交流发电机

交流发电机（通用10篇）

交流发电机 篇1

交流发电机是农业机械等电气系统的重要元器件, 在发动机工作时, 由发电机向全车用电设备供电, 同时向蓄电池进行补充充电。自20世纪60年代起, 随着大功率半导体的发展, 交流发电机也随之取代了传统的直流发电机。下面介绍一下交流发电机的常见故障。

1 不充电

1.1 故障现象及原因

发动机在正常工作时充电指示灯不熄灭。产生这种故障的原因一般有发电机传动皮带打滑或连接线断路、接错;因整流二极管被击穿短路或断路;发电机滑环脏污, 电刷弹簧弹力过弱, 电刷严重磨损至其高度低于极限值;发电机磁场绕组有短路或断路;发电机定子绕组之间短路、搭铁或断路。

1.2 故障诊断及排除

首先检查发电机传动皮带是否过松或打滑, 再看各元器件之间的连线是否正确和完好, 如有问题要急时纠正。经上述检查仍查不出故障时, 再按下列步骤进行诊断:检查发电机对外连线是否正确可靠, 磁场接线柱连线是否有电, 若正常起动发动机至中速运转仍不充电, 可用万用表直流电压挡或试灯接发电机输出接柱 (B) 和外壳 (搭铁) , 使发动机转速由怠速逐渐升至中速, 这时可能出现两种情况:①万用表指示电压值在正常范围内 (12V供电系统发电机输出电压为14～15V) , 或试灯亮度随转速升高而增强, 说明发电机本身正常;②万用表指示电压值不变, 或试灯亮度无变化, 说明故障在发电机自身, 应拆卸发电机进一步检查。

2 充电量过小

2.1 故障现象及原因

发动机起动后充电指示灯亮, 发动机高速运转时充电指示灯熄灭。这说明发电量低或充电线路不好, 产生的原因有发电机传动皮带过松、打滑等;发电机输出端到蓄电池的线路上有接触不良地方, 造成电压降过大;发电机个别整流二极管损坏, 引线脱焊断开, 定子中的三相绕组或转子中的励磁绕组局部短路, 这种情况需将发动机拆下解体检查;发电机滑环脏污, 电刷弹簧弹力不足, 电刷磨损过多, 造成电刷与滑环接触不良;抗干扰用的电容短路等。

2.2 故障诊断及排除

首先检查发电机传动皮带有无松弛、打滑现象, 有则处理。如果传动皮带的松紧度合适, 在发电机处于中转速运转时, 用导线将发电机“B”接柱与磁场“F”接柱直接短接, 若此时充电量仍然很小, 说明是发电机内部故障, 应分解检修;若充电量有所增大, 则可能是调节器故障。若发电机“B”接柱至电瓶正接柱之间导线有氧化现象, 也可造成充电量小的故障, 处理时将这段导线更换即可。

3 充电电流过大

运行中常发生烧灯泡、保险丝及各种开关等, 发电机过热。产生这种故障的原因有:①发电机“B”接柱与磁场“F”接柱间有短路之处, 致使发电机电压不再经调节器控制, 解决办法是检查线路排除线路故障;②电压调节器故障, 在发动机转速2000r/min左右时, 用电压表测量蓄电池电压, 如果大于正常值, 说明电压调节器有故障, 应更换调节器。

4 充电电流不稳

4.1 故障现象及原因

发动机正常运转后, 充电指示灯闪烁。产生这种故障的原因有发电机皮带过松、打滑、跳动或转子轴弯曲;连接导线间歇短路, 接触不良;发电机电刷磨损过多, 电刷弹簧弹力减弱严重或折断, 滑环积污过多或失圆, 导致接触不良;电枢刮碰磁极铁心或磁场绕组漏电。

4.2 故障诊断及排除

先检查发电机传动皮带及外部连线, 确属正常后按下列步骤诊断:将发电机输出接柱 (B) 引线拆下并悬空, 用试灯或电压表并接于发电机“B”接柱和外壳 (搭铁) 之间, 然后逐渐提高发动机转速, 观察电压表指数或试灯情况。如果电压表指数稳定, 或试灯正常发亮, 说明故障在发电机外部, 如外部连线不良, 接线松动, 间歇短路等;如果电压表指数忽高忽低, 或试灯闪烁, 说明故障在发电机内部, 需对发电机分解检修。

5 打开点火开关, 充电指示灯不亮

打开点火开关, 充电指示灯不亮, 说明充电指示灯电路有故障, 故障可能是充电指示灯线路有断路的地方。

交流发电机 篇2

车用交流发电机与调节器的正确匹配与使用

简要分析了交流发电机、调节器的结构与性能,通过分析说明了交流发电机与调节器的正确匹配与使用,以及在紧急情况下发电机与调节器的型号不匹配时如何正确连接的.方法.

作 者：赵文天 ZHAO Wen-tian  作者单位：青海交通职业技术学院,青海,西宁,810028 刊 名：青海师范大学学报（自然科学版） 英文刊名：JOURNAL OF QINGHAI NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： “”(2) 分类号：U469 关键词：交流发电机   调节器   匹配  

交流发电机 篇3

发电机是汽车供电系统的关键构成要素，汽车起动后，发电机能快速建立电压，使得发电机输出端电压高于蓄电池电压，充电指示灯熄灭，这样才能给车上用电器供电，同时给电瓶充电。建压转速（Turn on speed）这一名词源自国外，相比国内的标准类似的术语是零电流转速和空载转速。零电流转速：发电机的电压已达到规定的试验电压而尚无电流输出时的转速。空载转速：发电机转速开高至首次开始输出电流时的转速。建压转速和空载转速在概念和数值上都比较接近。

二、整体式汽车交流发电机的建压过程

汽车交流发电机的工作原理是法拉第电磁感应定律，发电机三相绕组的感应电动势与磁通和转速成正比。影响磁通大小的因数主要是励磁电流，要想发电机在较低转速下就建立电压，必须要有一个预激磁电流，说到这必须要提到的是充电指示灯。充电指示灯是装在驾驶室仪表板上的一个故障报警灯，当发电机正常工作时熄灭，出现故障时点亮。一般的发电机需要的预激磁电流要在100mA以上，充电指示灯要求是2W-5W的小灯泡。发电机的激磁分为他激和自激两个过程，当电压低于蓄电池电压时为他激，当达到并超过蓄电池电压时变为自激如图1 。

发电机的电压的建立是一个瞬态暂变的过程，当预激磁电流通过转子时产生磁场，在发动机和测试台的拖动下，转速逐渐上升，定子切割磁力线产生感应电动势，其中有一支路通过整流器的激磁二极管整流后进入转子，使得励磁电流进一步提高，产生更强的磁场，从而定子线圈的感应电动势再提高，形成更大的励磁电流。在转速不断提高的过程中，如此良性循环相互促进，使得发电机电压快速升高，当电压达到蓄电池电压后，充电指示灯两端电势平衡而熄灭，他激变为自激，发电机电压建立并开始输出电流给蓄电池充电。

三、设计和制造过程中影响建压转速的因素

1.发电机内部主磁路存在一定的剩磁，剩磁越多建压转速越低，有些发电机不激磁只提高转速也会发电。2.预激磁电流越大，建压转速越低。这与充电指示灯有关，目前汽车仪表灯都改成了发光二极管，通过它的电流只有几毫安，一般这种情况需要在发光二极管边上并联一个电阻来加大发电机的预激磁电流。3.蓄电池电压也对发电机建压转速产生一定影响，一般来说蓄电池电压越高发电机越容易发电。4.定转子间气隙越大磁阻就越大，建压转速就越高。同体积的有刷电机要比无刷电机性能优越，是因为无刷电机在磁路上存在两个气隙。5.调节器最低直流工作电压越低，建压转速就越低，目前电压调节器的功率管有两种，达林顿管相对工作电压较高，但是耐压也比较高，而MOS管相对工作电压比较低，但是耐压就相对也低。6.减少定子线圈匝数会使得发电机内阻抗减小而提高最大输出，却会使得发电机建压转速升高。反之，增加定子线圈匝数时最大输出会降低，但是低速性能会提高，建压转速也会降低。7.通过增加IG端激磁，来提高预激磁电流，降低建压转速。在点火开关起动档增加一路激磁线路，它与起动机电磁开关联动，只要起动机工作时，发电机就多了一路激磁电流，在起动的瞬间暂时提高预激磁电流，降低建压转速，当起动机停止工作，该线路也相应断开。8.有P端自激功能的调节器，它会通过检测发电机定子线圈相线的频率来自动打开调节器。这时发电机的建压转速就是固定的，取决于调节器线路的设计。

四、建压转速的测量

建压转速的测试与国内空载转速原理相近，空载转速是发电机转速开高至首次开始输出电流时的转速，而建压转速指的是发电机建立电压达到电瓶电压时的转速（充电指示灯熄灭时的转速）。要知道发电机要给蓄电池充电的前提就是电压要比蓄电池高，理论上说当发电机转速不断提高，发电机电压等于电瓶电压之时也就是开始输出电流之时。

五、结束语

建压转速是用来设计发动机与发电机速比的重要依据，以确保发电机在怠速的时候有良好的工作性能，它是用来判定发电机性能好坏的重要依据，降低建压转速，提高低速性能也是汽车交流发电机行业今后研究的重要项目之一。

永磁交流发电机的技术维修 篇4

1.定子线圈的修理

(1) 局部修理。

当线圈松动, 搭铁、抽头折断时可不必拆除线圈, 只进行局部修理。

①线圈松动:

线圈本身无短路、断路和碰铁故障, 只是在定子槽中有松动现象, 可在槽楔下塞入竹片或木片, 将线圈压实。若原槽楔损坏, 可另换新楔。

②线圈搭铁:

应先确定搭铁部位, 再把搭铁处用绝缘纸隔开, 并涂上绝缘漆。

③线圈抽头折断:

若断头在外部, 可直接焊好。若断头在线圈内部, 应从定子槽内取下线圈断头的一边, 焊好后, 用新绝缘纸垫好, 再涂上绝缘漆。

(2) 定子线圈的重绕。线圈损坏严重, 局部无法修复时, 应重绕。

①拆除旧线:

拆时应记录下线圈的线径、匝数及绕向, 以便重绕时参考。无现成模具时, 还应测出线圈的长、宽、厚等尺寸, 以便自制模具时参考。

②绕线圈:

一般按原用线号, 如发电机磁力很弱, 又无充磁能力时, 也可用小一号导线, 每只线圈多绕10%～20%匝。把绕组模具装到绕线机上, 导线抽头长60 mm, 缺口内预置棉线绳, 导线上套上绝缘管, 绕成线圈后, 再留抽头100 mm, 用棉线捆扎后, 拆开模具取下线圈。为使嵌线时不致弄错极性, 应把首只线圈翻转180°, 使两个对置的线圈绕向相反, 而嵌线后极性相同。用棉纱把此组的两只线圈并排捆好, 以防松散。

③嵌线:

在定子槽内放置好绝缘纸, 分别嵌入每组对置的两只线圈, 使过桥线的两端位于一侧, 塞入塑料板槽楔 (也可用竹楔) 。为使在后端盖接线方便, 每组线圈的首端抽头, 均应靠近端盖上的接线口, 焊好各接头, 并用棉线把各抽头沿线圈外围结扎。

检查有无短路, 断路、搭铁故障, 各线圈极性是否正确。当三根火线抽头在一起用单格蓄电池向定子各组同时通电时, 每只线圈中所产生的极性均应一样。最后进行浸漆绝缘处理。

2.爪极永磁转子的充磁

(1) 转子的拆卸。

①撬开锁片, 拧下爪极磁铁的压紧螺母, 压出磁体。沿两段磁体之间, 用手锯锯开环氧树脂浇注层后, 拆成两段。

②将带导磁片的磁环放于开水中煮后, 趁热剔除缝隙中的环氧树脂, 分开导磁片取出磁环。

(2) 磁环的充磁方法。

①将磁环夹在充磁机极掌中间, 使磁环的南极与充磁机的北极相对应。

②接通电源, 每次2～3 s, 连续进行4～5次即可。每接通电源一次, 要转动一下磁芯的位置, 以便获得均匀的充磁效果。在接通电源期间, 可用木棒轻击磁体以助磁化。

③充磁完毕后, 将各导磁片装上, 并用树脂类粘接剂粘合, 涂上填料后, 在常温下自行干燥, 不采用加温固化, 以防退磁。填料硬化后, 在车床上车光。

(3) 转子填料的配方。

①环氧树脂填料:

634环氧树脂100 g, 滑石粉20 g, 118固化剂30 g, 二甲苯2～3 g。

②脲醛树脂填料 (代用品) 。

脲醛树脂胶100 g, 蓄电池壳粉40 g, 石棉15 g, 氯化铵1～2 g。

(4) 爪极转子的安装。

先任意组装一段, 注意要保证两导磁片的中心定位突起位于同一侧。安装磁环时注意极性关系, 原则是同极性端相靠近, 可用试验办法检验:把没装导磁片的第二个磁环与之相靠合, 如吸力较大, 说明异极性相靠, 如“斥”力大, 说明同极性相靠, 符合安装时极性要求。在保证这一安装要求的前提下, 组装第二段导磁片, 最后用环氧树脂浇注填封。常温固化后, 在车床上检查并车去凸起的爪片。

3.星形转子的充磁

JF101 (或F30) 型发电机采用星形凸极式永磁转子。其充磁方法有下列两种:

(1) 用充磁机充磁。

万能试验台上的充磁接块为方形体, 为保证充磁时与转子极面接触良好, 应重做两个带弧面的充磁接块和弧形半圆护套, 半圆护套用5～6 mm的软钢制成, 内径与星形转子外径一样。充磁时, 套在其余四个暂不充磁的磁极上。

先找正极性, 即充磁机的N极对着被充磁转子的S极, 充磁机的S极对着被充磁转子的N极。每对磁极充磁时, 通电4～5次, 充完一对, 转过120°, 再充相邻的一对, 直至充完。

找极性的方法可借助于指南针。也可通过吸力与斥力的作用, 凭感觉方法找, 将转子任意两极放到充磁接块间, 转动位置, 在某一位置感到吸力变大, 说明极性找对了。

(2) 直接在发电机上充磁。

采用这种方法充磁时, 不必拆开发电机, 直接利用定子线圈通电后所产生的强磁场对转子充磁。充磁电源可用12 V蓄电池或220 V单相交流电, 将发电机上三个火线接线柱用截面不小于30 mm2的导线连接起来后, 接电源开关, 定子线圈的公共端接开关的另一根线。

交流发电机 篇5

(国电谏壁发电厂检修公司)

镇江华源电力工程有限公司（前身为国电谏壁发电厂检修部门）经过二十年的发展，已具备承接310MW核电站发电设备和300、600、1000MW火电厂发电设备检修与维护的实力，已取得ISO9001 2008版质量体系认证、火电设备安装工程专业承包三级资质、安全生产许可证、承装（修试）电力设施许可证承修类二级证书。

每当回顾公司发展历程，我们由衷地感到：唯有强化管理，才能确保企业持续健康发展。从中我们得益匪浅，尝到了较多甜头。同时，我们更乐意与在座的各位共享成功经验，以便互相学习、携手共进。

一、强化安全管理，全面落实安全责任

安全是企业的基础。基础不牢，地动山摇！因此，公司从“强化安全管理，全面落实安全责任”着手，着重做好以下几项工作：

1、抓重点、保全局 每年进行一次摸底调查，列出安全隐患较大、安全意识较薄弱的重点班组和重点个人，按照“有责任、有计划、有整改、有期限”的要求，指定管理人员切实做好持钩班组的指导工作与重点教育对象的帮扶工作。同时实行考核捆绑制，将挂钩班组的安全状况与重点教育对象的思想、行为转变，作为挂钩管理人员绩效考核的“硬杠子”，确保公司、各分公司、班组三级安全目标的实现。

2、抓项目、为大局 着重加强外部工程项目和驻外维护项目部的安全管理，明确项目经理为安全生产第一责任人，每个项目均配备专职安全员，实施全过程地跟踪、检查、监督、考核，谨防管理出现漏洞。对于安全工作中发生的任何问题，首先从管理上进行分析，追究项目负责人、专职安全员的责任，找出解决方法和防范措施，坚决杜绝那种一旦有责任要么往下推、要么往上推的渎职行为。

3、抓互保，成大局

在各班组实行安全互保责任制，即每两人(或三人)之间结成互保对子。班组长根据当天生产任务明确互保对象，譬如，经验丰富的师傅与刚进厂的青工互保，负责“传、帮、带”；身体好的与身体差的互保，遇到险情时能“托一下”；技能强的与技能弱的互保，关键时刻能“帮一把”。同时，要求互保人员切实履行互保责任，一旦发现对方有违章行为，就要立即进行批评和制止。

在全体员工的努力下，目前公司已连续安全生产2700多天，为全力构建“安全、稳定、和谐”的良好局面打下了牢靠基础。

二、强化质量管理，严格执行质保体系

质量是企业的生命。马虎不得、随意不得！对此，公司不断加大质量管理体系标准的执行力度，重点做好两个方面的工作：

1、讲究规范 组织专职人员对机组大修现场的作业文件、计量器具的有效性等进行检查，确保业主的《计划任务书及管理规定》、《质量监督计划书》得到执行和落实；指定质量网络小组对检修现场作业程序、行为规范及文明生产进行专项检查，督促各分公司做好《解体分析报告》、《冷态验收报告》、《工程竣工技术文件接收单》等文件管理。一旦发现有违规问题，立即下发综合通报，迅速整改。

2、过程控制 能根据国电集团检修管理办法，组织和协调好一切力量，对“检修工艺、质量、程序”进行真实可靠的全过程控制，坚持以W、H点控制和三级验收相结合的方法控制质量，确保修后设备长周期的安全、稳定、经济运行；公司派出的质检员和质保员，每天在现场进行质量跟踪控制，严格质量监督和验收，从源头上杜绝二次返工，及时进行检修一次品质合格率的统计和考核。

如今，“应修必修、修必修好”已成为公司全体成员的准则。仅以 2010年为例，公司承接的厂内外11台次机组大小修，一次品质合格率均为100%，得到业主的高度评价；同时，还完成外营任务8800万元（含税），获得明显的经济效益和社会效益。

三、强化培训管理，加快适应市场需求

技术是企业的核心。掌握技术、时不我待！近年来，公司狠抓职工技能培训管理，以适应竞争激烈的检修市场。其主要做法是：

1、加大刺激性 设立“培训、考核、使用、待遇”一体化的激 励机制，规范“培训、考核、鉴定、晋级”等管理制度，为广大职工争当技术尖子、体现自身价值提供平台。尤其在分配方式上向重点岗位、关键岗位上倾斜，激发职工勤学苦练、争强好胜的劲头。

2、增强实用性 针对长期存在的人手紧缺问题，公司根据职工的实际情况和岗位要求，灵活采取“干什么、学什么；缺什么、补什么”以及“高手带新手”等培训方法，让职工先熟悉、后掌握、再精细，由表及里，由浅入深，尽快提高业务水平，胜任本职工作。

3、注重超前性 为主动适应先进检修技术要求，同时为降低对设备制造厂家的依赖程度，节约检修成本，公司注重加强专家型人才培养和特殊工种培训，不断提高他们的理论知识水平，增强他们解决疑难杂症的能力，确保企业能从容应对市场变化，连续创利创效。

目前公司具有高、中、初级职称的人员164名，技师、高级技师151名，高级工301名，“158”、“168”人才52名，他们已成为创建企业品牌的中坚和骨干力量，并在生产实践中屡次“出手不凡”，留下许多精彩片断——

有一次在恰西玛小修工程中，一台循泵上的不锈钢并帽与泵轴咬死。当汽机分公司电焊班班长（168人才）江茂林提出采用“电焊弧冲螺杆”技术时，甲方很犹豫，担心他失手损坏泵轴。后经多次协商，甲方才点头同意。在操作中，底气十足的他聚精会神、大胆操作，最终将并帽与泵轴顺利剥离，确保泵轴完好无损，甲方非常佩服。

为根治厂#8机组真空严密性差的老大难问题，汽机分公司本体一班技术员（168人才）高峰进行反复排查、分析、确认，找出真正原因，并对联通管密封面进行技术改造，有效降低了真空泄漏量（修前为0.5KPa/min，修后为0.15Pa/min）；以前运行时需要开两台真空泵，修后只需要开一台，一个大修周期可节省厂用电费用一百多万。

以上，是我们镇江华源电力工程有限公司在强化管理中所做的一些工作，取得的一些成果，但我们深知，所有这些与上级的要求要求还存在着差距，与兄弟单位的先进管理相比还存在着不足。我刚才的发言只能算是 “抛砖引玉”，衷心希望兄弟单位“不吝赐教”，把好的经验和做法介绍和传授给大家，以达到此次会议“互相交流、共同提高”的目的。

交流发电机 篇6

发电机转子交流阻抗试验是判断转子绕组有无匝间短路的实用方法,而发电机转子绕组若发生匝间短路严重威胁发电机的安全运行,其主要危害表现在:破坏磁势的正弦分布,机组振动加剧,励磁电流上升,产生局部过热。此时横差保护、转子回路过负荷保护可能动作,造成机组停机事故,给电厂带来重大损失。其次,当转子绕组匝间长期短路,使转子绕组局部过热、老化会导致发电机的低励磁或失磁故障。

低励、失磁故障对电力系统以及对发电机都有很大影响。

(1)对电力系统的危害

1)从电力系统中吸收无功功率,引起系统电压的下降,当无功功率储备不足时,可能使系统因电压崩溃而瓦解;

2)其他发电机无功功率输出增加,使某些发电机、变压器、线路过电流,扩大故障范围;

3)由于有功功率的摆动及电压的下降,使其他发电机或系统之间产生振荡,大量甩负荷。

(2)对发电机的危害

1)转子中出现差频电流,使得转子过热;

2)重负荷下失磁转差大,等效电抗小,吸收无功功率大,产生过电流使定子过热;

3)有功功率及转矩周期性摆动,作用在发电机轴系及机座上,发电机会周期性严重超速;

4)定子端部漏磁增强,使端部部件、铁心过热。

也正是由于以上的种种危害,根据《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1996)的要求,隐极式发电机转子需在膛外或膛内以及不同转速下测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗,并与上次测量值相比较,以初步判定转子是否有发生匝间短路的趋势。

1问题的提出

公司所属某电厂2012年8月1日凌晨2号机组停机,开始第二次A级检修,根据《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1996)的要求,隐极式发电机转子需在膛外或膛内以及不同转速下测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗,该电厂电气专业与河南中电投华新电力工程有限公司高压试验人员一起对待修2号机组发电机转子绕组交流阻抗和功率损耗进行了测试。

电气专业人员对测试进行了分析,根据规程要求,所测数据在相同试验条件下与历年数值比较,不应有显著变化,该电厂2号发电机在试验电压相等、 发电机转速相同的情况下发电机转子的电流和功率损耗比上次测量偏大、阻抗偏小,且发电机转速越高试验数据相差越大。

不同转速下对交流阻抗的测量值也有所降低,功率损耗有所上升。该电厂2号机组1000r/min时转子绕组阻抗较上年低4.8%,功率损耗增大2.8%, 2000r/min时转子绕组阻抗较上年低8.5%,功率损耗增大1.3%,由此初步判断发电机转子绕组在动态状况下,由于受到转子离心力的影响,转子绕组可能存在不稳定匝间短路现象,但是由于试验时会受到定子附加损耗、转子剩磁、试验电压波形等多种因素的影响,轻微匝间短路无法准确判断,因此还需在抽出发电机转子后进行补充试验,进一步确认试验结果。

2交流阻抗测量原理

利用交流阻抗法确定转子匝间短路的试验,因其实用、简洁的特点被广泛应用,在《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1996)中明确规定大修中必须进行此项目。当转子绕组中发生匝间短路时,在交流电压下流经短路线匝中的短路电流,约比正常匝中的电流大n倍(一槽线圈总匝数),它有强烈的去磁作用,并导致交流阻抗大大下降,功率损耗大幅增加。

如图1所示,测试线要使用短粗线,600MW发电机转子试验电流在220V电压下可能达到60A,电压表直接接于转子集电环的正、负极上,调整调压器T1,并测量出电压、电流和功率P,然后按照下式计算出交流阻抗Z,即

式中,Z为交流阻抗,Ω;U为测量电压,V;I为测量电流,A。

现在交流阻抗试验一般使用专用的转子交流阻抗试验仪,其能够把加压过程中各电压值、电流、阻抗、损耗自动显示出来,并可以曲线形式打印出来便于分析判断。将测量的Z与P值与原始数据比较, 即可分析判断转子绕组有无匝间短路,当Z下降、P上升时反应出有不良发展趋势。规程规定在相同试验条件下与历史数值比较,不应有显著变化。一般超过上次值的10%时应进一步分析并使用其他试验方法进行验证。

3交流阻抗影响因素的分析

3.1膛内、膛外

转子处于膛内时,磁场通过定子铁心形成回路, 磁阻比在膛外时要小,磁导则比膛外要大,由于电抗与磁导的平方成正比,所以转子处于膛内时的交流阻抗Z一般比膛外时的大。同时与功率损耗P相应的电阻中,除了转子本体铁损的等效电阻、绕组铜损的电阻外,还要包括定子铁损的等效电阻在内。所以在相同电压下,其功率损耗一般比膛外的大。

转子处于膛外时, Z主要取决于试验电压、频率、转子本体和绕组的几何尺寸,在其功率损耗相应的电阻中,仅包括转子本体铁损的等效电阻和绕组铜损的电阻,没有定子铁损的等效电阻在内,所以Z和P的值较膛内时要小。

3.2定、转子间气隙大小的影响

气隙较小,转子处于膛内时定子磁路对阻抗的影响较大,对于同厂家、同容量的发电机定、转子间隙基本一致,可不考虑此因素影响。但对于不同厂家、 不同容量的发电机因气隙不同,在进行交流阻抗数据比较时应加以区分。

3.3静态、动态的影响

在恒定交流电压下,转子绕组的阻抗和损耗均随转速的升高而变化。例如该电厂600MW发电机转子绕组施加恒定电压180V时,测得转子阻抗Z与转速n的关系如表1所示。

由上表可看出,随转速升高,转子绕组交流阻抗降低,损耗升高。这是因为随转速升高,线圈的离心力增大并且压向槽楔,使转子线圈底部距离槽楔的距离减小,槽磁导和计算磁导也随之减小,在恒定电压下磁势为一定值,根据公式F= ΦR,F为磁势,Φ为磁通,R为磁阻,它与磁导成反比关系,故可得磁通也将减小,电抗变小,阻抗下降。另外随转速升高, 槽楔和线圈的离心力增大,使槽楔与转子齿的接触更加紧密,阻尼作用增强,去磁效应增加,导致阻抗下降,损耗增加。

3.4护环和槽楔的影响

转子本体是否安装护环,对转子绕组阻抗和损耗的影响比较大,有一台发电机转子绕组在消除匝间短路缺陷时,测得阻抗Z与电压、功率损耗P与电压的曲线如图2、图3所示。

由图2、图3可看出,当转子绕组未套护环,在210V时阻抗最大,损耗最小(曲线1);当一端套装护环后阻抗下降19.5%,损耗增加15%(曲线2); 当两端均装上护环后,在相同电压下,阻抗下降23.2%,损耗增加29.1%(曲线3);如果绕组有匝间短路时,则阻抗下降和损耗增加(曲线4)的幅度还要大。

造成上述现象的原因有两个,一是当一端装上护环时,端部线圈的交变磁通,在护环上产生了涡流去磁效应,但由于去磁效应不强,故使阻抗下降较少; 二是当两端的护环均装上后,便构成了沿轴向的两端周围的电流闭合回路,且增加了涡流去磁效应,因而是阻抗下降显著。当转子装上槽楔后,转子线槽被槽楔填充,增大了转子表面的涡流去磁效应,即增加了阻尼作用,因而使阻抗下降。

3.5短路电阻及部位的影响

当转子发生匝间短路时,其损耗增加比阻抗下降值明显,短路部位的电阻也是由大到小直至为0而转为金属性短路。在短路电阻逐渐下降的过程中其交流去磁效应会慢慢变大,另外短路部位在转子端部、直线部分、槽口等不同位置时其交流去磁效应也不同, 因此在分析判断中应注意此因素的影响。

3.6试验电压高低的影响

转子绕组是一个具有铁心的电感线圈,其等效电阻较小,电抗占主要部分。由铁心的磁化曲线可知, 当电源频率一定时,其磁通密度随磁场强度上升而增加。在测量转子绕组的交流阻抗时,转子电流将随着电压上升而增大,并使磁场强度增高,由于Φ=BS=μHS=μNIS/L,F=ΦR=NI,故R=NI/Φ=L/μS,又此时由于转子铁心远未达到饱和状态,根据μ 磁化曲线, 得到随着I的增大,R是呈现减小的趋势,磁导Λ则变大,电抗跟着变大,所以转子绕组的交流阻抗,随电压上升而增加。表2为某电厂2012年8月2号机组检修盘车状态下的转子交流阻抗试验数据,可看出试验电压从49.7V上升到200.5V时,阻抗从3.7939Ω 上升到5.4336Ω。

3.7转子本体剩磁的影响

转子本体的剩磁会使阻抗减小,这是因为在测量交流阻抗时,转子本体的槽齿中不仅有交变磁通,而且还有剩磁的恒定磁通,当两者的方向一致时起助磁作用;当两者的方向相反时,则起去磁作用。因此, 在相同电压下的阻抗,有剩磁比无剩磁时小。所以在测量转子绕组的阻抗时,应先检查其剩磁情况,当剩磁较大时可用直流去磁,剩磁较小时用交流去磁。在实际操作中为减小剩磁对阻抗的影响,在静态测量阻抗、损耗与电压的关系曲线时,应从高电压逐渐做到低电压;在动态测量阻抗与转速的关系曲线时,试验电压应尽量接近转子额定电压,以提高测量结果的准确度。

3.8测量交流阻抗和功率损耗的注意事项

为了避免相电压中含有谐波分量的影响,应采用线电压测量,并应同时测量电源频率。试验电压不能超过转子绕组的额定电压,一般集电环上施加电压, 静态试验时应将碳刷取下,动态时还应将励磁母线断开。在定子膛内测量阻抗时,定子绕组上有感应电压, 故应将其绕组与外电路断开。当转子绕组存在一点接地或对水内冷转子绕组作阻抗测量时,一定要用隔离变压器加压,并在转子轴上加装接地线,以保证测量安全。

4结束语

综上所述,用测量阻抗和损耗值的变化来判断转子绕组有无匝间短路,是简便、可靠、灵活的方法。 但是,由于影响因素较多,在分析判断时必须注意在同状态(膛内、膛外、静态、动态、槽楔、护环、剩磁)、同电压下比较。多次试验结果表明,因各型发电机转子在同一交流电压下的阻抗值不同,即使在相同的短路状态下,由于短路线匝中的短路电流不同, 其去磁作用所引起的阻抗下降和损耗增加的程度也不同。所以在应用转子交流阻抗和损耗值的变化量来判断绕组有无匝间短路及其程度时,难以出具统一的标准。

也正是如此,虽然此次该电厂2号机组转子交流阻抗测量在同转速下较上次偏低,功率损耗偏高,且随着转速的增大,差值也增大,由此初步判断发电机转子绕组在动态状况下,由于受到转子离心力的影响,转子绕组可能存在不稳定匝间短路现象,但是由于试验时会受到以上介绍的因素影响,轻微匝间短路无法准确判断,因此在发电机转子抽出后又进行了发电机转子线圈交流压降试验,试验数据如表3所示。

交流发电机 篇7

上述应用的仅是中性点对搭铁间的直流电压, 是中性点的直流成分。在发电机高速运转时, 中性点处还有明显的交流成分, 其成因为:在交流发电机空载时, 由于鸟嘴形磁极使磁场分布近似于正弦曲线, 从而使其感应电动势接近正弦波;在发电机正常工作、有电流输出时, 由于电枢反应的强弱、漏磁、铁磁物质的磁饱和以及整流二极管的非线性等因素, 将使交流发电机内的磁通变为非正弦分布, 从而造成交流发电机感应电动势和输出电压的波形畸变。

图9 a) 为某一相电压的实际波形, 可以认为这一畸变波形是由图9b) 所示的正弦基波和图9 c) 所示的三次谐波 (频率为基本频率的3倍) 叠加而成的。

由图10可以看出, 尽管三相电压的基波相位相差120°, 但各相三次谐波的相位却是相同的。由于采用星形接法时, 线电压是两相电压之差, 而三次谐波电压大小相等、相位相同, 可以互相抵消, 故对外输出的电压反映不出三次谐波电压, 但相电压可以测出三次谐波电压, 并且该三次谐波电压的幅度随发电机转速的升高而升高。

由此可见, 中性点电压为三相基波电压整流得到的直流分量与三次谐波交流分量的叠加, 如图11所示。

当发电机转速升高到一定程度 (超过2000r/min) 时, 交流分量的最高瞬时值有可能超过发电机的直流输出电压UB, 最低瞬时值则可能低于搭铁端电压 (0V) , 可见在这种情况下, 该处的交流分量便有可能向外输出。

因此, 可在中性点与发电机的B端子及E端子之间分别增加1只整流二极管, 这2只二极管称为中性点二极管, 如图12中的VD7和VD8, 其工作原理如下:

(1) 当中性点的瞬时电压高于发电机输出电压UB时, 二极管VD7导通 (中性点电压低于UB时, 发电机的输出电压要加到VD7的负极上, 达不到其导通电压, 因此VD7不导通, 只有当中性点的电压高于UB时VD7才能导通, 在此忽略VD7的管压降, 同理可以解释VD8) , 电流经VD7、负载及3个负极管中的1只后, 经某一相绕组形成回路, 如图12 a) 中箭头所示。

(2) 当中性点的瞬时电压低于0V时, 二极管VD8导通, 电流从某一相出发经该相的正极管、B端子、负载、搭铁, 最后经VD8回到中性点, 形成回路, 如图12 b) 中箭头所示。

由此可见, 在不改变发电机结构的情况下, 只要在中性点处接入2个中性点二极管, 便可利用中性点电压来增加发电机的输出电流。

图13为有、无中性点二极管时某发电机输出电流的对比, 可见在中高速时, 有中性点二极管的交流发电机, 其输出电流可增加10%～15%。

三、直流成分的应用拓展

(1) 根据直流成分的性质, 任意车型的充电系统加装充电指示灯, 只需有1个充电指示灯继电器及空闲的仪表灯泡即可, 可参照图3进行改装。

(2) 3个小功率二极管的作用一方面是供给磁场电流, 另一方面是控制充电指示灯, 又称为磁场二极管。当这3个小功率二极管个别或全部击穿 (或断路) 后, 会造成充电指示灯不能正常工作, 在买不到合适的磁场二极管的情况下, 可以对其进行改装, 加装充电指示灯继电器, 以恢复充电指示灯的功能。图14为爱丽舍、富康轿车充电系统电路的改装方法。

交流发电机 篇8

风力发电在国内外发展迅速[1]。变速恒频双馈( doubly fed induction generator DFIG)风力发电是风力发电的主流类型之一,与传统的同步发电机直流励磁不同,DFIG实行交流励磁,可调量有三个:励磁电流幅值、励磁电流频率、励磁电流相位。通过改变励磁电流频率,双馈电机可以调节转速,从而实现变速恒频运行;通过调节励磁电流的幅值和相位,可达到调节有功功率和无功功率的目的。与同步发电机相比,控制量多了两个,控制上更加灵活,但控制也更加复杂[2,3,4]。

双馈发电机的控制策略取得了很多成果,应用最广的控制策略是矢量控制策略(vector control)[5],矢量控制实现了电动机有功和无功功率的解耦控制,动态性能好,但控制策略比较复杂且需要精确的定子磁链和转子位置角。直接功率控制(direct power control)[6,7]利用直接转矩控制的思路,将电力电子变流器和电机合并,通过开关矢量直接控制电机的有功和无功功率,简化了控制策略的设计,但由于其开关频率不固定增加了滤波器设计的难度。转子磁链幅值和角度控制(flux magnitude and angle control)[8,9,10,11,12]通过转子磁链的角度和幅值来控制定子的有功和无功功率,但控制复杂。

通过对电压电流等易测量的磁链观测估计转速和转子位置信号的无速度传感器方法[13,14],一方面增加了控制系统的复杂性,另一方面其估计精度受参数变化、运行状态的影响。

本文从双馈电机的原理出发,简要叙述了电网侧和转子侧变频器矢量控制策略;为了避免转子位置编码器的影响,提出了无需测量转子位置信号的幅度频率控制策略;仿真验证了幅度频率控制策略的有效性,提高了系统的可靠性。

1 双馈风力发电机原理

对于一台确定的风力机,在风速和桨叶节距角一定时,总存在一个最佳叶尖速比对应着一个最大的风能转换系数,此时风力机的能量转换效率最高。图1为不同风速下风力机的输出机械功率特性曲线,从图1中看出,对于一个特定的风速,风力机只有运行在一个特定的机械角速度下,风力机才会获得最大的能量转换效率[15]。因此,变速风电机组才能捕获最大风能,提高发电效率。

双馈风力发电机组的结构示意图如图2所示,DFIG的转子经变流器与电网相连,利用交流转子励磁和DFIG配合实现变速恒频。

变速恒频原理如式(1)所示:

Npfm+fr=fs (1)

式(1)中,fm,fr,fs分别代表转子转速、转子电流和定子电流的频率,Np表示双馈电机的极对数。当双馈风机发电机运行时,风力机带动转子以fm的频率旋转,形成电角频率为Npfm的旋转磁场,由于转子励磁电流矢量的频率为fr,气隙中感应出与定子电流同频率的合成磁场,频率由式(1)表示。因此双馈电机实现了变速恒频[16]。

将转子侧的各个物理量折合到定子侧,通过Park变换将abc坐标系下的异步电机方程变换到一般的dq旋转坐标系可以推导出双馈电机的电压和磁链方程分别如式(2)和式(3)所示(定子侧按发电机惯例,转子侧按电动机惯例)[16]。

undefined

(2)

undefined

(3)

转矩方程可以表示成:

Tem=NpLm(iqsidr-iqrids) (4)

转子运动方程可以表示成:

Jpωm+Dωm=Tm-Tem (5)

式(2)到式(6)中,uds,uqs为定子电压的d,q轴分量,udr,uqr为转子电压的d,q轴分量,Ids,Iqs为定子电流的d,q轴分量,Idr,Iqr为转子电流的d,q轴分量,ψds,ψqs为定子磁链的d,q轴分量,ψdr,ψqr为转子磁链的d,q轴分量,rs,rr,Ls,Lr为定、转子的电阻、电感,Lm为互感,ωs,ωr,ωm为定子磁链、转子电流、转子旋转的角速度,Tm,Tem为机械转矩、电磁转矩,P为微分算子,J,D为转动惯量、摩擦系数。取ωs等于定子旋转磁场的角速度,这样dq坐标系就变成了同步旋转坐标系,ABC坐标系下的正弦量对应于dq坐标系下的直流量。

2 双馈电机电网侧变流器控制

网侧变流器是一个电压源型PWM整流器,控制变流器直流母线电压,且功率因数可调,实现功率的双向流动。其矢量控制框图如图3所示[4]。

图3中,idg,iqg为网侧变流器电流的d,q轴分量, Lg为网侧变流器电感, udc为网侧变流器直流电压,us为网侧变流器交流电压d轴分量,ωs为网侧变流器交流电压频率,Qg为电网侧变流器的无功功率,θs为电网电压位置角。dq轴电压通过dq→ABC变换之后得到PWM整流器输出的三相电压。

3 双馈电机转子侧变流器控制

双馈电机并网时,转子侧变流器控制目标为控制定子的有功和无功功率,双馈电机定子的有功功率Ps和无功功率Qs可以表示成:

undefined

(6)

按照定子磁链定向的方式,忽略定子磁链的暂态和定子电阻,将d轴固定在定子磁链矢量的轴线ψs上,于是 ψds=ψs,ψqs=0,代入式(2)的前两式可以得到:

undefined

(7)

将式(7)代入式(6)可以得到

undefined

(8)

再将磁链定向结果代入式(3)可以得到

undefined

(9)

将式(9)代入式(8)可以得到:

undefined

(10)

从式(10)可以看出,如果定子磁链和频率保持不变,按照定子磁链定向之后,定子的有功功率和转子q轴电流成正比,定子的无功功率和转子d轴电流成正比。

控制策略框图如图4所示:其中undefined表示双馈电机的漏磁系数。θr,θsr为转子磁链角度、转差角度。

4 同步化双馈电机

4.1 同步化的双馈电机数学模型

虽然双馈电机工作在异步状态下,但是其转子励磁磁场的旋转速度和定子磁场的旋转速度相等,具有和同步电机类似的控制特性[17,18]。双馈电机的功角δ为q轴暂态内电势矢量Eundefined和定子电压Us之间的夹角,双馈电机的有功和无功表达式可以写成:

undefined

(11)

式(11)中X`s为定子暂态电抗。可以看出,如果将d轴放在转子合成磁势的轴线上,经过整理后,双馈电机具有和同步电机类似的有功和无功表达式。也就是说,从q轴暂态内电势的角度来看,双馈电机和隐极同步电机等效。

省略定子磁链动态过程的同步化双馈电机三阶方程为式(12):其中Xs为定子电抗,Edf、Eqf为折合到定子侧的转子dq轴励磁电压,undefined表示转子回路的时间常数:

undefined

(12)

此外还有两个定子电压方程和一个附加的转子电压方程:

undefined

(13)

式(13)中s为转差率,Tr0为 双馈电机在同步点运行时,有约束条件Npωm=ωs,ωr=0。将约束条件代入式(12),同步化双馈电机三阶方程就变成了同步电动机的三阶方程[8,15]。

4.2 双馈电机与同步电机的比较

通过上面的分析可以看到,双馈电机和同步电机有相似的地方也有不同之处,归纳如下:

a) 相同点:

1) 从q轴暂态内电势的角度来看,双馈电机和隐极同步电机等效;

2) 都可以通过励磁控制来调节定子输出的无功功率。

b) 不同点:

1) 励磁调节:同步电机的励磁电压为直流,只有其幅值可以调节;但双馈电机的励磁电压为交流,有电压幅值、频率和相位三个可调量,控制更加灵活;

2) 转速范围:同步电机的转速等于同步转速,但双馈电机既可以超同步运行,也可以次同步运行;

3) 转子励磁的功能。同步电机的转子仅提供无功励磁,但双馈电机的转子除提供无功励磁外,还要提供转差有功功率。

5 幅度频率控制策略

矢量控制策略中所需的转子位置信息一般通过增量式或绝对式光电编码器来获得,实际中增量式编码器应用最广,但由于风力发电系统运行的环境比较恶劣,编码器信号很容易受到干扰,这会对系统稳定运行带来负面影响[13,14]。

5.1 幅度频率控制

对式(12)第一项进行分析可以看出,当双馈电机转子电流的角频率ωr≠sωs时,双馈电机的功角δ就会发生变化。从式(11)可以看出,功角的变化可以引起有功和无功功率的变化。

根据同步电机理论,同步电机输出有功功率主要和功角δ有关,输出的无功功率主要和暂态励磁电压E`q的大小有关[8]。根据式(11)可知,这个关系在双馈电机中仍然适用。

当Npωm+ωr>ωs时,功角增大,有功功率增大;当 Npωm+ωr<ωs时,功角减小,有功功率减小。由于转子侧采用全可控电力电子变流器,转子电压和电流矢量的旋转角速度ωr完全可控,因此控制ωr就可以控制双馈电机定子的有功功率。

有功功率给定和实际的有功功率相减之后通过PI控制器得到转子电压的频率;

从式(12)和(13)中的第三项可以看出,双馈电机的暂态励磁电压E`q和转子电压的大小有关。转子电压Edf部分表示无功励磁分量,而Edf表示在变频过程中,转子侧需要提供的电压,这部分电压和转子侧提供的转差有功功率相关。改变转子电压的幅值可以改变E`q进而改变定子发出的无功功率[17,18,19,20]。

根据式(11)可知,双馈电机定子的无功功率主要和定子电压有关,因此可以在电压环外面加上无功功率外环。无功功率给定和实际无功功率相减之后通过PI控制器得到定子电压的给定值。定子电压给定和实际电压相减之后通过PI控制器得到转子电压幅值,有了转子电压的幅值和频率给定之后经过简单运算就可以生成转子的三相电压给定值uar,ubr,ucr,三相电压再通过PWM调制送到转子侧变流器。其控制框图如图5所示。

当然也可以将无功外环和电压环进行合并,无功功率控制器直接输出双馈电机转子电压的幅值。

5.2 仿真验证

为了验证图5中的控制策略,在PSCAD里面搭建模型进行仿真,仿真中用附录中的参数。电机定子有功功率给定在第2s从2kW阶跃到6kW,然后在第9s又阶跃回2kW,定子无功功率给定为0kVar并保持不变,双馈电机的转速为0.9倍的同步转速。仿真结果如图6所示。图中(a)～(d)分别表示定子有功和无功功率、转子电流、转子电压频率和双馈电机的功角。

6可以看出,有功功率给定变化前,双馈电机的转子电压频率等于转差频率5Hz。当有功功率给定增大时,从图6(b)和(c)可以看出,双馈电机转子电压和电流的频率增加,使得图6(d)中的功角增大,定子有功功率增加。由于无功控制器的作用,定子无功功率经过暂态的调节之后在稳态又回到0kVar,当有功功率稳定在 6kW时,转子电压的频率又恢复到转差频率。在调节过程中,转子电压频率有一个振荡的过程,功角有一些超调。

从图

当有功功率给定减小时,双馈电机转子电压的频率减小,功角减小,使得定子有功功率减小,定子无功功率经过暂态的调节之后在稳态又回到0kVar,当有功功率稳定在20时,转子电压的频率又恢复到转差频率。在调节过程中,转子电压频率有一个振荡的过程。

从仿真结果可以看出,幅度频率控制可以独立控制双馈电机定子的有功和无功功率。

5.3 幅度频率控制在容错控制上的应用

幅度频率控制既可以直接控制并网后的双馈电机,也可以在角度传感器出现永久性故障的情况下作为容错控制策略。采用矢量控制和幅度频率控制组成的容错控制系统的逻辑图如图7所示,当容错控制系统判断角度传感器出现永久性故障时,就从矢量控制切换到幅度频率控制策略。

正常情况下控制系统采用矢量控制,转子电压选择矢量控制的输出电压,当角度传感器出现永久性故障时,转子电压就选择幅度频率控制的输出电压。由于幅度频率控制刚投入时输出的电压为0,为了保证切换过程尽可能地平滑,需要计算出故障前矢量控制输出电压的幅值|ur0|和频率ωr0,将它们作为初始值分别叠加在幅度频率控制的输出上。其中|ur0|叠加在无功功率控制器输出上,ωr0叠加在有功功率控制器的输出上,如图8所示。幅度频率控制的采样和控制信号与矢量控制完全相同。

在PSCAD里建立模型,对图7和图8所示的容错控制系统进行仿真。电机参数为附录中的参数,定子电压为380V。控制系统先采用矢量控制,有功功率给定为 6kW,无功功率给定为0kVar,双馈电机转速为0.9倍的同步转速,故障出现以前控制系统已经达到稳态。在第 5s角度传感器出现永久性故障,根据图7容错控制系统切换到幅度频率控制,并将故障前的转子电压的幅值和频率作为初始值叠加到幅度频率控制的输出,如图8所示。

仿真的结果如图9所示,图中(a)～(d)分别表示定子有功和无功功率、转子电流、转子电压频率和双馈电机的功角。 按照图7和图8的容错控制方法,当角度传感器出现永久性故障时,可以用幅度频率控制代替矢量控制,控制策略切换的过渡过程比较平稳,满足容错控制的要求。

6 结论

双馈电机以其自身显著的优点,成为现在风电的主力机型之一,并且由于双馈电机具有一定的同步机特性,可以从同步机类比的角度讨论新的控制策略。具体研究内容如下:

1) 简述了双馈电机变速恒频原理及其dq坐标系下数学模型,简要分析了双馈电机网侧变流器和转子侧变流器的矢量控制策略。

2) 根据双馈电机dq坐标系下的模型,推导了同步化双馈电机数学模型,归纳了双馈电机与同步电机的异同点。

3) 基于同步化模型提出了幅度频率控制策略。此策略通过控制转子电压的幅值和频率来控制定子无功和有功功率,不需要角度传感器,简化了控制器设计,避免了转子角度编码器对发电系统的影响。

交流发电机 篇9

交流励磁发电机定子侧接电网,转子上采用三相对称分布的励磁绕组,由变频器提供对称交流电励磁,且励磁电压的幅值大小、频率、相位、相序都可根据要求加以控制,使得交流励磁发电机具有良好的稳定性及转速适应能力、独立的有功与无功调节能力和较强的进相运行能力,性能超越传统同步发电机和感应发电机,因而有着广阔的应用前景[1,2]。

变频器输出电压含有谐波,必定使交流励磁发电机转子电流、定子电流和感应电势含有谐波,抑制感应电势和电流谐波、保证输出电能质量是一个重要课题,同时还应竭力避免变频器对电网造成谐波污染、提高变频器输入功率因数。本文首先在Saber仿真平台下对矩阵式交-交变频器的性能进行仿真分析,研究发电机定、转子电流和感应电势及变频器输入电流波形,并作相应的谐波分析,然后与交-直-交变频器和交-交变频器作励磁电源时发电机的运行特性进行了对比分析。展示了以矩阵式交-交变频器作为交流励磁发电机励磁电源的可行性,并为交流励磁发电机的励磁系统工程设计提供了一定的理论参考依据。

1 矩阵式交-交变频器励磁的交流励磁发电机特性研究

根据交流励磁发电机系统对励磁变频器要求,提出采用矩阵式交-交变频器作为交流励磁发电机的励磁电源。矩阵式变频器主电路结构简单,号称“全硅”变频器,负载频率不受限制,可获得正弦波的输入和输出电流,任何负载时都可在接近于1的功率因数下运行;矩阵式变换器可实现能量双向流动,无中间直流环节,结构紧凑,体积小,效率高。如图1所示。

根据所建立的交流励磁发电机励磁控制系统的仿真模型,对交流励磁发电机稳态有功、无功、转速调节特性和暂态特性进行了仿真计算,研究表明,交流励磁比传统同步发电机具有更好调节特性,达到了发电机有功、无功、转速独立控制的目的[3]。

本文利用混合信号系统仿真软件Saber对矩阵式交-交变频器励磁的交流励磁发电机系统的谐波进行了仿真研究。研究结果如图3所示,从图可看出变频器的输入位移因数很高,输入相电流主要由基波分量和频率为输入滤波器截止频率的谐波分量组成。

2 矩阵式交-交变频器与其它变频器作励磁电源的比较

目前流行的变频装置为交-直-交变频器和交-交变频器[4,5],本文建立了交-直-交变频器的元件级仿真模型及交-交变频器的原理性仿真模型,将之用作交流励磁发电机的励磁电源进行仿真,并与矩阵式交-交变频器作励磁电源进行了比较。

2.1 矩阵式交-交变频器与交-直-交变频器的比较

采用PWM逆变电路的交­直­交变频器可以使输出电流接近正弦,也可用作交流励磁发电机的励磁电源。本文建立了交­直­交电压型变频器的元件级仿真模型,采用二极管不控整流,逆变级采用输出线电压空间矢量调制,其拓扑结构如图4所示。

交流励磁发电机在图2所示工况下运行时感应电势和定子电流、转子线电压和电流、交­直­交变频器输入相电压和相电流的仿真计算曲线及相应的频谱图如图6所示。

经计算,感应电势和定、转子电流波形的正旋性畸变率比矩阵式交­交变频器作励磁电源时(见表1),这是由于矩阵式变频器的虚拟中间直流电压是以6倍工频脉动的,而交­直­交变频器的中间直流环节有大容量储能电容起稳压作用,其输出线电压所含谐波的幅值应比矩阵式变频器小。但交­直­交变频器输入相电流波形的正弦性畸变率比矩阵式变频器大,还可看出输入相电流滞后于相电压。

2.2 矩阵式交-交变频器与交-交变频器的比较

图5为三相交­交变频器接线图,该变频器效率较高,可实现四象限工作,低频输出波形接近正弦波;但接线复杂,电力电子器件多,输出频率受电网频率和变流电路脉波数的限制,输入功率因数较低,输入电流谐波含量大,频谱复杂[6]。

本文利用余弦交点法调制算法模板,建立了交­交变频器的原理性仿真模型,图7(a)～图7(f)为交流励磁发电机以该变频器为励磁电源运行于图2所示工况下相应的波形图和频谱图。

经仿真计算,此时感应电势和定、转子电流波形的正弦性畸变率分别为2.3%、1.4%、1.9%,交­交变频器输入相电流波形的正弦性畸变率为32.3%,均比矩阵式交­交变频器或交­直­交变频器作励磁电源时大。

2.3 三种变频器作交流励磁发电机励磁电源的性能比较

表1对三种变频器作交流励磁发电机励磁电源的性能进行了比较,矩阵式交­交变频器比其余两种变频器的输入功率因数高,对电网的谐波污染小。交­交变频器的输出频率从2 Hz变为10 Hz时,输入功率因数显著降低,对电网的谐波污染明显增大,发电机定、转子电流波形畸变严重,故6脉波交­交变频器不宜用于风力发电等变速恒频发电领域。

仿真分析表明:(1)矩阵式交­交变频器励磁与不控整流交­直­交变频器相比,主要优点在于能方便地将转子回路的能量回馈电网,输入功率因数高,对电网的谐波污染小。(2)矩阵式交­交变频器励磁与交­交变频器相比,主要优点在于输出电流谐波含量小,输出频率范围宽,输入功率因数高,发电机系统对电网的谐波污染小。

3 结束语

本文分别以交-交变频器或交-直-交PWM变频器作交流励磁发电机的励磁电源进行仿真分析,前者输出电压中含有大量的谐波,输入侧功率因数也很低,对电网和发电机均有严重的谐波污染和负面效应;后者虽然改善了输出性能,但不控整流加电容滤波的变换造成输入电流畸变、谐波增大,输入功率因数低下,且需要大体积的直流贮能电容,更为不利的是难以实现同步速上、下运行时交流励磁电源必需的功率双向流动。因此交流励磁发电技术实现的关键在于寻求一种输入、输出特性好,无电力谐波,功率可双向流的“绿色”变频器。矩阵式交-交变频器正是能满足这些要求的功率变换器。本文在Saber仿真平台下对矩阵式变频器与交-交变频器或交-直-交PWM变频器进行性能对比分析,结果表明矩阵式变频器不但具有再生运行能力,解决了交流励磁发电机转子回路能量的回馈问题,而且其输入功率因数高,输入电流波形正弦性比交­直­交、交­交变频器好,对电网的谐波污染较小,因此它将可能成为交流励磁发电机理想的励磁电源。

参考文献

[1]徐锦才,等.多相励磁发电技术的研究概述[J].电力系统自动化,1997,21(4):44-46.

[2]邵为民.新型的转差频率励磁发电机[J].电工技术学报,1989(2):35-39.

[3]肖刚,等.矩阵式变换器励磁的双馈发电机系统建模与仿真[J].重庆大学学报(自然科学版),2003(,3):89-94.

[4]Holmes P G,et al.Cycloconverter Excited Divided-winding Doubly-fed Machine As a Wind-power Converter[J].IEE Proceedings,1984,131(2):61-69.

[5]Pena R,Clare J C,Asher G M.Doubly Fed Induction Generator Using Back-to-back PWM Converters and Its Application to Variable-speed Wind-energy Generation[J].Electric Power Applications,IEE Proceedings,1996,143(3):231-241.

交流发电机 篇10

关键词：谐振装置,交流耐压,电抗器,配置,试验频率

1 前言

对大型发电机或电容量较大的电气设备的交流耐压试验。根据规程要求, 工频耐压试验的频率应为50Hz。采用串联谐振的方式试验时, 往往由于电抗器匹配不当, 谐振频率不能在50Hz附近。试验时对电抗器的调整变得尤为重要。

2 电感量与频率的关系

变频串联谐振耐压试验成套装置的电抗器由多只电感组合而成, 这样就能使谐振电压在大范围内变动, 如果调整适当, 谐振电压可达数百千伏乃至数千kV。对大型发电机定子交流耐压试验而言, 试验电压一般不超出60kV, 但试验电流较大。需要根据电抗器的电感量和电抗器的额定电流进行搭配, 即调节到50Hz的频率, 又不超出电抗器的额定电流。

大型发电机定子绕组的电容量 (相间对地) , 是根据机组容量决定的。汽轮发电机的电容量与水轮发电机的有很大差别。同容量的机组, 水轮机要比汽轮机的电容大得多。例如130MW的汽轮发电机电容是130nF, 而90MW的水轮发电机则有630nF。这样, 发电机输出的端电压同是13.8kV, 定子绕组做1.5倍交流交流耐压时, 它们的电容电流分别是:

式中:Ic―电容电流A, f-频率Hz, UC-试品电压V, C-试品的电容量μF。

根据上式分别计算出两台发电机耐压试验时的电容电流。

知道电容电流, 就能确定通过电抗器的电流: Ic≈IL

若现有电抗器很多只, 每只电抗器电感量为95H, 电压为27kV, 电流为1A。合理地使用电抗器, 用串并联的方法来满足试验的需要。

为使串联谐振的频率接近50Hz, 按下式计算:

undefined

式中:f-频率, Hz;

L-电感, H;

C-电容, μF;

3 计算实例

用串联谐振法对一台90MW水轮发电机定子绕组进行交流耐压试验, 绕组的额定电压是13.8kV, 试验电压为额定电压的1.5倍。要使谐振的频率接近50Hz, 用前面介绍的参数来计算电抗器的电感量。

3.1 电感量的确定

已知被试品电容 C=0.63μF, 电容电流

Ic=4.15A f≈50 Hz

计算所需电抗器的电感量:

undefined

谐振的频率50Hz的电感量:

0.0031832/ (0.63×10-6) =16.1 H

3.2 电抗器数量的确定

电感L=16.1H, 可用6只电抗器并联, 每只电流不超出0.7A。

由于现有电抗器都是电感量为95H的, 为满足L=16.1H, 经计算95H/16.1H=5.9只

因此, 可用6只95H的电抗器并联后得到接近16.1H电感量的要求。

3.3 试验频率的校验

6只95H的电抗器并联后的电感量为:

95H/6只=15.83H

用 L=15.83 H, C=0.63×10-6 F 校验试验频率:

undefined

可满足试验要求。

3.4 电抗器额定电压检验

考虑现有电抗器的额定电压为27kV。试验电压要求为:

1.5×13.8kV=20.7kV

小于电抗器的额定电压。

3.5 电抗器额定电流检验

电抗器的额定电流为1A。而试验时电流可达到4.15A。当6只电抗器并联使用时, 每只电抗器只承受0.7A的电流, 小于电抗器额定电流。

根据以上验算, 确认用现有电抗器能满足此台发电机谐振耐压试验的需要。

4 试验前应注意的事项

1) 被试设备相当于一只大电容量的电容器, 电容器的绝缘电阻应满足有关规程的要求才能进行工频耐压试验。绝缘电阻最好大于1000MΩ, 否则应将被试设备进行干燥处理。

2) 试验导线不宜太长, 以减小空间的杂散电容电流。

3) 对周围的物体要有足够距离, 避免空气击穿造成设备损坏。

4) 试验时注意人身安全。

5 结束语