发电机原理简述

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  发电机是电力系统中的重要元件,也是发电厂三大主机之一。火力发电厂中通常采用汽轮发电机。如图1所示:

  只有一对N,S极,称为隐极式发电机,这种发电机的转子做成圆柱状,气隙较为均匀。对于发电机的励磁结构可将发电机分为电枢式和旋转磁极式。其中电枢式发电机电枢装在定子上,为固定磁场。旋转磁极式即励磁加于转子上,这样,励磁容量电压会大大减少,所以为中大型发电机所采用。我厂的发电机旋转磁极隐极式汽轮发电机。

  发电机定子一般由定子铁芯,定子绕组,压圈,机座,端盖等组成。如图3所示,

  发电机转子主要由转子铁芯,励磁绕组,大轴和集电环等部件构成。如图4所示:

  由于电枢式固定于转子,故通电以后的励磁绕组随转子旋转,通电导体形成磁场,且位置相对于定子旋转,即为旋转磁场,故励磁系统在发电机发电过程中的作用为形成磁场。

  当发电机空载运行时,(即励磁绕组输入励磁电流而定子绕组开路的情况),发电机被汽轮机拖动到同步转速,由于定子绕组开路,即定子电流为0。发电机内部的磁场仅由励磁绕组中的励磁电流If构成,If旋转产生磁动势,即建立磁场,转子经过气隙铰链到定子铁芯,产生的磁通即为发电机的主磁通0,其磁密近似于成正弦分布,参与发电机的能量转换。另外,发电机内部除了主磁通之外,还有一部分磁通不与定子铰链,而是与转子自身铰链,这一部分磁通不参与发电机的能量转换,而是在发电机中形成谐波磁通分量,这部分磁通称为漏磁通fδ。转子转速为n,则主磁通切割定子绕组的频率为

  其中,KN1为基波短距系数,与发电机结构特性相关。空载电势与励磁电流的关系为发电机的空载特性,如图7所示:

  当发电机接待负荷时,产生负载电流,即定子电流,定子电流流过定子绕组时产生另一个磁场,即定子磁场,这时会改变发电机内部的磁场组成。由空载时的0和fδ,增加了定子感应磁通a,以及定子感应漏磁通δ。此时发电机的等效电路图如图8所示:

  若不考虑电枢反应(即定子磁通与励磁磁通铰链),则发电机等效电路图如图10所示:

  对于大型发电机通常忽略定子绕组电阻压降,此时有励磁电动势与发电机出口电压关系为:

  此时发电机的外特性(即发电机转速同步,励磁电流恒定,负载功率因数不变的工况)曲线 发电机的外特性曲线



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