行时，出现哪些现象？ 与系统并联运行的发电机，当汽机的危急保安器或主汽门误动时，使发电机失去了原动力而变作调相机运行，此时的发电机不能向系统输发有功功率，而是从系统中吸收一部分有功功率以维持本身同步运转，向系统送出无功功率。此时，反应大配电盘表计上的现象是：发电机有功功率批示负值，无功功率表指示上升，功率因数表指示为零或指示很小，定子电流表指示稍低，其它表计基本与正常时相同。 同步发电机变为调相机运行后，由于汽轮机长时间不能通过蒸汽，汽轮机的叶片会因高速旋转而发热，因此，在一般情况下不允许长时间运行。如长时间不能挂上危急保器，增加有功负荷，应将发电机解列，其次长时间不能恢复有功负荷，可能使系统频率降低等危害。27发电机非同期并列的危害？ 发电机准同期并列的条件是电压频率，相位，相序必须一致，才能进行并列合闸。 当待并发电机电压与系统电压有效值相差不应超过510%，待并发电机频率与系统相差不应超过0.20.5%，待并发电机电压与系统电压的相位角差不应超过10度时才能合主油开关，如与上述相差过大时，就可能发生非同期限并列。 当电压不同时，发电机会产生一定的冲击电流，电压差相差很大时，当其电压远低于系统时，除产生很大的冲击电流外还会使系统电压严重下降，导致事故的发生。因此在并列时，应保持待并发电机的电压略高于系统电压。 当电压的相位角不同时，则冲击电流很大，有时可能达到三相短路电流的几倍，定子线棒和转轴将受到一个很大的冲击力，使定端部绕组严重变形，等事故。 所以，当发生电机非同期并列事故时，值班人员应立即跳开主断路器和灭磁开关，将发电机停止进行检查。28发电机是否可以过载运行？有何规定？ 正常情况下，是不允许长期过载运行的。因为当发电机长期过载时，定子，转子的温度都将升高或超过允许值，这将降低绝缘的寿命，所以发电机过载时，应通过限载措施，将负荷降到额定值以内。 当系统发生事故时，导致系统电压不足或有其它情况突变而威胁到系统的静态稳定时，则允许发电机短时间过载，发电机定子允许过负荷的数值和时间见下表参考。短时间过载电流/额定电流 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.4 1.5 2.0 2.5允许持续时间(分) 60 15 6 5 4 3 2 1 0.529.发电机的併网条件?为什么? 1.电压相同. 当电压不同时,发电机会产生一定的冲击电流,当电压差在正负10%以内时,冲击电流不致于对发电机造成危害,当电压差很大时,其电压远低于系统电压时,除产生很大的冲击电流外,还会使系统电压下降导致事故发生1 相位相同 当相位不同时，如相位角差起过正负30度则冲击电流很大，可能达到三相短路电流的两倍，定子线圈和转子大轴将受到一个很大的冲击力，使定子端部绕组严重变形，严重时会使转子弯曲。2 频率相同 当频率不相同时，会使发电机产生机械振动，发电机併列后不能同步，有一部分冲击电流。3 相序相同 当相序不同时，发电机永远不能同步，产生很大的拍振电流，使发电机遭受严重损坏。30同步发电机有几种激磁方式？对激磁系统有什么要求？ 所称激磁也称励磁： 发电机转子磁场是由励磁电流通过励磁绕组产生的而励磁电流则由励磁机供给。向转子励志磁绕组供给励磁电流的装置叫做励磁系统。 同步发电机的励磁系统主要有两大类：即直流发电机励磁和静止半导体励磁。前者是和发电机装在同一轴上，而后者是把交流电经过可控硅整流后，供给发电机励磁电流的直流电源。 对励磁系统的要求：1 励磁系统应有很高的可靠性和稳定性，且不受外部影响。2 发电机在允许的范围内运行时，应保证发电机电压的额定值。3 当电网发生短路故障时而使电压降低，应保障能给强行励磁电流，以保证电网电压的水平。4 当发电机出现内部故障时，为防止短路电流损坏发电机绕组，应很快进行灭磁。31发电机励磁系统原理？（图） 正常运行时，合上励磁开关及刀闸。QDM为灭磁开关，它有3个触头。QDM1触头接在发电机转子绕组回路控制发电机励磁电流；QDM3触头并接在励磁机灭磁电阻Rm2,QDM3实质上是控制励磁机励磁电流和灭磁用的。灭磁开关还有一个常闭触头QDM2，串接发电机转子灭磁电阻Rm1后，并接在转子绕组两端，当灭磁开关断开时起灭磁作用。 灭磁开关QDM的作用是控制励磁和灭磁，对其常开，常闭触头接通和断开的顺序有严格的要求。当合灭磁开关时，常开主触头QDM1要先闭合，常闭辅助触头QDM2后打开。目的为防止发电机转子回路开路。 当灭磁开关由于某种原因跳闸时，或正常时，要求常用闭触头QDM2闭合后QDM1常开触头再断开，避免转子绕组开路在其两端产生不允许的过电压，与此同时QDM3也断开，把励志磁机灭磁电阻Rm2串入励磁机励磁回路，达到了灭磁的目的。 发电机灭磁电阻Rm1的作用，一是为了防止转子绕组滑环间电压超过允许值，二是为了将转子绕组所储存的电磁能变为热能消耗掉，加快灭磁过程。 灭磁电阻Rm1的数值，一般选择为发电机转子绕组在热状态下电阻的45倍。 励磁机灭磁电阻Rm2的作用是使励磁机电压尽快降低，以避免在甩负荷转速升高的情况下使励磁电压升高过快。 Rm2的电阻值一般为励磁机励磁绕组在热状态下电阻值的10倍。 强励接触器QVC常开触头并接在磁场变阻器电阻RC固定电阻Rg两端，强励动作时把这两部分电阻短接起强励作用。32发电同强行励志磁装置？ 发电机在运行时，一般操作，先由运行人员借助磁场子变阻器建立起发电机电压至额定值并入系统，然后投入强行励磁装置和自动励志磁调节装置正常运行时发电机的励磁由磁场变阻器和自动励磁装置供给维持机端电压为额定 值及机组间的无功分配。事故状态下再由继电强行励磁装置提供足够的励磁电流以满足系统稳定的需要。继电强行励志磁的作用：当系统发生故障，电压极度下降时，强行接触器动作，自动地将磁场变阻器电阻和固定电阻短路，强迫励磁机在顶值电压下工作，很快地增加励志磁电流互顶值，给发电机转子绕组提供足够的励磁电流。故障切除后，电压恢复，强行励磁装置自动返回，励磁电压恢复正常。33同步发电机的在相绕组，一般都接成星形而不接成三角形为什么？ 因为发电机每相产生的电势并非是标准的正弦波，除了基波外还有许多高次谐波，其中较强的是三次谐波。在三相基波电势相位差为120度时，三次谐振波电势恰好差360度，故在三相绕组中的三谐波电势是同相位的。 如果三相绕组接成星形则线电压中没有三次谐波电压，但如果绕组接成三角形，因三次谐波电势是同相位的，将在三角形闭合回路里相加，引起在次谐波电流，增加损耗和发热。所以一般不接成三角形，采用星形接线不但可以避免在三次谐波环流，而且可以获得比三角形接法高3倍的输出电压。34，什么叫同步发电机的电枢反应？ 同步发电机的三相绕组在开路（即定子电流I=0）状态下，转子转速为额定转速，通入转子中电流（励磁电流）使定电势等于额定电压时运行，称空载运行。 当发电机的三相绕组接上负载以后，定子三相绕组就会出现对称的三相电流（电枢电流）这个对称在相电流产生一个旋转磁场，我们把它称做定下磁场或电枢磁场。这样一来，在同步发电机转，定子之间的气隙中，就同时作用了两个旋转磁场，一个是负载电流产生的电枢磁场，另一个是空载时就有的，由转子激磁产生的主磁场。电枢磁场子物主磁场子都以同步速度旋转，而且旋转方向一致，它们两者之间没有相对运行，因此，它们迭加在一起，构成了气隙的总合磁场。 由于电枢磁场的出现，将使气隙合成磁场的大小和位置与空载时的气隙主磁场相比发生了变化。我们把发电机有负载时电枢磁动势必的基波分量对转子激磁磁动势的作用，叫做同步发电机的电枢反应。36电枢反应与哪此因素有关？ 在同步发电机中，电枢反应的程度不仅与负载电流的大小有关，而且与负载的性质有关，当负载电流的大小一定时，负荷的性质直接决定于电枢反应的结果。 当负载是纯电阻时，电枢电流和定子绕组感应电动势同相位电枢磁动势的轴线在空中垂直于转子磁极的轴线，是横轴电枢反应，使发电机磁场发生位移。（即气隙中的合成磁动势必的轴线方向逆着转子的旋转方向移动了一个角度） 当负载为纯电感时，电枢电流滞后于定子感应电动势90度，电枢磁势必与转子磁势必相反，这时的电枢反应是后轴去磁电构反应，它对主磁极磁场去磁作用（即沙尘削弱了主磁场） 当负载为纯电容时，电枢电流超前于定子感应电动势90度电枢磁势与转子磁势方向相反，此时的电枢反应是纵轴助磁电枢反应，它的作用是使主磁场增强。 在一般感性负载时，电枢电流滞后于定子感应电动势的角度大于0度而小于90度，此时的电枢反应介于横轴电枢反应与纵轴去磁电枢反应之间。它的作用一方面使磁场位移，另一方面是使主磁场减弱。 在一般电容性负载时，电枢电流超前于定子感应电动势的角度大于0度而小于90度，此时的电枢反应，则介于横轴电枢反应与纵轴助磁电枢反应之间，它的作用一方面使主磁场子位移，另一方面增强了主磁场。综合上述可知： 因为电网中有很多变压器，除照明负荷外动力负荷大部分是电动机所以尾电机所带的负荷是电阻和电感混合性质的，电阻及电感性负荷所产生的横轴及纵轴电枢反应都是去磁作用的，这样，当负荷增加时，发电机端电压要下降，如负荷数值不变，而功率因数下降（即感性负荷相对增大）发电机端电压也要下降。 感性负荷与容性负荷在发电机中的产生的纵轴电枢反应的作用是相反的，前者是去磁作用，后者是加磁作用，因此，通常用在网络中并联电力电容器（提高功率放大器因数）以抵消感性负荷在发电机中的去磁电枢反应从而提高网络电压水平。36为什么励磁机上有了并励线圈，还要有串励线圈？ 这是为了减少极性变反和电枢反应的不稳定现象，当励磁机负荷很少，且运行点在饱和曲线上斜度较大的部分时,如果发电机的负荷突增,则在发电机转子电路中就会感应出反方向的电势,产生反应方向电流,此电流所产生的电枢反应可能将励磁机并励线圈产生的磁场完全抵消,甚至使极性变反，使电机运行产生不稳定现象。 在励磁机上串联少数励磁线圈能补偿一定负荷下的电枢反应和电枢的内电阻压降，减少由此产生的不稳定现象。37为什么发电机在运行中三相静子电流不允许相差10%？ 当发电机在运行中，三相静子电流不许超过每相间的10%，这是因为当各相间的电流不平衡时，定子线圈中产生逆序磁通，与转子方向相反，它的转速，对转子而言，是转子转速的2倍，逆序磁通切割转子线圈和铁芯就将产生2倍额定频率电流。 这种电流在转子线圈和金属部分，均引起很大的附加损失和发热对转子本体及套环将引起过热，同时，这种电流破坏发电机定子与转子磁极间正常用的吸力平衡，其影响到首先是引起2倍频率的振动，其次在机器个别部件引起额外的机械应力造成事故。38何为换向？ 当电机（直流发电机）旋转时，电枢绕组元件从一条支路，路过电刷短路，进入另一条支路，元件中电流（元件）改变方向的过程，称为换向。 换向不良的现象是电刷不出现火花，火花在电刷下范围很小，亮度很弱，呈现蓝色火花，对电机（电枢）并无危害。而火花范围内较大，比较明亮，呈白色或红色，对电机（电枢）则有危害，大范围的强烈红色火花，危害更大。因为火花烧伤电刷，使其接触表面粗糙而形成凹坑，从而使接触面减小，火花也烧伤换向器，使其表面变黑而产生伤痕。同时，由于电刷与换向器的接触面减小又将显著地增大电流密度的基本方法： 选择适当电刷，增加电刷与换向器片间的妆触电阻。 移动电刷改善换向。 装置换向极。 补偿绕组。39直流发电机的基本原理？ 其固定部分主要有两个磁极N极和S极组成，磁极可以由永久磁铁制成，但通常是在磁极铁芯上绕有励磁绕组，通过一定方向的电流，即可产生由N极到S极的磁通。绕有线圈的转动部分称为电枢。电枢在两极中间旋转。线圈的两端分别与固定在轴上的两个半圆铜环相联接。这两个半圆铜环称为换向片，两片之间互相绝缘，共同组成最简单的换向器。 换向器上装有接通外电路的静止的电刷A、B（两侧）外电路中的用电器即为负载。 通过换向器和电刷的作用，及时地改变线圈与外电路的联接，将线圈产生的交变电势改变为电刷两端方向恒定的电势，使外电路的电流仅按一定方向流动。综之上述：同步发电机的励磁机就是一台直流发电机，它与同步发电机装在同一轴上，由原动机（汽轮机）拖动，转速是一定的，调节励磁主磁场的励磁电流时，励磁机的端电压就发生变化，这样，就可以调节送入同步发电机的励磁电流，达到调节发电机端电压的目的。直流发电机可以做为直流电机运行，也可以作为电动机运行，这就是电机的可逆原理。直流发电机（直流电机）是以电磁感应定律和电磁为定律作为它的理论基础的，当导体在磁场中作切割磁力线运动时便产生感应电势，而载流导体在磁场中便要受到电磁力的作用。如果原动机供给直流电机机械能，拖动电枢旋转，通过电磁感应便将机械能转换为电能，供给负载，这就是发电机，如果由外部直流电源供给电机电能，通过电磁感应，便将电能转换为机械能，拖动负载转动，这就是电动机。40直流发电机的基本构造？ 直流发电机（电机）的结构主要是定子和转子两部分，由于直流发电机（电机）需要换向故以定子为磁极，转子为电枢。 定子 定子包括下列几个主要部件：1主磁极 主磁极由磁极铁芯和励磁绕组两部分组成，主磁极多用螺钉固定在机座上，在磁极铁心上套装励磁绕组，极靴对励磁绕组起支撑作用，且使气隙磁通有较好的分布波形，各磁极的励磁绕组一般采用串联，并应使励磁电流产生的磁场，沿定子圆周交替出现N极和S极。 2换向极 换向极是在主磁极之间装设的较小磁极，亦由磁极铁心和套装在此铁心上的绕组构成。它与电枢绕组串联，通过电流较大，常用截面大的扁铜线绕成。 它的作用：是产生一个磁势，除了抵消在换向区域内的交轴电枢反应外，尚能产生一磁场，使换向元件切割该磁场而产生旋转电势使之能平衡电抗电势,从而使换向接近于直线换向。 并且在安装换向极绕组时，应尽量使其靠近电枢，以减小换向极的漏磁，同时也为了减少由电磁原因在电刷下面产生的火花，获得良好换向。3机座。 机座既是构成直流电机磁路的一部分（磁轮）又是电机的机械支架，主磁极和换向极都固定于机座的内壁。 4电刷装置 电刷是将电枢绕组与外电路接通装置，它有电刷、刷握、刷杆等。组成，刷握和刷杆都装在刷杆座上，彼此之间绝缘。 转子转子的主要部件是枢铁心，电枢绕组和换向器组成。1电枢铁心 它装在转轴或转子支架上，一般电枢铁心沿轴向分成若干段，段间留有间隙，称为通风沟，来改善冷却条件。2电枢绕组 它由圆形或矩形的绝缘铜线绕制，嵌放在电枢铁心槽中，每个绕组元件的首末端分别与换向片连接。3，换向器 换向器是直流电机（劢磁机）的特有部分，由换向片集成，外表呈圆形（换向片用硬质电解铜制作）整个圆的端部用V形环来紧，换向片与V形环轴套之间亦用元再绝缘，每个换向片一端的凸部刻有小槽，用以焊接绕组元件的线端。 直流励磁机容量愈大，换向愈困难，这就是限制性了直流励志磁机容量的增大，目前我国制造的最大励磁机容量为6MW，转速为3000r/min。 换向器一般分为拱形换向器，塑料换向器，绑环式三种，以拱形换向器应用最为广泛。 换向器的常见故障有接地，片间短路，外圆磨损，变形，升高片松动，开焊和断裂等。41发电机的不正常工作状态？1，由于外部短路，自起动非同期重合闸以及系统振荡等原因引起的定子绕组过电流。2由于发电机负荷过额定值而引起的三相对称过负荷以及由于负荷不对称或非全相运行等到而引起的过负荷。 以上两种情况引起的定子绕组过电流，将使发电机温度升高，加速绝缘老化，减少发电机寿命。42，发电机定子绕组的常见故障？1 定子绕组的相间短路是发电机最严重的故障之一，很大的短路电流及其所产生的电弧，不但会使绝缘损坏，而且会烧坏绕组和铁芯，甚至引起火灾。2 定子绕组匝间短路，被短路的各匝将有短路电流流过，产生局部过热，破坏绕组绝缘，并可能发展成单相接地或相间短路。3 定子绕组单相接地，最常见的单相接地故障是定子绕组绝缘破坏而造成的一相绕组碰铁芯。发电机电压系统一般是中性点不接地的小电流接地系统，单相接地后，发电机电压系统的电容电流经过接地点的定子铁芯而流入大地，当接地电流5A时会出现局部铁芯熔化，基于会发展成相间短路。所以二次保护整定值跳闸电流为5A。大于5A时必须跳闸。43发电机励磁（转子）回路常见故障？ 1 发民机励磁回路发生一点接地，一点接地虽然没有构成通路，对发电机没有直接的危害。但再发生一点接地，就成了励磁回路两点接地短路。 2 励磁回路两点接地短路，短接了一部分转子绕组，破坏了转子磁路的对称性，使发电机产生强烈的机械振动，由其对凸极式转子，危害会更大，所以不允许励磁系统带一点接地长期运行。 3 转子绕失去励磁电流，这类事故多半是由于自动灭磁开关误动或转子绕组回路断线，开焊等引起。失磁后的发电机变为异步运行，将从系统中吸收大量的无功功率，以至发电机端电压下降，定子电流增大，引起发电机过热。44，发电机应装设的保护装置？ 根据发电棒同可能发生的各种故障和不正常运行状态，一般装设下列有关保护装置：1 纵联差动保护：用于反应电动机定子绕组及其引出线的相间短路。作用于 眺闸延时信号。2 横联差动保护：用于反应发电机定子绕组一相匝间短，定子绕组为星形连 接而且每相有两个并联引出支路或又星形单性点引出的发电机才能此保护，作用于跳闸。3 过电流保护： 用于反应发电机外部短路引起的过电流，并做为发电机内 部故