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同步發(fā)電機(jī),直流發(fā)電機(jī)的工作原理
同步發(fā)電機(jī)工作原理
· 主磁場的建立:勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流,建立極性相間的勵(lì)磁磁場,即建立起主磁場。
· 載流導(dǎo)體:三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組,成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流的載體。
· 切割運(yùn)動(dòng):原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(給電機(jī)輸入機(jī)械能),極性相間的勵(lì)磁磁場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組(相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場)。
· 交變電勢的產(chǎn)生:由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運(yùn)動(dòng),電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線,即可提供交流電源。
直流發(fā)電機(jī)的工作原理
直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢,靠換向器配合電刷的換向作用,使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢的原理。
電刷上不加直流電壓,用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞使之逆時(shí)針方向恒速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈兩邊就分別切割不同極性磁極下的磁力線,而在其中感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢,電動(dòng)勢方向按右手定則確定。這種電磁情況表示在圖上。由于電樞連續(xù)地旋轉(zhuǎn),因此,必須使載流導(dǎo)體在磁場中所受到線圈邊ab和cd交替地切割N極和S極下的磁力線,雖然每個(gè)線圈邊和整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢的方向是交變的.線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢是一種交變電動(dòng)勢,而在電刷A,B端的電動(dòng)勢卻為直流電動(dòng)勢(說得確切一些,是一種方向不變的脈振電動(dòng)勢)。因?yàn)?,電樞在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,無論電樞轉(zhuǎn)到什么位置,由于換向器配合電刷的換向作用,電刷A通過換向片所引出的電動(dòng)勢始終是切割N極磁力線的線圈邊中的電動(dòng)勢,因此,電刷A始終有正極性。同樣道理,電刷B始終有負(fù)極性,所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動(dòng)勢。如每極下的線圈數(shù)增多,可使脈振程度減小,就可獲得直流電動(dòng)勢。這就是直流發(fā)電機(jī)的工作原理。同時(shí)也說明子直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)。
從基本電磁情況來看,一臺直流電機(jī)原則上既可工作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行,只是約束的條件不同而已。在直流電機(jī)的兩電刷端上,加上直流電壓,將電能輸入電樞,機(jī)械能從電機(jī)軸上輸出,拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械,將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而成為電動(dòng)機(jī),如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞,而電刷上不加直流電壓,則電刷端可以引出直流電動(dòng)勢作為直流電源,可輸出電能,電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而成為發(fā)電機(jī)。同一臺電機(jī),能作電動(dòng)機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的這種原理.在電機(jī)理論中稱為可逆原理。
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發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)學(xué)習(xí)
發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)
發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)又稱功率方向保護(hù)。一般而言,發(fā)電機(jī)的功率方向應(yīng)該為由發(fā)電機(jī)流向母線,但是當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁或其他某種原因,發(fā)電機(jī)有可能變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行,即從系統(tǒng)中吸取有功功率。這就是逆功率。當(dāng)逆功率達(dá)到一定值時(shí),發(fā)電機(jī)的保護(hù)動(dòng)作,或動(dòng)作于發(fā)信號或動(dòng)作于跳閘。
1、福建漳州概述說明
并網(wǎng)運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī),在汽輪機(jī)的主汽門關(guān)閉之后,便作為同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行:吸收有功功率而拖著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),可向系統(tǒng)發(fā)出無功功率。由于汽輪機(jī)主汽門已關(guān)閉,汽機(jī)尾部葉片與殘留蒸汽產(chǎn)生摩擦而形成鼓風(fēng)損耗,長期運(yùn)行過熱而損壞。燃?xì)廨啓C(jī)和水輪機(jī)也主要是對原動(dòng)機(jī)的損害。發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)主要保護(hù)汽輪機(jī)不受損害。
對汽輪機(jī)逆功率保護(hù)的整定計(jì)算,就是要確定該保護(hù)的動(dòng)作功率Pdz及動(dòng)作延時(shí)t。
1、福建漳州動(dòng)作功率Pdz的整定 汽輪發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的動(dòng)作功率可按下式計(jì)算:Pdz=(Krel*P1)/η Pdz-逆功率保護(hù)的動(dòng)作功率 Krel-可靠系數(shù),取0.8 P1-主汽門關(guān)閉后,汽輪機(jī)維持同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)所消耗的功率,該功率的大小除與汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)及容量有關(guān)之外,還與汽輪發(fā)電機(jī)的主蒸汽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(管道結(jié)構(gòu)及有無旁路管道等)有關(guān),一般取額定功率的1.5~2% η-發(fā)電機(jī)拖動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的效率,取0.98~0.99 所以:Pdz≈(1.2~1.6%)PN PN-發(fā)電機(jī)的額定功率。 實(shí)際中,Pdz=可取1~1.5%PN。
2、福建漳州動(dòng)作延時(shí)發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的動(dòng)作延時(shí),應(yīng)按照汽輪發(fā)電機(jī)主汽門關(guān)閉后允許運(yùn)行的時(shí)間來整定,該允許時(shí)間一般為10~15min。計(jì)算及運(yùn)行實(shí)踐表明,當(dāng)汽輪機(jī)蒸汽系統(tǒng)有旁路管道時(shí),允許運(yùn)行時(shí)間還要長一些。 因此,若按照汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉之后允許運(yùn)行的時(shí)間來整定保護(hù)的動(dòng)作延時(shí),可取5~10min。動(dòng)作后作用于解列滅磁。
另外,投運(yùn)的大型汽輪發(fā)電機(jī),多采用逆功率保護(hù)去啟動(dòng)程序跳閘回路,此時(shí),動(dòng)作時(shí)間通常取1~2s。 對于程控逆功率保護(hù),由于動(dòng)作時(shí)間短,在主汽門點(diǎn)閉后很短的時(shí)間內(nèi),由于汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)的慣性,實(shí)際逆功率可能很小,因此逆功率的定值不應(yīng)大于1%PN。
2、福建漳州原理介紹
當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率(外部功率指向發(fā)電機(jī),也就是發(fā)電機(jī)變成電動(dòng)機(jī)工況),逆功率保護(hù)動(dòng)作斷路器跳閘。需要采集三相電壓和二相電流信號。
由于一次能源形態(tài)的不同,可以制成不同的發(fā)電機(jī)。利用水利資源和水輪機(jī)配合,可以制成水輪發(fā)電機(jī);由于水庫容量和水頭落差高低不同,可以制成容量和轉(zhuǎn)速各異的水輪發(fā)電機(jī)。利用煤、福建漳州石油等資源,和鍋爐,渦輪蒸汽機(jī)配合,可以制成汽輪發(fā)電機(jī),這種發(fā)電機(jī)多為高速電機(jī)(3000rpm)。 此外還有利用太陽能、福建漳州風(fēng)能、福建漳州原子能、福建漳州地?zé)?、福建漳州潮汐、福建漳州生物能等能量的各類發(fā)電機(jī)。 此外,由于發(fā)電機(jī)工作原理不同又分作直流發(fā)電機(jī),異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)。在廣泛使用的大型發(fā)電機(jī)都是同步發(fā)電機(jī)。
何為逆功率?
眾所周知,發(fā)電機(jī)的功率方向應(yīng)該由發(fā)電機(jī)方向流向系統(tǒng)方向。但由于某種原因,當(dāng)汽輪機(jī)失去原動(dòng)力,而發(fā)電機(jī)出口開關(guān)又未能跳閘,則功率方向變?yōu)橛上到y(tǒng)流向發(fā)電機(jī),即發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)在運(yùn)行。此時(shí)發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中吸取有功功率,此即為逆功率。
逆功率的危害
發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)是汽輪機(jī)由于某種原因?qū)е轮髌T關(guān)閉而失去原動(dòng)力時(shí),發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)帶動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn),汽輪機(jī)葉片在無蒸汽情況下高速旋轉(zhuǎn)會(huì)引起鼓風(fēng)摩擦,特別是在末級葉片可能會(huì)引起過熱,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片的損壞事故。
所以說逆功率保護(hù)實(shí)則是對汽輪機(jī)無蒸汽運(yùn)行的保護(hù)。
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同步發(fā)電機(jī)的序分量電抗
同步發(fā)電機(jī)的序分量電抗X1、福建漳州附近X2、福建漳州附近X0
分析同步發(fā)電機(jī)不對稱運(yùn)行的基本方法是對稱分量法。應(yīng)用對稱分量法,可以把發(fā)電機(jī)不對稱的三相電壓、福建漳州附近電流及其所激勵(lì)的磁勢分解為正序分量、福建漳州附近負(fù)序分量和零序分量,然后對各個(gè)分量分別建立的端點(diǎn)方程式和相序方程式,求解各序分量并研究各序分量分別所產(chǎn)生的效果, ,將它們疊加起來,就得出實(shí)際不對稱運(yùn)行的結(jié)果和影響。實(shí)踐證明,在不計(jì)飽和時(shí),上述方法所求得的結(jié)果,特別是對于基波分量基本上是正確的。
在不對稱運(yùn)行時(shí),同步發(fā)電機(jī)的空氣隙磁場為一橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場,即除了正序旋轉(zhuǎn)磁場以外,尚有負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場。因?yàn)樗鼈兊男D(zhuǎn)方向不同,所以轉(zhuǎn)子回路的反應(yīng)也各不相同;對不同相序的電流,同步電機(jī)呈顯的電抗也就有不同的數(shù)值。
當(dāng)同步電機(jī)對稱運(yùn)行時(shí),如前面各章所討論的情形,定子電流為一穩(wěn)定的對稱三相電流,實(shí)際上即一組正序分量,它們所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(即正序旋轉(zhuǎn)磁場)和轉(zhuǎn)子之間沒有相對運(yùn)動(dòng),這個(gè)磁場并不能在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢,這個(gè)電流所遇到的電抗便是同步電抗。故同步電機(jī)的正序電抗即系同步電抗,不對稱運(yùn)行時(shí),負(fù)序電流所產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場以同步速向著和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的方向旋轉(zhuǎn),即該磁場將以兩倍同步速載切轉(zhuǎn)子繞組,將在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)一個(gè)兩倍于電源頻率的交變電流。對于負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場而言,轉(zhuǎn)子繞組的作用為一短路繞組,致使負(fù)序電流所遇到的便不再是同步電抗,而是另一個(gè)電抗x2,稱它為負(fù)序電抗,其數(shù)值遠(yuǎn)較同步電抗為小。
負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子激磁繞組和組尼繞組中所感應(yīng)的兩倍頻率的交變電流,將引起附加的銅損耗;負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場還將在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生渦流,從而引起附加表面損耗。這些損耗都將使轉(zhuǎn)子溫升提高。此外,負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場還將在轉(zhuǎn)子軸和定子機(jī)座引起振動(dòng)。
根據(jù)我國“發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程”規(guī)定:在額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí),汽輪發(fā)電機(jī)三相電流之差,不得超過額定值的10%,水輪發(fā)電機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)的三相電流之差,不得超過額定值的20%,同時(shí)任一相的電流不得大于額定值。在低于額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí),各相電流之差可以大于上面所規(guī)定的數(shù)值,但應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。
當(dāng)零序電流流過定子繞組時(shí),由各相零序電流所產(chǎn)生的三個(gè)脈動(dòng)磁勢,其幅值相等,時(shí)間上同相,而三者在空間各相隔120°電角度,因此三相零序基波全成磁勢恰相至抵消,不形成氣隙互磁通,只存在一些漏磁場,數(shù)值一般很小。零電流所遇到的電抗為帶有漏抗性質(zhì)的零序電抗,用代表,較更小。
由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模很大,在正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載電流的嚴(yán)重不對稱是不常見的。具有實(shí)際意義的不對稱運(yùn)行情況為故障狀態(tài),如單相接地短路、福建漳州附近二相短路和二相接地短路等。
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