发电机培训教材(DOC).pdf
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1、发电机培训教材目录第一章:(2)第二章:(2)第三章:(3)第四章:(4)第五章:(5)第六章:(6)第七章:(7)第八章:(9)发电机发电机将机械能转换为电能的电机称为发电机.发电机又分为异步发电机与同步发电机。同步发电机的特点是其转速与输出电压的频率满足以下关系:60f(r/min)n=式中:n-发电机转速f 发电机输出频率发电机磁极对数同步发电机又分为单相发电机、三相发电机.第一章:发电机的结构第一章:发电机的结构同步发电机的结构主要是由定子、转子、端盖、集电环、碳刷等组成。一、定子部份定子由定子铁芯、定子绕组组成。定子铁芯:定子铁芯是用 0。350.5 毫米厚的硅钢片迭成空园柱体。每张
2、硅钢片的内园周上冲有24 个半开口槽,以放置定子绕组;每张硅钢片都涂有绝缘漆,以减小涡流损耗。定子绕组:定子绕组内有电枢绕组和励磁电源绕组,每个绕组是由数个线圈按一定规律联接而成,每个线圈都采用高强度漆包线绕制而成。二、转子部份转子由转子铁芯、励磁绕组、电机轴、集电环组成。转子铁芯采用中炭钢制成,励磁绕组采用高强度漆包线绕成同心式线圈.三、端盖部份端盖分为前端盖、后端盖。后端盖固定在汽油机上,定子又嵌进后端盖内,故后端盖是支撑定子的。转子的轴通过联轴器与汽油机的轴相接,转子轴另一端安装轴承后再安装集电环,轴承支撑在前端盖上.碳刷架固定在轴承盖上,碳刷放在碳刷架内,碳刷表面与集电环表面接触,使励
3、磁绕组与励磁电源接通。(1-1)发电机培训教材发电机培训教材第二章:发电机的基本工作原理第二章:发电机的基本工作原理同步发电机定子上有 UX、VY、WZ 三相绕组,它们在空间互差120电角度,每相绕组匝数相等。转子磁极上装有励磁绕组,在励磁绕组中通以直流电流,其磁通从转子 N 极出发,经过气隙、定子铁芯、气隙进入转子 S 极构成回路,如图(21)所示。图(21)若汽油机带动发电机转子以反时针方向旋转,则转子磁极的磁力线将切割定子的电枢绕组,由电磁感应定律可知,在电枢绕组中,将感应出交流电势.设气隙的磁感应强度按正弦规律变化,则交流电势 e 为:e=V=mV sin t=Esint(21)m由于
4、三相绕组在空间互差 120电角度,在图(21)所示逆时针方向旋转时,磁力线先切割 U 相绕组,再切割 V、W 相绕组,因此定子三相绕组电势大小相等,相位彼此相差 120。设相电势的最大值为Em,U相电势的初相为零,则三相电势的瞬时值为:eu=Emsintev=Emsin(t-120)ew=Emsin(t-240)(22)三相电势的波形和向量图如图22 所示。e0euevewtT3T3T3图 22 三相电势波形图和向量图当转子磁极为一对极时,转子旋转一周绕组中感应电势正好变化一次,当电机为 p 对极时,则转子n旋转一周时,感应电势变化 P 次。设转子每分钟旋转数为n,则转子每秒钟旋转转.因此感应
5、电势每60pn秒钟变化次,即电势的频率为:60pnf=(赫)60n由此可见,感应电势的频率f 等于电机的极对数 p 与转子每秒种的转速 60 的乘积。我国国家标准规定,工业交流电的频率为50 周/秒,因此,同步发电机的转速n 与电频率 f 之间,有严格不变的关系。即当电网频率一定时,同步电机的转速 n=n为一恒值,亦即要求带动发电机的汽油机转速不变。如60果发电机的转速很不稳定,那么就不能获得恒定频率的交流电,所以在汽油机上都附有调速器来实现稳定第 1 页,共 10 页发电机培训教材发电机培训教材转速的目的。在图(21)中,把三相绕组的出线端接上三相负载,便有电能输出,也就是发电机把机械能转变
6、为电能输出。第三章:发电机电压建立过程第三章:发电机电压建立过程我们生产的发电机,它的励磁电流都是来自发电机本身,而不是由别的电源供给的,这种励磁方式称自励式发电机.发电机之所以能做成自励式,是基于铁磁性材料(如钢材)具有两个特点:一是铁磁性材料一旦被磁化,去掉励磁电流后磁通不再变为零,而是还残留一点剩磁;第二是铁磁性材料在被磁化过程中,磁通和励磁电流,在磁感应强度不大的时候磁通与励磁电流If成正比。但磁感应强度大到一定程度后,磁通与励磁电流 If不再成正比,而是励磁电流增加快,磁通增加得慢,甚至不再增加,这种现象叫磁饱和。如图 3-1 所示,图 31 称为铁芯的磁化曲线。发电机装配完毕后需要
7、试机,先用12V 蓄电池给转子充磁,即把电池“+”极接在正电刷上(靠外的一个电刷);电池“极接在负电刷上(靠里边的一个电刷)使转子绕组中通入直流电流,铁芯中产生磁场,待几秒种把电池去掉,这时,转子绕组虽然没有励磁电流,但铁芯中有剩磁.图(31)铁磁性材料的磁化曲线剩磁If图 3-2 为一最简单的发电机示意图。当汽油机带动转子转动时,定子电枢绕组AX 的导体切割剩磁通,产生电动势。该电势经二极管整流变为直流,它为励磁绕组提供励磁电流If,该电流又产生磁通,该磁通与原来的剩磁通方向一致,因此气隙中的总磁通增加.电枢绕组 AX 的电势增大,转子的励磁电流随之增大,磁通随之增多,电势 E 又升高,励磁
8、电流又增大,如此磁生电、电生磁相互促进,一直达到某一值为止。如图 33 所示,发电机输出电压上升至额定值为止。图(3-2)发电机示意图2剩磁电压ABRf21E=f(If)Rf1图(33)自励发电机电压建立过程发电机输出电压为什么不会无限的上升呢?这是因为磁路会饱和,励磁电流随电动势 E 按照线性规律变化,其变化情况如图(3-3)中直线所示,图中 Rf2Rf1,所以Rf2 直线比 Rf1 陡,该直线叫场阻线。而电势E 随励磁电流按一条和磁化曲线完全一样的曲线变化,开始为直线,后来变弯曲,再增大 If 电势上升很小(超饱和)。自励发电机电压稳定点为场阻线与E=f(If)曲线的交点。当我们改变励磁回
9、路电阻时,(如增大电阻 Rf)发电机的电压也随之改变如图(33)中 1、2 两点所示。第 2 页,共 10 页发电机培训教材发电机培训教材由上述可知,任何一种自励发电机,要想建立起电压,必须同时具备三个条件:(1)必须有剩磁;(2)励磁电源的正负极与电刷联接必须正确,以保证励磁电流产生的磁通方向与剩磁通方向一致;(3)励磁回路的电阻不能过大。我们生产的发电机,它的定子铁芯上绕了几个绕组,在励磁电压建立过程中,定子所有绕组的电压一同升高,各个绕组由于匝数不同,所以它们的电压也不相同,匝数多的电压高.第四章:发电机的电枢反应第四章:发电机的电枢反应发电机空载运行时,发电机内只有转子产生主磁场。发电
10、机接上负载时,电枢绕组内便有电流通过,通过电枢绕组的电流产生磁场。电枢绕组的磁场一定要影响主磁场,使主磁场增强或减弱,这种现象称为电枢反应。电枢反应不仅与负载电流数值有关,还与负载性质有关,下面分三种情况讨论。一、纯电阻负载当负载为纯电阻时,电枢绕组输出电压与电枢绕组内电流 Ia 同相位.当转子的磁极转到图(41)位置时,U 相绕组的输出电压及输出电流达到最大值,电枢磁场分布与方向如图中所示.电枢磁场与转子主磁场互相垂直相交,这种电枢反应称为交轴电枢反应。N 极的左边:主磁场与电枢磁场方向相反,合成磁场削弱。图(4-1)纯电阻负载N 极的右边:主磁场与电枢磁场方向相同,合成磁场增强.时的电枢反
11、应由于前极尖去磁,后极尖增磁,即电枢反应使气隙磁场发生歪扭畸变,起交磁作用,使总磁场稍稍减弱。二、纯电感负载当负载为纯电感时,电枢绕组输出电压与电枢绕组内电流 Ia 相差 90,电流滞后电压 90,当转子的磁极仍在图(4-1)位置时,电压最大,但是电流为零;只有当转子旋转 90,即转子的磁极转到图(42)时,电枢绕组内电流才最大。此时电枢磁场与转子主磁场平行而方向相反,这样的电枢反应称图(4-2)纯电感负载时的电枢反应顺轴去磁反应。显然,总磁场有较大的减弱,因此发电机接上感应性负载后,输出电压明显降低。三、纯电容负载当负载为纯电容时,电枢绕组输出电压滞后电枢绕组内电流90。只有当转子磁极还在图
12、(43)时,电枢绕组内电流就最大,此时电枢磁场与转子主磁场平行而方向相同。这样的电枢反应称顺轴增磁反应。显然,总磁场有明显的增强。因此,发电机接上容性负载后,输出电压明显上升。图(4-3)纯电容负载时的电枢反应第五章:发电机运行特性第五章:发电机运行特性一、外特性外特性是指发电机输出电压随输出电流变化特性.图(51)表示不同性质负载时,发电机的外特性.曲线 1 是感性负载时,发电机外特性;曲线 2 是阻性负载时,发电机外特性;曲线 3 是容性负载时,发电机外特性。由图看出:在感性负载和阻性负载时,外特性是下降的,但是感性负载下降较多、阻性下降第 3 页,共 10 页发电机培训教材发电机培训教材
13、较少。而容性负载时,外特性是上升的.图(5-1)发电机的端电压随负载电流的变化而变化,可以用发电机的电枢反应解释.在感性负载时,电枢反应是去磁的,随负载电流的增大去磁作用增强,所以气隙合成磁通减少,因而电压 U 减小,此外定子电阻压降和漏抗压降也将引起一定的端电压降落,因此端电压下降较多。在电阻性负载时,电枢反应是交轴电枢反应,此时气隙磁通也有所减少,因而使发电机的端电压有所降低,外特性也略有下降。但是在容性负载时,电枢反应是助磁的,气隙中的磁通反而增加,这就使 U 增大,定子漏抗压降jIx虽使端电压U 降低,但是总的来讲,发电机端电压要升高。从外特性可以求出发电机的电压变化率,如图(5-2)
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