发电机原理电磁感应(自制最简单手摇发电机)

发电机可分为DC发电机和交流发电机。因为交流发电机在很多方面都优于DC发电机,所以DC发电机几乎被淘汰。

交流发电机的组成:一般由转子组件、定子组件、整流器组件、端盖、皮带轮、风扇等组成。

转子的功能是产生旋转磁场。它由转子爪极、磁轭、磁场绕组、导电滑环和转子轴组成。

转子轴上压有两个爪极,每个爪极有六个喙形磁极,爪极空腔内安装有磁场绕组(转子线圈)和磁轭。

定子的作用是产生三相交流电。定子由定子铁芯和定子绕组组成。定子铁芯由内圈有凹槽的硅钢片制成,定子绕组的导线嵌入铁芯的凹槽中。

发电机的工作原理

同步发电机根据电磁感应原理工作,通过转子磁场与定子绕组的相对运动,将机械能转化为电能。

当转子受外力驱动时,转子磁场与定子导体相对运动,即导体切割磁力线,于是导体内产生感应电动势,其方向可按右手定则确定。由于转子磁极的位置使导体在垂直方向切割磁力线,此时定子绕组中的感应电动势最大。

当磁极旋转90度时。当磁极水平时,导体不切割磁力线,其感应电动势为零。当转子再次旋转90度时,正时定子绕组在垂直方向切割磁力线,使感应电动势达到最大,但方向与之前相反。

当转子再旋转90度时,感应电动势又变为零。这样,当转子旋转一次时,定子绕组的感应电动势也发生正负变化。如果转子以恒定速度连续旋转,定子绕组中会感应出周期性变化的交变电动势。

1.发电机过热

(1)发电机不按规定的技术条件运行,如定子电压过高,铁损增大;如果电流过大,定子绕组的铜损会增加;

如果频率过低,冷却风扇转速会变慢,影响发电机散热;如果功率因数过低,转子的励磁电流会增加,导致转子发热。检查监控仪表指示是否正常。如有异常,应进行必要的调整和处理,使发电机按规定的技术条件运行。

(2)发电机三相负载电流不平衡,过载的一相绕组会过热;

如果三相电流之差超过额定电流的10%,就是严重的相电流不平衡,会产生负序磁场,从而增加损耗,导致极绕组、套圈等部件发热。应调整三相负载,以尽可能保持相电流平衡。

(3)风道被积尘堵塞,通风不良,发电机散热困难。风管内的灰尘和油脂应清除干净,使风管畅通无阻。

(4)如果进气温度过高或进水温度过高,冷却器堵塞。应降低进气或进水温度,以清除冷却器中的堵塞。在故障消除之前,应限制发电机负载,以降低发电机温度。

(5)轴承上油过多或过少,应按规定上油,一般为轴承腔的1/2~1/3(低速上限,高速下限),建议不超过轴承腔的70%。

(6)轴承磨损。如果磨损不严重,轴承会局部过热;如果磨损严重,可能会引起定子和转子之间的摩擦,导致定子和转子过热。检查轴承有无噪音。如果定子和转子之间有摩擦,应立即停机进行维护或更换轴承。

(7)定子铁芯绝缘损坏,引起片间短路,导致铁芯局部涡流损耗增加,发热,严重时会损坏定子绕组。立即停止机器进行维护。

(8)定子绕组的并联导体断裂,增加了其他导体的电流,产生热量。立即停止机器进行维护。

2.发电机中性线对地电压异常。

(1)正常情况下,由于高次谐波或制造工艺等影响,每个磁极下气隙不均匀、磁势不相等而产生的极低电压。如果电压在1到几伏之间,就不会有危险,不需要治疗。

(2)发电机绕组对地短路或绝缘不良,导致电气设备和发电机性能恶化,容易发热。应及时修理,避免事故扩大。

(3)空负荷下中性线与地之间没有电压,但负荷下出现电压,这是三相不平衡引起的。应调整三相负载,使其基本平衡。

3.发电机电流过大

(1)如果负荷过大,应降低负荷。

(2)输电线路发生相间短路或接地故障时,应进行线路检修,排除故障后才能恢复正常。

4.发电机端子电压过高。

(1)如果并联发电机的电网电压过高,应降低并联发电机的电压。

(2)如果励磁装置因故障而过励磁,应及时检修励磁装置。

5.动力不足

由于励磁装置电压源复合励磁补偿不足,无法提供电枢反应所需的励磁电流,导致发电机端电压低于电网电压,无法输送额定无功功率。应采取以下措施:

(1)在发电机和励磁电抗器之间接一个三相调压器,增加发电机端电压,逐渐增加励磁装置的磁势。

(2)改变励磁装置的电压磁动势与发电机端电压之间的相位,使总合成磁动势增大,在电抗器各相绕组两端并联数千欧姆和10W的电阻。

(3)降低变阻器电阻,增加发电机励磁电流。

6.定子绕组绝缘击穿和短路

(1)定子绕组潮湿。对于长期停用或大修的发电机,投入运行前应测量绝缘电阻,不合格者不准投入运行。潮湿的发电机应该干燥。

(2)绕组本身缺陷或维护工艺不当导致绕组绝缘击穿或机械损坏。绝缘材料应根据规定的绝缘等级进行选择,绕组的埋设和浸漆干燥应严格按照工艺要求进行。

(3)绕组过热。绝缘过热会降低绝缘性能,有时在高温下会很快引起绝缘击穿。应加强日常巡视检查,防止发电机各部分过热损坏绕组绝缘。

(4)绝缘老化。一般发电机运行15~20年以上,其绕组绝缘老化,电气性能发生变化,甚至绝缘击穿。应做好发电机的维护和预防性试验。如果发现绝缘不合格,应及时更换有缺陷的绕组绝缘或绕组,以延长发电机的使用寿命。

(5)当金属异物进入发电机时,检修发电机后,不要将金属物体、零件或工具留在定子孔内;将转子的绑线绑紧,并紧固端部,避免因离心力而松动。

(6)过电压击穿:

①线路遭雷击,防雷不完善。防雷设施要完善。

(2)、误操作,如在空负荷时,发电机电压升高过高。发电机应严格按照操作规程升压,防止误操作。

③发电机内部过电压,包括操作过电压、电弧接地过电压和谐振过电压等。应加强绕组绝缘预防性试验,及时发现和消除定子绕组绝缘缺陷。

7.定子铁芯松动

由于制造和装配不当,铁芯没有正确紧固。如果整个铁芯松动,对于小型发电机,可以使用两块小于定子绕组端部内径的铁板,并套上螺柱拧紧铁芯。恢复原形状后,拧紧铁芯原夹紧螺栓。如果局部铁芯松动,可以先在松动片之间涂上硅钢片漆,然后将硬质绝缘材料打入松动部位。

8.铁屑之间短路

(1)铁芯叠片松动,发电机运行时铁芯振动,损坏绝缘;如果铁屑某些部位绝缘损坏或铁芯局部过热,导致绝缘老化,将按原方案中的方法处理。

(2)维修时铁屑边缘有毛刺或机械损伤。用细锉刀去除毛刺,修整破损部位,清洁表面,然后涂一层硅钢片漆。

(3)如果铁芯有焊料或铜粒短路,刮除或凿除金属焊点,并处理好表面。

(4)绕组电弧短路也可能造成铁芯短路。用凿子把烧伤的部分去掉后,表面要处理好。

9.发电机失去剩磁,启动时无法发电。

(1)停机后剩磁经常丢失,这是由于励磁机磁极使用的材料接近低碳钢,剩磁较少。停机后励磁绕组无电流时,磁场会消失。要有蓄电池,发电前要磁化。

(2)发电机磁极失磁时,绕组应以大于额定电流的DC电流(短时间)磁化,即能恢复足够的剩磁。

10.自动励磁装置励磁电抗器温度过高。

(1)如果电抗器线圈部分短路,应修理电抗器。

(2)电抗器磁路气隙过大,应调整磁路气隙。

1.发电机启动后,电压不会上升。

(1)励磁电路断开,电压不能上升。检查励磁电路是否断线和接触良好。

(2)剩磁消失。如果励磁机电压表没有指示剩磁消失,励磁机应该磁化。

(3)如果励磁机磁场线圈极性颠倒,其正负连接线应颠倒。

(4)在发电机检修中做一些试验时,磁场线圈误用反向DC接通,导致剩磁消失或反向,应重新磁化。

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