实用电工技术问答3000题1

一、同步发电机的工作原理是什么？
同步发电机是根据电磁感应原理工作的。

它通过转子磁场和定子绕组
的相对运动，将机械能转变为电能。

电磁感应原理指出：当导体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中就会产生感应电动势。

感应电动势的方向由右手定则确定，感应电动势的大小与磁场强弱、导体切割磁力线部分的长度和切割速度均成正比。

现以图1说明二极发电机的工作原理。

图1中1为定子，在定子槽中嵌入导体。

3、4为一匝线圈的两个有效边。

2为转子，上面绕有线圈，通入直流电后产生磁场。

根据右手螺旋定则可判定磁场方向，即确定出N或S极。

当转子在外力带动下按图1所示方向以速度n旋转时，转子磁场和定子导体3、4就有了相对运动，即导体切割了磁力线，因此在导体3、4中便产生了感应电势，根据右手定则可判定感应电势的方向如图1所示。

由于转子磁极的位置使导体3、4以垂直方向切割磁力线，所以此时定子线圈中的感应电势最大。

当磁极转过90°后，磁极成水平位置，导体不切割磁力线，其感应电势为零。

转子再转90°，此时定子线圈3、4又以垂直方向切割磁力线，使感应电势达到最大值，但方向与前相反，当转子再转过90°，感应电势又变为零，这样，转子转动一周，定子线圈的感应电势也发生了正、负变化，如图2所示。

若转子连续匀速转动，在定子线圈上就感应出一个周期性不断变化的交流电势，这就是同步发电机的工作原理。

二、同步发电机感应电势的频率与哪些因素有关？同步是什么意思？
所谓频率就是交流电每秒钟变化的周数，用f表示，它是交流电的一个重要参数。

同步发电机一对磁极的转子磁场在空间旋转一周时，定子线圈的感应电势就交变一次，若转子有p对磁极，则转子旋转一周，定子线圈的感应电势就交变p次。

根据频率的定义可写出：f=pn/60
式中：n——发电机转子转速（转/分）；
p——磁极对数。

从上式可知，同步发电机感应电势的频率与发电机的转速以及转子磁极对数有一个确定的关系。

当发电机发出的交流电频率为50Hz时，若转子为一对磁极，则发电机的转速就是3000转/分；转子为两对磁极时，转速是1500转/分。

从电工学可知，三相交流电产生的磁场是一旋转磁场，其转速n1取决于电流频率f及旋转磁场的磁极对数p1，它们之间的关系为：n1=60f/p1
我们在布置同步发电机的定子绕组时，总是使它所产生的旋转磁场的磁极对数p1等于转子磁极对数p，所以在一定频率下，转子转速n必然等于定子旋转磁场的转速n1，即两者是同步的；换句话来说，当极对数一定时，转速和频率之间有着
严格不变的关系，这在电机术语中就称为“同步”。

三、同步发电机的分类如何？
同步发电机按其特点分类如下：
1、按原动机可分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机和燃气轮发电机。

汽轮发电机以燃料把水变为蒸汽推动汽轮机旋转再带动发电机发电。

水轮发电机是利用水流推动水轮机旋转再带动发电机发电。

柴油发电机是由柴油机带动发电机发电，而燃气轮机发电机则是利用燃料燃烧产生的高温气体推动燃气轮机来带动发电机发电。

目前，大中型发电厂大部分是采用汽轮发电机和水轮发电机，柴油发电机的功率一般较小，只用在某些特殊场合，而燃气轮机发电机由于技术较复杂，目前很少采用。

2、按冷却方式可分为外冷式发电机和内冷式发电机。

外冷式发电机的冷却介质不与铜导线直接接触，而内冷式发电机的冷却介质则直接与铜导线接触。

3、按冷却介质可分为空气冷却发电机、氢气冷却发电机、水冷却发电机以及油冷却发电机等。

4、按结构特点可分为凸极式和隐极式发电机。

四、汽轮发电机的型号含义是什么？
常见的国产汽轮发电机有以下几种型号：
QF、TQC、TQG等，为空冷发电机；
QFQ、TQQ等，为氢外冷发电机；
TQN为定子氢外冷、转子氢内冷发电机；
QFS、QFSS等，为水内冷及双水内冷发电机。

型号中，字母后面一般还有两个数字，前一个数字表示发电机容量，单位为兆瓦，后一个数字表示发电机的极数（注意：极数不等于极对数，一对极等于2个极），如TQN-100-2是容量为100兆瓦的二极定子氢外冷、转子氢内冷发电机。

五、同步发电机有哪些额定参数？
同步发电机的主要额定参数有：
1、额定功率Pe：指发电机在规定条件下运行时，连续输出的最大电功率，单位是千瓦或兆瓦。

国产同步发电机的功率系列为3000、6000、12000、25000、50000、100000、125000、200000、300000、600000千瓦等。

2、额定电压Ue：发电机在正常运行时定子绕组的标称电压，单位为伏或千伏，通常有6.
3、10.5、13.8、15.7千伏等。

某些大型发电机也有18、20千伏的。

3、额定电流Ie：发电机在额定条件下运行时，流过定子绕组的标称线电流，单位是安或千安。

4、额定转速ne：转子正常运行时的转速，单位是转/分。

目前生产的汽轮发电机均为3000转/分。

小型发电机也有1500转/分的。

5、额定频率fe：我国规定为50周/秒。

6、额定效率ηe：发电机在额定状态下运行的效率。

发电机的容量越大，效率越高。

一般在93—98%，某些大型机组可达到98%以上。

7、额定温升：运行中发电机有定子绕组和转子绕组允许比环境温度升高的度数。

我国规定环境温度以40℃计算。

8、额定功率因数cosφΦe：额定功率下，额上电压与额定电流之间相位差的余弦值。

一般中小型发电机的cosφΦe=0.8，大型发电机cosφΦ为0.85或0.9。

六、汽轮发电机的定子结构如何？
汽轮发电机的定子由铁芯、定子绕组、机座和端盖（包括通风冷却需要的风道和风室）等部件组成。

定子铁芯是构成发电机磁路的重要部分，一般用0.5mm厚的冷轧硅钢片迭成。

当定子铁芯外径小于1米时，可用整圆的硅钢片迭成；当外径大于1米时，是先将硅钢片冲成扇形，然后在迭装时拼成圆形。

为了在定子铁芯上嵌放定子绕组，需要在定子铁芯的圆周上开槽。

过去的老式发电机大都采用半开口槽（图1b）。

采用半开口的好处是可减少气隙磁通的脉动，但嵌线较麻烦。

现在的定子槽一般作成开口槽（图1a），以便保证绕组的绝缘质量和简化绕组下线工艺。

定子铁芯的硅钢片之间要用绝缘漆层绝缘，以减少铁芯涡流损耗。

定子绕组是同步发电机中进行能量转换和传递的主要部件。

大型电机多采用棒形绕组。

棒形绕组的每个单件称线棒。

由于定子绕组通过的电流较大，为了减少集肤效应所造成的附加损耗，一般线棒不采用大截面的整块铜条，而采用多根细铜条按一定的换位方式并联而成。

机座是支撑定子铁芯和绕组的部件，它不但承担发电机的重量，而且要承受正常运行和短路故障时的各种力矩作用，所以机座要有足够的强度和刚度，一般常用钢板焊接而成，并与外壳和护板构成仅和风室沟通的密封系统。

端盖的作用是保护定子绕组的端部，它用螺钉固定在机座上，端盖一般做成两半，中间用螺栓连接。

七、定子绕组有哪几种基本形式？
定子绕组按照匝数分，可分为单匝式和多匝式，即定子绕组的每一个线圈可以是一匝或多匝。

一般大中型发电机多采用单匝式绕组。

按线圈在定子槽中布置的方式，可分为单层绕组和双层绕组。

单层绕组在每一个定子槽中只有一个线圈边，而双层绕组在每一个定子槽中有两个线圈边。

除老式电机外，目前制造的发电机均采用双层绕组。

按定子绕组端部连接的形式，可分为同心式绕组（图1a）、迭绕组（图1b）和波绕组（图1c），同心式绕组由于端部长度大，增加了耗铜量，而且电磁性能不好，目前大中型电机已不采用。

迭绕组分为单迭绕组和双迭绕组，合成节距Yh=1称单迭绕组，Yh=2称双迭绕组。

一般汽轮发电机都采用单迭绕组。

波绕组由于能够减少极间连线，对于绕组截面较大、极数较多的发电机有着明显的优点，一般水轮发电机都采用双层波绕组。

另外，按线圈结构形式还可分为盘式线圈和篮式线圈。

八、定子三相绕组有几种接法？
定子每相绕组由若干线圈组成，这些线圈可以串联连接，构成单回路绕组。

也可以分成几路并联连接，组成多回路绕组。

三相绕组的连接法有两种，即星形接法和三角形接法。

星形接法是将三十相绕组的始端A、B、C和末端X、Y、Z都引到电机外面，并把始端A、B、C作为发电机的输出端，接至输出母线，而将末端接在一起，构成中性点，用字母“O”表示。

三角形接法是将一相绕组的末端与另一相绕组的始端依次相连，构成一个闭合回路，然后从每相绕组的始端引出三条端线，作为A、B、C三相的输出端。

一般发电机大都采用星形接法。

九、对线棒主绝缘有哪些要求？
棒形绕组的一个单边元件称线棒。

线棒主绝缘是指包在线棒外层的绝缘，主绝缘的材料过去一般均采用云母和云母制品，近年来已逐步被性能更好的有机绝缘材料和复合绝缘材料所代替。

线棒主绝缘在运行中承受温度较高，而且由于长期处于高压强电场的作用下，受到电磁振动较大。

再者，由于漏油和电晕的影响，主绝缘也会因此受到腐蚀损坏。

另外，线棒在制造和嵌放过程中，也会受到各种机械力的作用，使线棒容易磨损和移位。

由于上述原因，线棒主绝缘应具有电气强度高、机械强度大、化学性能稳定和耐热性能好的特点。

十、怎样防止线棒主绝缘的电晕现象？
线棒在运行当中产生电晕现象主要有三种：即线棒内部电晕、槽内电晕和槽外电晕。

线棒内部电晕的原因是，线棒在制作过程中，由于工艺不够严谨，致使线棒导线间出现气隙，这些气隙在强电场作用下将产生电晕。

槽内电晕发生在线棒与铁芯间。

槽外电晕产生于铁芯出槽口附近。

线棒的电晕现象对绝缘的危害很大。

线棒内部电晕会加速绝缘老化，槽内电晕会使线棒受到电腐蚀，使绝缘产生针孔，而槽外电晕则会使线棒龟裂。

为防止槽内电晕，可在线棒的槽部表面涂以电阻率为103—104欧.厘米的半导体涂料，同时槽内垫条也应采用半导体材料。

为防止槽外电晕，在线棒的出槽口外，将一段长度的线棒表面涂以半导体涂料，以降低线棒表面的电位，避免在槽口处电场过于集中，从而避免电晕产生。

十一、怎样决定线棒主绝缘的厚度？
线棒主绝缘的厚度主要由发电机定子的额定电压来决定。

额定电压越高，线棒主绝缘应越厚。

但是，由于主绝缘加厚会使定子槽内所容纳的导线截面减少，影响了槽满率，所以单纯加厚主绝缘以适应高电压的要求，并不是一种完善的办法。

另外，有些发电机（如氢外冷和空冷）的主绝缘加厚以后，会影响线棒的散热，影响了散热性能。

一般额定电压为６.３千伏的发电机，线棒主绝缘的厚度为２.５—３.０毫米，额定电压为１０.５千伏的发电机线棒主绝缘的厚度为４—４.５毫米。

十二、线棒在槽内怎样固定？
发电机在运行当中，线棒在定子槽内将受有多种电磁力的作用，这些电磁力将使线棒振动，绝缘磨损，从而降低了线棒的使用寿命，严重时会降低线棒的绝缘性
能，导致事故发生。

所以，线棒在槽内的坚固非常重要。

线棒在槽内的固定主要是用槽楔和垫条压紧，如图所示。

槽楔和垫条的材料为环氧酚醛层压玻璃布板。

固定方法：先将槽底垫上垫条６，同时在线棒的上下层３、５之间以及侧面垫上垫条４，在上层线棒３上面也要垫上适当厚度的垫条２，然后将槽楔１打进。