发电机变压器原理

发电机变压器原理介绍 主讲 蔡才军 交流发电机原理 发电机是根据电磁感应原理来发电的 发电机首先要有磁场 现在用一对磁铁来产生发电机的磁场 磁力线从北极到南极 在磁场内放入矩形线圈 线圈两端通向两个滑环 滑环通过电刷连接到输出线上 输出线端连有负载电阻 当线圈旋转时 根据电磁感应原理 线圈两端将会产生感应电动势 当磁场是均匀的 矩形线圈作匀速旋转时 感应电势按正弦规律变化 在负载电阻上有正弦交流电通过 动画中绿色小球运动的方向表示感应电流的方向 运动的速度表示感应电流的大小 交流发电机原理 旋转磁场交流发电机原理模型 在刚才那个模型中磁场是不动的 线圈在磁场中旋转产生感应电势 在实际发电机中产生感应电势的线圈是不运动的 运动的是磁场 产生磁场的是一个可旋转的磁铁 也就是转子 线圈在磁铁外围 与磁铁转轴同一平面 当磁铁旋转时产生旋转磁场 线圈切割磁力线产生感应电动势 由于空气的磁导率太低 在旋转磁铁的外围安上环型铁芯 也就是定子 可大大加强磁铁的磁感应强度 在定子铁芯的内圆有一对槽 线圈嵌装在槽内 为了看清线圈电流与转子的运动关系 把定子变成半透明的 当磁铁旋转时 线圈切割磁力线感生交流电流 旋转磁场交流发电机原理模型 旋转磁场交流发电机原理模型 真正发电机的转子是电磁铁 转子上绕有励磁线圈 通过滑环向励磁线圈供电来产生磁场 把定子与线圈安在转子外围 一个单相交流发电机原理模型就组成了 转子作匀速旋转时 线圈就感生交流电流 画面中绿色小球运动的方向表示感应电流的方向 运动的速度表示感应电流的大小 三相交流发电机原理模型 实际应用的都是三相交流发电机 其定子铁芯的内圆均匀分布着6个槽 嵌装着三个相互间隔120度的同样线圈 分别称之为A相线圈 B相线圈 C相线圈 装上转子就组成了一台三相交流发电机原理模型 三相交流发电机原理模型 画面中的三相交流发电机采用星形接法 三个线圈的公共点引出线是中性线 每个线圈的引出线是相线 当转子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线 都会感生交流电动势 其幅度与频率相同 由于三个线圈相互间隔120度 它们感应电势的相位也相差120度 在画面上有每根相线的输出电势波形 汽轮发电机的构造 汽轮发电机是由蒸汽轮机或燃气轮机推动的发电机 发电机主要由转子与定子组成 由于汽轮机的转速很高 故汽轮发电机的转子是两极的 额定转速每分钟3000转 输出50赫兹的三相交流电 汽轮发电机的构造 这是转子铁芯构造示意图 在铁芯圆周上开有一些槽 嵌有励磁绕组 在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿 就是磁极 图1所示 励磁绕组两端通过集电环 滑环 接到励磁电源 在转子圆周两侧就形成北极与南极 旋转时就产生旋转磁场 由于转子圆周上没有凸出的磁极 不像原理模型中的转子 称之为隐极式转子 汽轮发电机的构造 图2为嵌有励磁绕组的转子模型 为降低发电机的温度 在转子两端还装有风扇 汽轮发电机的构造 定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成 在铁芯内圆均匀分布着许多槽 图3所示 汽轮发电机的构造 在槽内嵌放定子的三相绕组 每相绕组由多个线圈组成 按一定规律对称排列 为看清定子绕组的分布使定子铁芯变半透明状态 图4所示 汽轮发电机的构造 转子插在定子内部 定子与转子的相对位置如图5所示 汽轮发电机的构造 定子固定在发电机的机座 外壳 内 转子由机座两端的轴承支撑 可在定子内自由旋转 集电环在机壳外侧 和碳刷架一同装在隔音罩内 在发电机外壳下方有发电机出线盒 发出的三相交流电从这里引出 图6所示 变压器基础原理 变压器是利用电磁学的电磁感应原理 从一个电路向另一个电路传递电能的一种电器设备 它可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能 变压器基础原理 图1是单相变压器的原理模型 由铁心与套在铁心上的两个绕组组成 铁心由导磁性能好 磁滞损耗小的材料制成 与电源相连的线圈为一次绕组 与负载相连的线圈为二次绕组 U1为输入一次绕组的电压 N1为一次绕组的匝数 U2为二次绕组输出的电压 N2为二次绕组的匝数 变压器基础原理 当这是一个理想变压器时 在一次绕组输入按正弦规律变化的交流电 根据变压器的基本原理有 U1 U2 N1 N2 kk 电压比 匝数比 即输出电压U2 U1 N2 N1其输入电压 输出电压 铁芯磁通的波形图见图2 图中t表示波形移动方向 变压器基础原理 我们平常使用的都三相交流电 图3是三相变压器的原理模型 它由A相绕组 B相绕组 C相绕组与铁芯组成 三对绕组完全相同 每对绕组包含一次绕组与二次绕组 其匝数比为k 三个一次绕组的相同端接在一起 三个二次绕组的相同端接在一起组成星形接法 变压器基础原理 当这是一个理想变压器时 在一次绕组输入按正弦规律变化的三相交流电时 根据变压器的基本原理有 U1A U1B U1C分别为三相的输入电压 U2A U2B U2C分别为三相的输出电压 U1A U2A U1B U2B U1C U2C k三相变压器的输入输出电压波形图见右图 图中t表示波形移动方向 电力变压器的构造 这是一个三相电力变压器的模型 从外观看主要由变压器的箱体 高压绝缘套管 低压绝缘套管 油枕 散热管组成 电力变压器的构造 移去变压器箱体可看到变压器的铁芯与绕组 铁芯由硅钢片叠成 硅钢片导磁性能好 磁滞损耗小 在铁芯上有A B C三相绕组 每相绕组又分为高压绕组与低压绕组 一般在内层绕低压绕组 外层绕高压绕组 图2左边是高压绕组引出线 右边是低压绕组引出线 电力变压器的构造 把铁芯与绕组放入箱体 绕组引出线通过绝缘套管内的导电杆连到箱体外 导电杆外面是瓷绝缘套管 通过它固定在箱体上 保证导电杆与箱体绝缘 为减小因灰尘与雨水引起的漏电 瓷绝缘套管外型为多级伞形 右边是低压绝缘套管 左边是高压绝缘套管 由于高压端电压很高 高压绝缘套管比较长 电力变压器的构造 变压器箱体 即油箱 里灌满变压器油 铁芯与绕组浸在油里 变压器油比空气绝缘强度大 可加强各绕组间 绕组与铁芯间的绝缘 同时流动的变压器油也帮助绕组与铁芯散热 在油箱上部有油枕 有油管与油箱连通 变压器油一直灌到油枕内 可充分保证油箱内灌满变压器油 防止空气中的潮气侵入 电力变压器的构造 油箱外排列着许多散热管 运行中的铁芯与绕组产生的热能使油温升高 温度高的油密度较小上升进入散热管 油在散热管内温度降低密度增加 在管内下降重新进入油箱 铁芯与绕组的热量通过油的自然循环散发出去 电力变压器的构造 一些大型变压器为保证散热 装有专门的变压器油冷却器 冷却器通过上下油管与油箱连接 油通过冷却器内密集的铜管簇 由风扇的冷风使其迅速降温 油泵将冷却的油再打入油箱内 下图是一台容量为400MVA的特大型电力变压器模型 其低压端电压为20kV 高压端电压为220kV 发电机型号 发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司制造的QFSN 350 2型三相 二极 隐极式转子同步汽轮发电机 发电机出口电压为20KV 由汽轮机直接驱动 其旋转方向从汽轮机头向发电机看为顺时针 发电机采用 水氢氢 冷却方式 即 定子绕组及其引线 出线采用水内冷 转子绕组采用氢内冷 定子铁芯及端部采用氢气表面冷却 机座内的氢气由转子两端的浆式风扇进行闭式循环 密封系统采用双流环式油密封 油密封装置置于发电机两端端盖内侧 其作用是通过轴颈与密封瓦之间的油膜阻止氢气外逸 双流即密封瓦的氢侧与空侧各自是独立的油路 平衡阀使两路油压维持均衡 严格控制了两路油的互相串流 从而大大减小了空气对机内氢气的污染 而不需要专门的真空净油装置 简化了维护工作 集电环采用空气冷却 即 两集电环间的同轴离心式风扇对集电环及电刷进行通风冷却 变压器型号 主变型号为SFP10 420000 220 三相双绕组升压变压器 冷却方式为强迫导向油循环风冷 调压方式为无激磁调压 额定电压为242 2 2 5 20KV 接线组别为YN d11 主变配有4 1组冷却装置 包括一组备用 每组冷却装置配有3台风扇 1台潜油泵 主变高压侧中性点可以直接接地或经避雷器及放电间隙接地 起备变型号为SFFZ10 42000 220 三相分裂降压变压器 冷却方式为自然油循环风冷 自冷 调压方式为有载调压 额定电压为230 8 1 25 6 3 6 3 10 5KV 接线组别为YN yn0 yn0 d11 起备变三侧均为Y形接线 为了防止电势波形畸变 变压器设置单独的 平衡绕组 用于平衡三次谐波磁通 起备变有载调压装置设单独的油室 其油室为密封的 配备独立的油枕 瓦斯保护 压力继电器 压力释放装置 空气呼吸装置 起备变高压侧中性点直接接地 低压侧中性点经中值电阻接地 变压器型号 高厂变型号为SFF10 42000 20 三相分裂降压变压器 冷却方式为自然油循环 调压方式为无激磁调压 额定电压为20 2 2 5 6 3 6 3KV 接线组别为D yn1 yn1 高厂变低压侧中性点经中值电阻接地 低压变采用SCB10系列三相树脂浇注绝缘干式变压器 由于干式变的线圈暴露在空气中 绝对不能损坏线圈 否则可能导致线圈烧坏一类的严重事故 冷却方式为风冷 自冷 冷却风