同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)和原理分析

一、 結(jié)構(gòu)和原理

1、結(jié)構(gòu)

同步發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子和其他部件組成。定子部分包括定子鐵芯、定子繞組、機座；轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子鐵芯、勵磁繞組和滑環(huán)（隱極式轉(zhuǎn)子還有套箍、心環(huán)，凸極式轉(zhuǎn)子有磁極、磁軛、轉(zhuǎn)子支架）；其他部件包括電刷裝置、端蓋、軸承和風扇等。

2、工作原理

同步發(fā)電機是根據(jù)電磁感應原理工作的，它通過轉(zhuǎn)子磁場和定子繞組的相對運動，將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋．斵D(zhuǎn)子在外力帶動下，轉(zhuǎn)子磁場和定子導體作相對運動，即導體切割磁力線，因此在導體中產(chǎn)生感應電動勢，其方向可根據(jù)右手定則判定。由于轉(zhuǎn)子磁極的位置使導體以垂直方向切割磁力線，所以此時定子繞組中的感應電動勢最大。當磁極轉(zhuǎn)過90度后。磁極成水平位置，導體不切割磁力線，其感應電動勢為零。轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)90度，定時定子繞組又以垂直方向切割磁力線，使感應電動勢達到最大值，但方向與前相反。當轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)90度，感應電動勢又變?yōu)榱�。這樣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周，定子繞組的感應電動勢也發(fā)生正、負變化。如果轉(zhuǎn)子連續(xù)勻速旋轉(zhuǎn)，在定子繞組中就感應出一個周期性不斷變化的交變電動勢。

二、故障診斷與排除方法

1、 發(fā)電機過熱

（1）發(fā)電機沒有按規(guī)定的技術(shù)條件運行，如定子電壓過高，鐵損增大；負荷電流過大，定子繞組銅損增大；頻率過低，使冷卻風扇轉(zhuǎn)速變慢，影響發(fā)電機散熱；功率因數(shù)太低，使轉(zhuǎn)子勵磁電流增大，造成轉(zhuǎn)子發(fā)熱。應檢查監(jiān)視儀表的指示是否正常。如不正常，要進行必要的調(diào)節(jié)和處理，使發(fā)電機按照規(guī)定的技術(shù)條件運行。

（2）發(fā)電機的三相負荷電流不平衡，過載的一相繞組會過熱；若三相電流之差超過額定電流的10%，即屬于嚴重蛄相電流不平衡，三相電流不平衡會產(chǎn)生負序磁場，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發(fā)熱。應調(diào)整三相負荷，使各相電流盡量保持平衡。

（3）風道被積塵堵塞，通風不良，造成發(fā)電機散熱困難。應清除風道積塵、油垢、使風道暢通無阻。

（4）進風溫度過高或進水溫度過高，冷卻器有堵塞現(xiàn)象。應降低進風或進水溫度清除冷卻器內(nèi)的堵塞物。在故障未排除前，應限制發(fā)電機負荷，以降低發(fā)電機溫度。

（5）軸承加潤滑脂過多或過少，應按規(guī)定加潤滑脂，通常為軸承室的1/2~1/3（轉(zhuǎn)速低的取上限，轉(zhuǎn)速高的取下限），并以不超過軸承室的70%為宜。

（6）軸承磨損。若磨損不嚴重，使軸承局部過熱；若磨損嚴重，有可能使定子和轉(zhuǎn)子摩擦，造成定子和轉(zhuǎn)子避部過熱。應檢查軸承有無噪音，若發(fā)現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子摩擦，應立即停機進行檢修或更換軸承。

（7）定子鐵芯絕緣損壞，引起片間短路，造成鐵芯局部的渦流損失增加而發(fā)熱，嚴重時會使定子繞組損壞。應立即停機進行檢修。

（8）定子繞組的并聯(lián)導線斷裂，使其他導線的電流增大而發(fā)熱。應立即停機進行檢修。

2、發(fā)電機中性線對地有異常電壓

（1）正常情況下，由于高次諧波影響或制造工藝等原因造成各磁極下的氣隙不均、磁勢不等而出現(xiàn)的很低電壓，若電壓在一至數(shù)伏，不會有危險，不必處理。

（2）發(fā)電機繞組有短路或?qū)Φ亟^緣不良，使用電設備及發(fā)電機性能變壞，容易發(fā)熱，應及時檢修，以免事故擴大。

（3）空載時中性線對地無電壓，而有負荷時出現(xiàn)電壓，是由于三相不平衡引起的，應調(diào)整三相負荷使其基本平衡。

3、發(fā)電機過電流

（1）負荷過大，應減輕負荷。

（2）輸電線路發(fā)生相間短路或接地故障，應對線路進行檢修，故障排除后即可恢復正常。

4、發(fā)電機端電壓過高

（1）與電網(wǎng)并列的發(fā)電機電網(wǎng)電壓過高，應降低并列的發(fā)電機的電壓。

（2）勵磁裝置的故障引起過勵磁，應及時檢修勵磁裝置。

5、無功功率不足

由于勵磁裝置電壓源復勵補償不足，不能提供電樞反應所需的勵磁電流，使發(fā)電機端電壓低于電網(wǎng)電壓，送不出額定無功功率，應采取下列措施：

（1）在發(fā)電機與勵磁電抗器之間接入一臺三相調(diào)壓器，以提高發(fā)電機端電壓，使勵磁裝置的磁勢逐漸增大。

（2）改變勵磁裝置電壓磁通勢與發(fā)電機端電壓的相位，使合成總磁通勢增大，可在電抗器每相繞組兩端并聯(lián)數(shù)千歐、10W的電阻。

（3）減小變阻器的阻值，使發(fā)電機的勵磁電流增大。

6、定子繞組絕緣擊穿、短路

（1）定子繞組受潮。對于長期停用或經(jīng)較長時間檢修的發(fā)電機、投入運行前應測量絕緣電阻，不合格者不準投入運行。受潮發(fā)電機要進行烘干處理。

（2）繞組本身缺陷或檢修工藝不當，造成繞組絕緣擊穿或機械損傷。應按規(guī)定的絕緣等級選擇絕緣材料，嵌裝繞組及浸漆干燥等要嚴格按工藝要求進行。

（3）繞組過熱。絕緣過熱后會使絕緣性能降低，有時在高溫下會很快造成絕緣擊穿。應加強日常的巡視檢查，防止發(fā)電機各部分發(fā)生過熱而損壞繞組絕緣。

（4）絕緣老化。一般發(fā)電機運行15~20年以上，其繞組絕緣老化，電氣性能變化，甚至使絕緣擊穿。要做好發(fā)電機的檢修及預防性試驗，若發(fā)現(xiàn)絕緣不合格，應及時更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組，以延長發(fā)電機的使用壽命。

（5）發(fā)電機內(nèi)部進入金屬異物，在檢修發(fā)電機后切勿將金屬物件、零件或工具遺落到定子膛中；綁緊轉(zhuǎn)子的綁扎線、緊固端部零件，以不致發(fā)生由于離心力作用而松脫。

（6）過電壓擊穿：1）線路遭受雷擊，而防雷保護不完善。應完善防雷保護設施。2）誤操作，如在空載時，將發(fā)電機電壓升得過高。應嚴格按操作規(guī)程對發(fā)電機進行升壓，防止誤操作。3）發(fā)電機內(nèi)部過電壓，包括操作過電壓、弧光接地過電壓和諧振過電壓等，應加強繞組絕緣預防性試驗，及時發(fā)現(xiàn)和消除定子繞組絕緣中存在的缺陷。

7、定子鐵芯松馳

由于制造裝配不當，鐵芯沒有緊固好。如果是整個鐵芯松馳，對于小型發(fā)電機，可用兩塊小于定子繞組端部內(nèi)徑的鐵板，穿上雙頭螺栓，收緊鐵芯。待恢復原形后，再將鐵芯原來夾緊螺栓緊因。如果局部性鐵芯松弛，可先在松弛片間涂刷硅鋼片漆，再在松弛部分打入硬質(zhì)絕緣材料即可。

8、鐵芯片間短路

（1）鐵芯疊片松弛，當發(fā)電機運轉(zhuǎn)時鐵芯產(chǎn)生振動而損壞絕緣；鐵芯片個別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過熱，使絕緣老化，就按原計劃條中的方法進行處理。

（2）鐵芯片邊緣有毛刺或檢修時受機械損傷。應用細銼刀除去毛刺，修整損傷處，清潔表面，再涂上一層硅鋼片漆。

（3）有焊錫或銅粒短接鐵芯，應刮除或鑿除金屬熔接焊點，處理好表面。

（4）繞組發(fā)生弧光短路，也可能造成鐵芯短路，應將燒損部分用鑿子清除后，處理好表面。

9、發(fā)電機失去剩磁，起動時不能發(fā)電

（1）停機后經(jīng)常失去剩磁，是由于勵磁機磁極所用的材料接近軟鋼，剩磁較少。當停機后勵磁繞組沒有電流時磁場就消失，應備有蓄電池，在發(fā)電前先進行充磁。

（2）發(fā)電機的磁極失去磁性，應在繞組中通入比額定電流大的直流電流（時間很短）進行充磁，即能恢復足夠的剩磁。

10、自動勵磁裝置的勵磁電抗器溫度過高

（1）電抗器線圈局部短路，應檢修電抗器。

（2）電抗器磁路的氣隙過大，應調(diào)整磁路氣隙。

11、發(fā)電機起動后，電壓升不起來

（1）勵磁回路斷線，使電壓升不起來。應檢查勵磁回路有無斷線，接觸是否良好。

（2）剩磁消失，如果勵磁機電壓表無批示說明剩磁消失，應對勵磁機充磁。

（3）勵磁機的磁場線圈極性接反，應將它的正、負連接線對換。

（4）在發(fā)電機檢修中做某些試驗時誤把磁場線圈通以反向直流電，導致剩磁消失或反向，應重新進行充磁。

12、發(fā)電機的振蕩失步

正常情況下，發(fā)電機發(fā)出的功率是和負荷功率相平衡的。當系統(tǒng)發(fā)生短路故障或發(fā)電機大幅度甩負荷時，發(fā)電機的功率就與用戶的負荷不相平衡。要想調(diào)整負荷使其平衡，由于轉(zhuǎn)子慣性和調(diào)速器延時需要一個過程，在此期間，發(fā)電機的穩(wěn)定運行將被破壞，使發(fā)電機產(chǎn)生振蕩。如果故事嚴重，甚至會使發(fā)電機與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機振蕩失步時，值班人員應通過增加勵磁電流來創(chuàng)造恢復同步的條件；也可適當

調(diào)整該機的負荷，以幫助恢復同步。

13、發(fā)電機振動

（1）轉(zhuǎn)子不圓或平衡未調(diào)整好，應嚴格制造和安裝質(zhì)量或重新調(diào)整轉(zhuǎn)子的平衡。

（2）轉(zhuǎn)軸彎曲，可采用研磨法、加熱法及錘擊法等校正轉(zhuǎn)軸。

（3）聯(lián)軸節(jié)連接不正，應重新高速聯(lián)軸節(jié)配合螺栓的夾緊力，必要時聯(lián)軸節(jié)端面需重新加工。

（4）結(jié)構(gòu)部件共振，可通過改變結(jié)構(gòu)部件的支持方法來改變它固有的頻率。

（5）勵磁繞組層間短路，應檢修勵磁繞組，并進行絕緣處理。

（6）供油量或油壓不足，應加大噴嘴直徑升高油壓；加大供油口減小間隙。

（7）供油量過大或油壓過高，就減小噴嘴直徑，降低油壓，提高面積壓力，增大間隙。

（8）定子鐵芯裝配松動，應重新裝壓鐵芯。

（9）軸承密封過緊，使轉(zhuǎn)軸局部過熱、彎曲。應檢查和調(diào)整軸承密封，使其與軸有適當配合間隙。

（10）發(fā)電機通風系統(tǒng)不對稱，應注意定子鐵芯兩端擋風板及轉(zhuǎn)子支架擋風板結(jié)構(gòu)布置和尺寸的選擇，使風路系統(tǒng)對稱，增強蓋板、擋風板的剛度并緊固牢靠。