同步發電機結構和原理分析

一、 結構和原理

1、結構

同步發電機主要由定子、轉子和其他部件組成。定子部分包括定子鐵芯、定子繞組、機座；轉子部分包括轉子鐵芯、勵磁繞組和滑環（隱極式轉子還有套箍、心環，凸極式轉子有磁極、磁軛、轉子支架）；其他部件包括電刷裝置、端蓋、軸承和風扇等。

2、工作原理

同步發電機是根據電磁感應原理工作的，它通過轉子磁場和定子繞組的相對運動，將機械能轉變為電能。當轉子在外力帶動下，轉子磁場和定子導體作相對運動，即導體切割磁力線，因此在導體中產生感應電動勢，其方向可根據右手定則判定。由于轉子磁極的位置使導體以垂直方向切割磁力線，所以此時定子繞組中的感應電動勢最大。當磁極轉過90度后。磁極成水平位置，導體不切割磁力線，其感應電動勢為零。轉子再轉90度，定時定子繞組又以垂直方向切割磁力線，使感應電動勢達到最大值，但方向與前相反。當轉子再轉90度，感應電動勢又變為零。這樣轉子轉動一周，定子繞組的感應電動勢也發生正、負變化。如果轉子連續勻速旋轉，在定子繞組中就感應出一個周期性不斷變化的交變電動勢。

二、故障診斷與排除方法

1、 發電機過熱

（1）發電機沒有按規定的技術條件運行，如定子電壓過高，鐵損增大；負荷電流過大，定子繞組銅損增大；頻率過低，使冷卻風扇轉速變慢，影響發電機散熱；功率因數太低，使轉子勵磁電流增大，造成轉子發熱。應檢查監視儀表的指示是否正常。如不正常，要進行必要的調節和處理，使發電機按照規定的技術條件運行。

（2）發電機的三相負荷電流不平衡，過載的一相繞組會過熱；若三相電流之差超過額定電流的10%，即屬于嚴重蛄相電流不平衡，三相電流不平衡會產生負序磁場，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發熱。應調整三相負荷，使各相電流盡量保持平衡。

（3）風道被積塵堵塞，通風不良，造成發電機散熱困難。應清除風道積塵、油垢、使風道暢通無阻。

（4）進風溫度過高或進水溫度過高，冷卻器有堵塞現象。應降低進風或進水溫度清除冷卻器內的堵塞物。在故障未排除前，應限制發電機負荷，以降低發電機溫度。

（5）軸承加潤滑脂過多或過少，應按規定加潤滑脂，通常為軸承室的1/2~1/3（轉速低的取上限，轉速高的取下限），并以不超過軸承室的70%為宜。

（6）軸承磨損。若磨損不嚴重，使軸承局部過熱；若磨損嚴重，有可能使定子和轉子摩擦，造成定子和轉子避部過熱。應檢查軸承有無噪音，若發現定子和轉子摩擦，應立即停機進行檢修或更換軸承。

（7）定子鐵芯絕緣損壞，引起片間短路，造成鐵芯局部的渦流損失增加而發熱，嚴重時會使定子繞組損壞。應立即停機進行檢修。

（8）定子繞組的并聯導線斷裂，使其他導線的電流增大而發熱。應立即停機進行檢修。

2、發電機中性線對地有異常電壓

（1）正常情況下，由于高次諧波影響或制造工藝等原因造成各磁極下的氣隙不均、磁勢不等而出現的很低電壓，若電壓在一至數伏，不會有危險，不必處理。

（2）發電機繞組有短路或對地絕緣不良，使用電設備及發電機性能變壞，容易發熱，應及時檢修，以免事故擴大。

（3）空載時中性線對地無電壓，而有負荷時出現電壓，是由于三相不平衡引起的，應調整三相負荷使其基本平衡。

3、發電機過電流

（1）負荷過大，應減輕負荷。

（2）輸電線路發生相間短路或接地故障，應對線路進行檢修，故障排除后即可恢復正常。

4、發電機端電壓過高

（1）與電網并列的發電機電網電壓過高，應降低并列的發電機的電壓。

（2）勵磁裝置的故障引起過勵磁，應及時檢修勵磁裝置。

5、無功功率不足

由于勵磁裝置電壓源復勵補償不足，不能提供電樞反應所需的勵磁電流，使發電機端電壓低于電網電壓，送不出額定無功功率，應采取下列措施：

（1）在發電機與勵磁電抗器之間接入一臺三相調壓器，以提高發電機端電壓，使勵磁裝置的磁勢逐漸增大。

（2）改變勵磁裝置電壓磁通勢與發電機端電壓的相位，使合成總磁通勢增大，可在電抗器每相繞組兩端并聯數千歐、10W的電阻。

（3）減小變阻器的阻值，使發電機的勵磁電流增大。

6、定子繞組絕緣擊穿、短路

（1）定子繞組受潮。對于長期停用或經較長時間檢修的發電機、投入運行前應測量絕緣電阻，不合格者不準投入運行。受潮發電機要進行烘干處理。

（2）繞組本身缺陷或檢修工藝不當，造成繞組絕緣擊穿或機械損傷。應按規定的絕緣等級選擇絕緣材料，嵌裝繞組及浸漆干燥等要嚴格按工藝要求進行。

（3）繞組過熱。絕緣過熱后會使絕緣性能降低，有時在高溫下會很快造成絕緣擊穿。應加強日常的巡視檢查，防止發電機各部分發生過熱而損壞繞組絕緣。

（4）絕緣老化。一般發電機運行15~20年以上，其繞組絕緣老化，電氣性能變化，甚至使絕緣擊穿。要做好發電機的檢修及預防性試驗，若發現絕緣不合格，應及時更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組，以延長發電機的使用壽命。

（5）發電機內部進入金屬異物，在檢修發電機后切勿將金屬物件、零件或工具遺落到定子膛中；綁緊轉子的綁扎線、緊固端部零件，以不致發生由于離心力作用而松脫。

（6）過電壓擊穿：1）線路遭受雷擊，而防雷保護不完善。應完善防雷保護設施。2）誤操作，如在空載時，將發電機電壓升得過高。應嚴格按操作規程對發電機進行升壓，防止誤操作。3）發電機內部過電壓，包括操作過電壓、弧光接地過電壓和諧振過電壓等，應加強繞組絕緣預防性試驗，及時發現和消除定子繞組絕緣中存在的缺陷。

7、定子鐵芯松馳

由于制造裝配不當，鐵芯沒有緊固好。如果是整個鐵芯松馳，對于小型發電機，可用兩塊小于定子繞組端部內徑的鐵板，穿上雙頭螺栓，收緊鐵芯。待恢復原形后，再將鐵芯原來夾緊螺栓緊因。如果局部性鐵芯松弛，可先在松弛片間涂刷硅鋼片漆，再在松弛部分打入硬質絕緣材料即可。

8、鐵芯片間短路

（1）鐵芯疊片松弛，當發電機運轉時鐵芯產生振動而損壞絕緣；鐵芯片個別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過熱，使絕緣老化，就按原計劃條中的方法進行處理。

（2）鐵芯片邊緣有毛刺或檢修時受機械損傷。應用細銼刀除去毛刺，修整損傷處，清潔表面，再涂上一層硅鋼片漆。

（3）有焊錫或銅粒短接鐵芯，應刮除或鑿除金屬熔接焊點，處理好表面。

（4）繞組發生弧光短路，也可能造成鐵芯短路，應將燒損部分用鑿子清除后，處理好表面。

9、發電機失去剩磁，起動時不能發電

（1）停機后經常失去剩磁，是由于勵磁機磁極所用的材料接近軟鋼，剩磁較少。當停機后勵磁繞組沒有電流時磁場就消失，應備有蓄電池，在發電前先進行充磁。

（2）發電機的磁極失去磁性，應在繞組中通入比額定電流大的直流電流（時間很短）進行充磁，即能恢復足夠的剩磁。

10、自動勵磁裝置的勵磁電抗器溫度過高

（1）電抗器線圈局部短路，應檢修電抗器。

（2）電抗器磁路的氣隙過大，應調整磁路氣隙。

11、發電機起動后，電壓升不起來

（1）勵磁回路斷線，使電壓升不起來。應檢查勵磁回路有無斷線，接觸是否良好。

（2）剩磁消失，如果勵磁機電壓表無批示說明剩磁消失，應對勵磁機充磁。

（3）勵磁機的磁場線圈極性接反，應將它的正、負連接線對換。

（4）在發電機檢修中做某些試驗時誤把磁場線圈通以反向直流電，導致剩磁消失或反向，應重新進行充磁。

12、發電機的振蕩失步

正常情況下，發電機發出的功率是和負荷功率相平衡的。當系統發生短路故障或發電機大幅度甩負荷時，發電機的功率就與用戶的負荷不相平衡。要想調整負荷使其平衡，由于轉子慣性和調速器延時需要一個過程，在此期間，發電機的穩定運行將被破壞，使發電機產生振蕩。如果故事嚴重，甚至會使發電機與系統失去同步。發電機振蕩失步時，值班人員應通過增加勵磁電流來創造恢復同步的條件；也可適當

調整該機的負荷，以幫助恢復同步。

13、發電機振動

（1）轉子不圓或平衡未調整好，應嚴格制造和安裝質量或重新調整轉子的平衡。

（2）轉軸彎曲，可采用研磨法、加熱法及錘擊法等校正轉軸。

（3）聯軸節連接不正，應重新高速聯軸節配合螺栓的夾緊力，必要時聯軸節端面需重新加工。

（4）結構部件共振，可通過改變結構部件的支持方法來改變它固有的頻率。

（5）勵磁繞組層間短路，應檢修勵磁繞組，并進行絕緣處理。

（6）供油量或油壓不足，應加大噴嘴直徑升高油壓；加大供油口減小間隙。

（7）供油量過大或油壓過高，就減小噴嘴直徑，降低油壓，提高面積壓力，增大間隙。

（8）定子鐵芯裝配松動，應重新裝壓鐵芯。

（9）軸承密封過緊，使轉軸局部過熱、彎曲。應檢查和調整軸承密封，使其與軸有適當配合間隙。

（10）發電機通風系統不對稱，應注意定子鐵芯兩端擋風板及轉子支架擋風板結構布置和尺寸的選擇，使風路系統對稱，增強蓋板、擋風板的剛度并緊固牢靠。