发电机的部分知识

发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行.当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即进相运行.
同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少,发电机电势Eq亦相应降低.从P-功角关系看,在有功不变的情况下,功角必将相应增大,比值整步功亦相应降低,发电机静态稳定性下降.其稳定极限与发电机短路比,外接电抗,自动励磁调节器性能及其是否投运等有关.
进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大.特别是大型发电机线负荷高,正常运行时端部漏磁比较大,端部铁芯压指连接片温升高,进相运行时因为漏磁增大,温升加剧.进相运行时发电机端部电压降低,厂用电电压也相应降低,如果超出10%,将影响厂用电运行.
因此,同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度.即在供给一定有功状态下,吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定,各部件温升不超限,并能满足电压的要求.
发电机进相运行受哪些因素限制.
当系统供给的感性无功功率多于需要时,将引起系统电压升高,要求发电机少发无功甚至吸收无功,此时发电机可以由迟相运行转变为进相运行.
制约发电机进相运行的主要因素有:
(1) 系统稳定的限制
(2) 发电机定子端部件温度的限制
(3) 定子电流的限制
(4) 厂用电电压的限制
为什么汽轮发电机进相运行时,定子端部铁芯严重发热?
汽轮发电机运行时,定子绕组端部的漏磁场也是以同步转速对定子旋转的,其漏磁场的一部分是经过定子绕组端部空间,转子护环,气陷及定子端部铁芯构成磁路的,因此使定子端部铁芯平面上产生涡流而发热.此外,励磁绕组紧靠护环,因此它的漏磁场主要经护环闭合,当进相运行时,由于励磁电流减小励磁绕组端部漏磁场减弱,于是护环的饱和程度下降,减小了定子端部漏磁场所经过磁路的磁组,从而使定子端部漏磁场增大,铁笋加大,致使定子端部铁芯严重受热.
电路中负载可分为电阻式，电容式和电感式。

其中电容电感合称电抗，与电阻加一起就是阻抗。

这个阻抗值是个复数，因为电感性部分和电容性部分的阻抗值为虚数。

这一部分所消耗的功率为无功功率。

而发电机必然有线圈吧，那就是感性部分。

所以必然有做虚功。

功率因数就不是1了。

发电机如果是自励发电机，那么它所发出的电能就有部分作为自己励磁而消耗，它自己也是负载啊。

所以有功率因数也不奇怪
无功功率:也就是没有做功就损耗掉的功率(不管以什么方式,简单的说,你可以理解为不能转化为机械能的功,如电感里震荡消耗的功).
交流电在通过纯电阻的时候,电能都转成了热能,而在通过纯容性或者纯感性负载的时候,并不做功.也就是说没有消耗电能,即为无功功率.当然实际负载,不可能为纯容性负载或者纯感性负载,一般都是混合性负载,这样电流在通过它们的时候,就有部分电能不做功,就是无功功率,此时的功率因数小于1,为了提高电能的利用率,就要提高功率因数,容性负载就要用感性负载补偿,反之亦然
在电网的总负载中，即要求供给有功功率，又要求供给无功功率。

困为电网的主要动力负载是功率因数比较低的三相异步电动机，如果发电机发出的无功功率不能满足电网对无功功率的要求，就会引起整个电网的电压下降，这对负载是不利的。

调节发电机的励磁电流就可以调节发电机的无功功率。

当调节发电机的励磁电流时，输出的有功功率不能
改变。

而无功功率则可以调节。

在过励状态下，励磁电流愈大，发电机输出的感性无功功率愈大。

在欠励状态下，励磁电流愈小，发电机输出的容性无功功率就愈大。

最后关于因素的算法：
电机消耗两种功率，有功功率P，无功功率Q，两者的平方和等于视在功率S的平方。

功率因数是P与S的比值
发电机额定功率因数实际上是指当发电机同时在额定有功功率和额
定视在功率运行工况（一般在滞相方式）下运行时的功率因数值，同样的额定有功功率机组，如果其额定功率因数越低，则说明其运行时带无功的能力相对较强，机组额定电流也增加，从而使造价增加。

我厂发电机额定功率因数均为0.9，但在实际正常运行中却基本上高于此数值。

发电机运行中，从理论上讲，在同样的机端电压下，如果在同样的有功出力下，功率因数越高，那么所发的无功越少，发电机电势就越低，发电机的静态运行稳定水平下降。

但在目前系统网络的正常接线方式和发电机励磁系统正常运行情况下，功率因数允许高于额定值，直至在一定范围内的进相运行。

但当系统在某些检修方式下，出现稳定约束时，调度将会对发电机出力和功率因高限值作某些限制。

发电机运行中，如果要降低功率因数至额定值以下，则必须降低其有功出力，以使定子和转子电流不超限。

这种运行方式往往在当系统发生事故，无功缺额较为严重，要求我厂发电机减发有功增发无功时出现
调相是发电机只发出无功功率，吸收电网有功功率。

进相是发电机发出有功功率，吸收电网无功功率。

发电是发电机即发出有功功率，也发出无功功率。

在交流电路中，电压与电流之间的相位差（∮）角的余弦称为功率因数，用COS∮表示，在数值上等于有功功率和视在功率之比。

对于发电机功率因数是发电机的有功功率与视在功率的比值。

发电机正常运行的有关规定
发电机正常运行的有关规定 1.1.3.1发电机的额定运行方式。

发电机按照制造厂铭牌及技术规范规定参数下运行，此方式称为额定运行方式，发电机可以在这种方式长期连续运行。

发电机在额定参数下运行，最高允许监视温度应根据温升试验结果确定，现场没有做温升试验前，最高允许监视温度应低于制造厂的规定允许值。

1.1.3.2 发电机并网后，有、无功负荷接带的多少及增减幅度的调整必须按值长的命令进行。

1.1.3.3 发电机并网后，定子电流可带额定电流的50%，即5094.5A。

在增加至额定电流时的速度应均匀，且时间不小于1小时，定子和转子电流增加速度不应超过在正常运行方式下有功负荷的增长速度。

当机组或系统发生故障时，定、转子电流的增加速度不受限制。

发电机并网后，有功负荷增加的速度决定于汽轮机。

在增加负荷的过程中，应加强对发电机、定子铁芯等部件及发电机进、出口风温，进、出水温和滑环碳刷的监视和维护。

1.1.3.4发电机定子电压最高不高于额定值的10%(即22KV), 最低不低于额定值的10%(即18KV)。

1.1.3.5发电机正常运行频率在50±0.2HZ范围内波动。

1.1.3.6发电机正常运行时的额定功率因数为迟相的0.85，一般不应超过迟相的0.95。

发电机能在额定功率因数至功率因数0.95（迟相）时可以长期连续运行。

1.1.3.7发电机在正常运行时，定子三相电流应相等，不平衡电流不允许超过额定值的10%，且最大一相电流不大于额定值，此情况下允许长时间运行。

1.1.3.8发电机额定负荷下运行，其电压变动范围在额定电压的±5%内（即19～21KV），频率变动在-5%～+3%范围内（即47.5～51.5Hz），
电压的波动主要由无功负荷引起的，当无功出现缺额时，即感性负载过剩时，其对发电机产生去磁电枢反应，使气隙的磁场被削弱，端电压便降低。

这时需增加转子电流，即增加无功，以补偿去磁电枢反应部分。

反之，当无功过剩，端电压便升高，此时需减少转子电流，即减无功。

. 结构及工作原理
发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。

定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。

转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

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汽轮发电机
与汽轮机配套的发电机。

为了得到较高的效率，汽轮机一般做成高速的，通常为3000转／分（频率为50赫）或3600转／分（频率为60赫）。

核电站中汽轮机转速较低,但也在1500转/分以上。

高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子。

特别是在3000转／分以上的大容量高速机组，由于材料强度的关系，转子直径受到严格的限制，一般不能超过 1.2米。

而转子本体的长度又受到临界速度的限制。

当本体
长度达到直径的6倍以上时,转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度，运行中可能发生较大的振动。

所以大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严格的限制。

10万千瓦左右的空冷电机其转子尺寸已达到上述的极限尺寸,要再增大电机容量,只有靠增加电机的电磁负荷来实现。

为此必须加强电机的冷却。

所以5～10万千瓦以上的汽轮发电机都采用了冷却效果较好的氢冷或水冷技术。

70年代以来，汽轮发电机的最大容量已达到130～150万千瓦。

从1986年以来，在高临界温度超导电材料研究方面取得了重大突破。

超导技术可望在汽轮发电机中得到应用，这将在汽轮发电机发展史上产生一个新的飞跃。

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水轮发电机
由水轮机驱动的发电机。

由于水电站自然条件的不同，水轮发电机组的容量和转速的变化范围很大。

通常小型水轮发电机和冲击式水轮机驱动的高速水轮发电机多采用卧式结构，而大、中型代速发电机多采用立式结构(见图)。

由于水电站多数处在远离城市的地方，通常需要经过较长输电线路向负载供电，因此，电力系统对水轮发电机的运行稳定性提出了较高的要求：电机参数需要仔细选择；对转子的转动惯量要求较大。

所以，水轮发电机的外型与汽轮发电机不同，它的转子直径大而长度短。

水轮发电机组起动、并网所需时间较短,运行调度灵活,它除了一般发电以外，特别适宜于作为调峰机组和事故备用机组。

水轮发电机组的最大容量已达70万千瓦。

柴油发电机由内燃机驱动的发电机。

它起动迅速，操作方便。

但内燃机发电成本较高，所以柴油发电机组主要用作应急备用电源，或在流动电站和一些大电网还没有到达的地区使用。

柴油发电机转速通常在1000转/分以下,容量在几千瓦到几千千瓦之间，尤以200千瓦以下的机组应用较多。

它制造比较简单。

柴油机轴上输出的转矩呈周期性脉动，所以发电机是在剧烈振动的条件下工作。

因此,柴油发电机的结构部件,特别是转轴要有足够的强度和刚度，以防止这些部件因振动而断裂。

此外，为防止因转矩脉动而引起发电机旋转角速度不均匀，造成电压波动,引起灯光闪烁,柴油发电机的转子也要求有较大的转动惯量，而且应使轴系的固有扭振频率与柴油机的转矩脉动中任一交变分量的频率相差20％以上，以免发生共振，造成断轴事故。

柴油发电机组主要由柴油机、发电机和控制系统组成，柴油机和发电机有两种连接方式，一为柔性连接，即用连轴器把两部分对接起来，二为刚性连接，用高强度螺
栓将发电机钢性连接片和柴油机飞轮盘连接而成，目前使用刚性连接比较多一些，柴油机和发电机连接好后安装在公共底架上，然后配上各种传感器，如水温传感器，通过这些传感器，把柴油机的运行状态显示给操作员，而且有了这些传感器，就可以设定一个上限，当达到或超过这个限定值时控制系统会预先报警，这个时候如果操作员没有采取措施，控制系统会自动将机组停掉，柴油发电机组就是采取这种方式起自我保护作用的。

传感器起接收和反馈各种信息的作用，真正显示这些数据和执行保护功能的是机组本身的控制系统。

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风力发电机
是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。

广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。

风力发电利用的是自然能源。

相对柴油发电要好的多。

但是若应急来用的话，还是不如柴油发电机。

风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。

水利发电机是将水的动能和重力势能转换为机械功的动力机械。

我国的三峡就是很好的例子。

在发电这一块最好要数核能发电了，不过相对核能污染较大。

所以我国现在广泛还是用煤炭发电。

目前我国煤炭资源吃紧，煤炭价格一直在涨，这也是为什么现在会有电荒的出现的主要原因。

柴油发电机原理
柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转化为电能。

在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。

柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。

各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。

将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。

这里只描述发电机组最基本的工作原理。

要想得到可使用的、稳定的电力输出，还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。

柴油发电机组是一种小型发电设备，系指以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。

整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。

整体可以固定在基础上，定位使用，亦可装在拖车上，供移动使用。

柴油发电机组属非连续运行发电设备，若连续运行超过12h，其输出功率将低于额定功率约90%。

尽管柴油发电机组的功率较低，但由于其体积小、灵活、轻便、配套齐全，便于操作和维护，所以广泛应用于矿山、铁路、野外工地、道路交通维护、以及工厂、企业、医院等部门，作为备用电源或临时电源。

2. 结构及工作原理
发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。

定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。

转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

电动机
伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

直流发电机拥有一个电枢换向器或励磁绕组换向器
其换向器的原理，如同电动机上的类似，只不过多了一个滑环使其能够连续的换向.这种换向器我们可以在一些教学用的模型手摇发电机中看到.
直流发电机
直流发电机之所以能直接发出直流电(注意，这里讨论的是直接发出直流电的直流发电机，而非在交流发电机基础上整流获得直流电的，这种直流发电机现实中是很少应用的，因为他效率不高),是因为:
当转子作为电枢(发电绕组)的时候,由于磁场方向不变，转子转动,因此电流方向不断改变，但当安装了换向器之后，可以在转子转到临界位置的时候，瞬间的完成接线的颠倒，即当电流由零不断增到最大再到零点的时候，进行换向,保证电流不会是一个反方向的负值,既然电流没有负值,那么输出的将不会只交流电,只能是脉冲直流,当这个转速增到无限大的时候，脉冲直流就可以视为纯直流了。

当然这个换向器不一定要用电枢绕组换向,电枢可以安装在定子上，而转子是励磁绕组，励磁绕组由换向器不断换向提供一个一直相对电枢为固定的磁场,就可以使电枢输出直流.
而交流发电机事实上就是不换向,直接用集电滑环将电能引出或者引入励磁绕组等,直接输出.
因为磁场或者电枢的不断旋转,使得输出的电流呈现周期性的变化，而且通常都是正弦波的.
而现在大多数的发出直流电的发电机,比如汽车上的发电机，其原理是在交流发电机的基础之上，安装半导体硅整流桥,以及其他的辅助稳压和保护电路,滤波电路组成,从而输出稳定的直流电...
电动机的作用是将电能转换为机械能。

电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。

(一) 交流电动机及其控制
交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。

异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。

三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。

1. 三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机的构造也分为两部分：定子与转子。

（1）定子：
定子是电动机固定部分，作用是用来产生旋转磁场。

它主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。

（2）转子：
转子是重点掌握的部分，转子有两种，鼠笼式与绕线式。

掌握他们各自的特点与区别。

鼠笼式用于中小功
率（100k以下）的电动机，他的结构简单，工作可靠，使用维护方便。

绕线式可以改善启动性能和调节转速，定子与转子之间的气隙大小，会影响电动机的性能，一般气隙厚度为0.2-1.5mm之间。

掌握定子绕组的接线方法。

2. 三相异步电动机的工作原理
掌握公式n1=60f/P、S=(n1-n)/n1、n=(1-S)60f/P，同时明白它们的意义（很重要），要能够灵活运用这些公式，进行计算。

同时记住：通常电动机在额定负载下的转差率SN约为0.01-0.06。

书上的例题要重点掌握。

3. 三相异步电动机铭牌上的数据
（1）型号：掌握书上的例子。

（2）额定值：一般了解，掌握额定频率和额定转速，我国的频率为50赫兹。

（3）连接方法：有Y型和角型。

（4）绝缘等级和温升：掌握允许温升的定义。

（5）工作方式：一般了解。

4. 三相异步电动机的机械特性
掌握额定转矩、最大转矩与启动转矩的关系。

书上的公式要掌握并能灵活运用进行计算。

同时记住以下内容：
（1）在等速转动时，电动机的转矩必须和阻转矩相平衡。

（2）当负载转矩增大时，最初瞬间电动机的转矩T（3）一般三相异步电动机的过载系数是1.8-2.2 . （4）电动机刚启动时n=0,s=1.
5. 三相异步电动机的起动
（1）直接起动
启动时转差率为1，转子中感应电动势很大，转子电流也很大。

当电动机在额定电压下启动时，称为直接启动，直接启动的电流约为额定电流的5-7倍。

一般来说，额定功率为7.5kw以下的小容量异步电动机可直接起动。

直接起动控制线路所用电器包括组合开关、按钮、交流接触器中间继电器、热继电器及熔断器。

掌握它们各自的特点，同时掌握熔断器熔丝额定电流的计算。

直接起动控制电路：掌握其控制原理。

（2）鼠笼式异步电动机的降压起动。

掌握星型-角型起动和自耦变压器降压起动的工作原理
（3）绕线式三相异步电动机的起动
一般了解。

6. 三相异步电动机的正反转控制
一般了解
7. 三相异步电动机的调速
该部分较重要，要对公式理解。

改变电动机的转速有三种可能，即改变频率、改变绕组的磁极对数或改变转差率。

8. 同步电动机
（1）同步电动机的构造
要与异步电动机进行对比区分。

（客观题）
（2）同步电动机的工作原理
了解同步电动机的转速是恒定的，不随负载而变化。

同步电动机的转速是不能调节的。

1、直流电动机的工作原理
一般了解
2、直流电动机的构造
分为两部分：定子与转子。

记住定子与转子都是由那几部分构成的，注意：不要把换向极与换向器弄混淆了，记住他们两个的作用。

定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。

转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。

3、直流电动机的励磁方式
直流电动机的性能与它的励磁方式密切相关，通常直流电动机的励磁方式有4种：直流他励电动机、直流并励电动机、直流串励电动机和直流复励电动机。

掌握4种方式各自的特点：
直流他励电动机: 励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。

因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。

直流并励电动机: 并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过他的励磁电流较小。

直流串励电动机：励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。

为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。

直流复励电动机：电动机的磁通由两个绕组内的励磁电流产生。

4、直流电动机的技术数据
重点掌握额定效率与额定温升。

额定效率=输出功率/输入功率
额定温升指电动机的温度允许超过环境温度的最高允许值。

铭牌上的温升是指电动机绕组的最高温升。

5、并励直流电动机的机械特性
掌握书上的例题。

6、并励直流电动机的起动、反转及调速
（1）起动和反转一般了解即可。

（2）调速：并励电动机有三种调速方法：
改变磁通。

改变电压
改变转子绕组回路电阻。

掌握它们各自的优缺点。

2. 控制电机
控制电机是指在自动控制系统中用作检测、比较、放大和执行等作用的电机。

（1）直流伺服电动机
掌握永磁直流伺服电动机的分类及特点；普通型转子永磁直流伺服电动机与小惯量型转子直流伺服电动机的区别。

永磁直流伺服电动机的工作原理及性能
理解工作原理，对性能要掌握
（2）交流伺服电动机
交流伺服电动机的结构及其工作原理一般了解，重点掌握其性能。

（3）步进电动机
掌握步进电动机的优点和主要性能指标，其他一般了解即可。