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30个发电机的基础知识点1、什么是“同步”发电机？同步转速是如何确定的？答：发电机是发电厂的心脏设备，发电机按其驱动的动力大致可分为水轮发电机（水力）和汽轮发电机（蒸汽）。
本书所涉及的内容均是指同步发电机（限于立式水轮发电机）。
发电机在正常运行时，在发电机定转子气隙间有一个旋转的合成磁场，这个磁场由两个磁场合成：转子磁场和定子磁场。
所谓“同步”发电机，就是指发电机转子磁场的转速（原动机产生）与定子磁场的转速（电力系统频率决定）相等。
转子磁场由旋转的通有直流电的转子绕组（磁极）产生，转子磁场的转速也就是转子的转速，也即整个机组的转速。
转子由原动机驱动，转速由机组调速器进行调节，这个转速在发电机的铭牌上都有明确标示。
定子旋转磁场由通过三相对称电流的定子三相绕组（按120°对称布置）产生，其转速由式确定（式中：p为转子磁极对数；f为电力系统频率；n为机组转速）。
从式中可见，对某一具体的发电机，其磁极对数是固定不变的，而我国电力系统的频率也是固定的，即50Hz（也称工频），可见每一具体的发电机的定子旋转磁场的转速在发电机制造完成后就是“定值”。
当然，电力系统的频率并不能真正稳定在50Hz的理论值，而是允许在这个值的上下有微小的波动，也即定子磁场在运行中实际是在额定转速值的周围动态变化的。
转子磁场为了与定子磁场同步也要适应这个变化，也即机组的转速作动态的调整。
如果转速不能与定子磁场保持一致，则我们说该发电机“失步”了。
2、什么是发电机的飞轮力矩？它在电气上有什么意义？答：发电机飞轮力矩，是发电机转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积。
看起来它是一个与电气参数无关的量，其实不然，它对电力系统的暂态过程和动态稳定影响很大。
它直接影响到在各种工况下突然甩负荷时机组的速率上升及输水系统的压力上升，它首先应满足输水系统调节保证计算的要求。
当电力系统发生故障，机组负荷突变时，因调速机构的时滞，使机组转速升高，为限制转速，机组需一定量的飞轮力矩越大，机组转速变化率越小，电力系统的稳定性就越好。
发电机励磁基础知识讲座第一讲 发电机和三相交流电路一、同步发电机的基本原理：1．电磁感应定律：导线在磁场中运动切割磁力线，在导线两端产生感应电势。
线圈在磁场里运动，如通过线圈截面的磁力线（或磁通）发生变化，在线圈也会感应电势，其感应电势：dtd Ne φ= 式中：e ----线圈两端的感应电势；N ----线圈的匝数；φ---- 通过线圈的磁通。
从式中看到感应电势的大小与线圈的匝数成正比；与磁通的变化率成正比（也就是发电机的旋转速度成正比）2．一个矩形线圈在单（对）极磁场转动的感应电势：下图为一个矩形线圈在单极磁场转动时，在不同位置产生的电势，从图中看到：在当线圈转动到1和5位置时，线圈面的垂直方向与磁力线方向平行，因导线没有切割磁力线，线圈输出电压为零；当线圈逆时针转动到3和7位置时，线圈面的垂直方向与磁力线方向垂直，导线垂直切割磁力线，线圈输出电压达到最大值，输出电压的瞬时值按正弦规律：αsin Em e =式中：e ----线圈处在某一位置感应电势的瞬时值Em ----感应电势的最大值α----线圈面的垂直方向与磁力线方向的夹角α角称为电角度，它直接影响感应电压的大小和方向，如果我们把线圈从1位置逆时针旋转到5位置，这时段输出电压定义为正的话，线圈从5位置逆时针旋转到1位置这时段输出电压就为负了。
上面我们讨论是单极（一对磁极），线圈在磁场中旋转一圈360°为一周期，如果是二对磁极，线圈在磁场中旋转一圈360°就完成了二个周期了；换句话来说：如果线圈在单对极磁场里以每秒钟50圈的速度旋转，在线圈感应的电压交变频率50HZ，那么同样的线圈在二对极的磁场里旋转，如果还是需要输出交变频率50HZ 的话，线圈以每秒钟25圈的速度旋转就可以了。
pf n 60= n ---- 线圈每分钟旋转的圈数p ---- 磁极对数f ---- 电势输出频率这里可以看到：频率一定的前提下，在不同制造角度需要，如果允许有比较高的转速，磁极的对数可以造得很少（如汽轮发电机）；反之如发电机的转速提不高，磁极的对数就要比较多（如水轮发电机）发电机的体积也比较大。
风力发电机基础知识及电气控制1. 引言风力发电是一种常见的可再生能源的发电方式，利用风力驱动风力发电机转动发电机，将风能转换为电能。
本文将介绍风力发电机的基础知识及其电气控制系统。
2. 风力发电机的工作原理风力发电机的工作原理基于风能转换为机械能，然后通过发电机将机械能转换为电能。
其主要构成包括风轮、发电机、传动系统和控制系统。
2.1 风轮风轮是风力发电机的核心部件，其作用是捕捉和利用风能来驱动转子旋转。
风轮一般由数个风叶组成，风叶的形状和材料会影响风轮的效率和性能。
2.2 发电机发电机是将机械能转换为电能的设备。
在风力发电机中，常使用的发电机类型有直流发电机和交流发电机。
直流发电机一般用于小规模的风力发电机组，而交流发电机则广泛应用于大型风力发电场。
发电机的输出功率与风速、风轮的转速以及发电机的效率有关。
2.3 传动系统传动系统将风轮的转动力矩传递给发电机，使发电机能够进行电能的转换。
传动系统一般由减速器和轴承组成，减速器的作用是将风轮高速旋转转化为发电机所需的合适速度。
2.4 控制系统控制系统对风力发电机进行监测和控制，使其在不同的风速条件下都能够运行稳定，并提高其发电效率。
控制系统一般包括风速测量、风向测量、发电机输出功率控制等模块。
3. 风力发电机的电气控制系统风力发电机的电气控制系统主要负责监测和控制发电机的运行状态，以实现稳定的发电性能。
3.1 风速与风向测量风速和风向测量是风力发电机电气控制系统的基础。
通过安装风速测量装置和风向测量装置，可以实时监测风力的大小和方向，并将数据传输给控制系统进行处理和分析。
3.2 发电机输出功率控制发电机输出功率控制是保证风力发电机稳定运行的关键。
通过对发电机输出功率进行控制，可以使其在不同的风速条件下都能够保持合适的输出功率。
3.3 电网连接与逆变控制风力发电机一般需要将产生的电能输送到电网中，供用户使用。
因此，电气控制系统还需要实现电网连接和逆变控制功能，以确保发电机输出的电能能够与电网进行正常连接。
发电机重要基础知识点发电机是将机械能转化为电能的设备，广泛应用于发电、工业生产和家庭用电等领域。
在学习发电机的基础知识时，以下几个点是非常重要的：1. 电磁感应原理：发电机的核心原理是电磁感应。
当导体在磁场中运动时，它会产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化率与感应电动势成正比。
发电机通过转子上的磁场和定子上的导线相互作用，使得导线中产生电流。
2. 构造与工作原理：发电机通常由转子、定子和磁场等部分组成。
转子是一个绕在轴上的导体线圈，通常称为电枢。
定子是一组定位固定的导体线圈，也被称为感应线圈。
当转子旋转时，由于转子和定子之间产生电磁感应作用，导线中会产生电流。
这时，通常通过电刷和集电环将电流导出。
3. 类型和应用：根据不同的工作原理和结构，发电机可以分为直流发电机和交流发电机。
直流发电机通过永磁体和电刷与转子接触，产生直流输出电流。
交流发电机则通过转子上的励磁线圈产生交变磁场，从而产生交流输出电流。
发电机应用广泛，包括火力发电、水力发电、风力发电、家用发电等。
4. 效率和功率的计算：发电机的效率是指输出电功率与输入机械功率之比。
通常用百分比表示，理想情况下效率达到100%。
功率则是指单位时间内所做的功，以瓦特（W）为单位。
发电机的额定功率是指其能够持续输出的最大功率。
5. 维护与故障排除：发电机在使用过程中需要定期进行维护，包括清洁、润滑和紧固等。
常见的故障包括磁场故障、接线故障、绝缘故障等，需要通过检修和更换部件进行排除。
以上是发电机重要的基础知识点，掌握这些知识可以帮助我们更好地理解发电机的工作原理和应用，有助于我们在实际应用中进行维护和故障排除。
发电机基础知识-图文第一章基础知识1.同步发电机保护的基本知识电厂中的发电机都为同步电机，它把原动机的机械能转变为电能，通过输电线路等设备送往用户。
1.1同步发电机基本工作原理我们知道，导线切割磁力线能产生感应电势，将导线连成闭合回路，就有电流流过，同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的。
图1-1为同步发电机示意图。
导线放在空心圆筒形铁芯的槽里。
铁芯是固定不动的，称为定子。
磁力线由磁极产生。
磁极是转动的，称为转子。
定子和转子是构成发电机的最基本部分。
为了得到三相交流电，沿定子铁芯内圆，每相隔120o分别安放着三相绕组A-某、B-Y、C-Z。
转子上有励磁绕组（也称转子绕组）R-L。
通过电刷和滑环的滑动接触，将励磁系统产生的直流电引入转子励磁绕组，产生稳恒的磁场。
当转子被原动机带动旋转后，定子绕组（也称电枢绕组）不断地切割磁力线，就在其中感应出电势来。
感应电势的方向由右手定则确定。
由于导线有时切割N极，有时切割S极，因而感应的是交流电势。
交流电势的频率f，决定于电机的极对数p和转子转数n，即f=pnHZ60式中n的单位为转每分（r/min）转子不停地旋转，A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线，所以在三相绕组中电势的相位是不同的，依次差120o，相序为A、B、C。
当发电机带上负荷以后，三相定子绕组中的定子电流（电枢电流），将合成产生一个旋转磁场。
该磁场与转子以同速度、同方向旋转，这就叫“同步”。
同步电机也由此而得名。
它的特点是转速与频率间有着严格的关系，即n=60fp1.2同步发电机的分类同步发电机的种类按原动机不同来分，可分为：汽轮发电机——一般是卧式的，转子是隐极式的。
水轮发电机——一般是立式的，转子是凸极式的。
按冷却介质和冷却方式分：1-1空气冷却（空冷）——外冷（指冷却介质和导体隔着绝缘层的冷却）外冷同步发电机氢气冷却（氢冷）——内冷（冷却介质直接冷却导体）水冷却（水冷）——双水内冷上述的冷却介质和方式还可以有不同的组合，如水-氢-氢（定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，铁芯氢冷）；水-水-空（定子、转子水内冷，铁芯空冷）；水-水-氢（定子、转子绕组水内冷、铁芯氢冷）等。
第一章基础知识1.同步发电机保护的基本知识电厂中的发电机都为同步电机，它把原动机的机械能转变为电能，通过输电线路等设备送往用户。
1.1 同步发电机基本工作原理我们知道，导线切割磁力线能产生感应电势，将导线连成闭合回路，就有电流流过，同步发电机就是利用电磁感应原理将机械能转变为电能的。
图1-1为同步发电机示意图。
导线放在空心圆筒形铁芯的槽里。
铁芯是固定不动的，称为定子。
磁力线由磁极产生。
磁极是转动的，称为转子。
定子和转子是构成发电机的最基本部分。
为了得到三相交流电，沿定子铁芯内圆，每相隔120º分别安放着三相绕组A-X、B-Y、C-Z。
转子上有励磁绕组（也称转子绕组）R-L。
通过电刷和滑环的滑动接触，将励磁系统产生的直流电引入转子励磁绕组，产生稳恒的磁场。
当转子被原动机带动旋转后，定子绕组（也称电枢绕组）不断地切割磁力线，就在其中感应出电势来。
感应电势的方向由右手定则确定。
由于导线有时切割N极，有时切割S极，因而感应的是交流电势。
交流电势的频率f，决定于电机的极对数p和转子转数n，即pnf = ()Z H60式中n的单位为转每分（r/min）转子不停地旋转，A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线，所以在三相绕组中电势的相位是不同的，依次差120º，相序为A、B、C。
当发电机带上负荷以后，三相定子绕组中的定子电流（电枢电流），将合成产生一个旋转磁场。
该磁场与转子以同速度、同方向旋转，这就叫“同步”。
同步电机也由此而得名。
它的特点是转速与频率间有着严格的关系，即60fn =p1.2同步发电机的分类同步发电机的种类按原动机不同来分，可分为：汽轮发电机——一般是卧式的，转子是隐极式的。
水轮发电机——一般是立式的，转子是凸极式的。
按冷却介质和冷却方式分：空气冷却（空冷）——外冷（指冷却介质和导体隔着绝缘层的冷却）外冷同步发电机氢气冷却（氢冷）——内冷（冷却介质直接冷却导体）水冷却（水冷）——双水内冷上述的冷却介质和方式还可以有不同的组合，如水-氢-氢（定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，铁芯氢冷）；水-水-空（定子、转子水内冷，铁芯空冷）；水-水-氢（定子、转子绕组水内冷、铁芯氢冷）等。
1.3 铭牌电机上的铭牌是制造厂向使用单位介绍该台电机的特点和额定数据用的。
其所标的量，如容量、电流、电压等都是额定值。
所谓额定值，就是能保证电机正常连续运行的最大限值，即在此额定数据的情况下运行，发电机寿命可以达到预期的年限。
铭牌上标的主要项目有：(一) 额定电流额定电流是该台电机正常连续进行的最大工作电流。
(二) 额定电压额定电压是该台电机长期安全工作的最高电压。
发电机的额定电压指的是线电压。
(三) 额定容量额定容量是指该台电机长期安全运行的最大输出功率。
有的制造厂用有功功率的千瓦数，也有的是用视在功率的千伏安数表示。
(四) 额定功率因数cos同步发电机的额定功率因数是额定有功功率和额定视在功率的比值。
铭牌上一般标有功功率和cos 值，或标视在功率和cos 值。
上述额定电流、电压、容量、功率因数是相对应的，知道其中几个量，就可以求算出其余的量。
1.4 同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性，一般是指发电机的空载特性、短路特性、负载特性、外特性和调整特性等五种。
从运行的角度看，外特性和调整特性是主要的运行特性，根据这些特性，运行人员可以判断发电机的运行状态是否正常，以便及时调整，保证高质量安全发电。
空载特性、短路特性和负载特性则是检验发电机基本性能的特性，用于测量、计算发电机的各项基本参数。
1.4.1 空载特性发电机空载特性是指发电机以额定转速空载运行时其电势E0与励磁电流I1之间的关系曲线。
当发电机处于空载运行状态，其端电压U就等于电势E0，因此该曲线也就是空载时端电压与励磁电流的关系曲线。
电势决定于气隙磁通，空载时的气隙磁通决定于转子磁势，转子磁势又决定于励磁电流，所以这曲线表达了电机中“电”与“磁”的联系。
如图1-2所示空载特性曲线，E0=f（I1）。
做空载特性试验时，应维持发电机转速不变，逐渐增加励磁电流，直至端电压等于额定电压的130%时为止。
在增加励磁电流的过程中，读取励磁电流值及与其对应的端电压值，便可以得到空载特性的上升分支。
接着减小励磁电流，按上面方法读取数值，便得到下降分支，如图1-2（a）所示。
由于铁芯有磁滞现象，使上升分支与下降分支不重合。
实际应用的空载特性曲线是上升与下降两曲线的平均，如图中虚线所示。
一般将平均的曲线右移，使曲线通过坐标0点，如图1-2（b ）所示。
空载特性曲线实际上是一条具有电机这样一个特定磁路的磁化曲线，因此它有磁化曲线的特征。
它的开始部分接近于直线，E 0与I 1成直线关系，说明铁芯未饱和。
曲线的后一段弯曲，E 0与I 1不成直线关系，说明铁芯已经逐渐饱和，而且随着I 1的增大，饱和越来越严重。
在试验时，要注意当向某一方向（如I 1增大）调节励磁电流时，只许向同一方向逐渐调节，不要往返来回调，这是由于铁芯的磁化与其经历的磁化过程有关。
空载特性曲线是发电机的一条最基本的特性曲线。
可以用它来求发电机的电压变化率、未饱和的同步电抗值等参数。
在实际工作中，它还可以用来判断励磁绕组及定子铁芯有无故障等。
1.4.2 短路特性所谓短路特性，是指发电机在额定转速下，定子三相绕组短路时，定子稳态短路电流I 与励磁电流I 1的关系曲线，即I=f (I 1)。
如图1-3。
在做短路特性试验时，要先将发电机三相绕组的出线端短路。
然后，维持转速不变，增加励磁，读取励磁电流及相应的定子电流值，直到定子电流I达额定电流值时为止。
在试验过程中，调整励磁电流时也不要往返来回调。
短路试验测得的短路特性曲线，不但可以用来求取同步发电机的重要参数未饱和的同步电抗与短路比外，在电厂中，也常用它来判断励磁绕组有无匝间短路等故障。
显然，励磁绕组存在匝间短路时，因安匝数的减少，短路特性曲线是会降低的。
1.4.3 负载特性负载特性是当转速、静子电流为额定值，功率因数cos ϕ=常数时，发电机电压与励磁电流之间的关系，即U=曲f(I 1)。
如图1-4所示为不同功率因数时的负载特性曲线。
当cos ϕ值不同，我们即可得到不同负荷种类的负载特性曲线。
I I 1 0 图1-3 短路特性用负载特性与空载、短路特性，可以测定发电机的基本参数，是电机设计、制造的主要技术数据。
1.4.4 外特性发电机带上负荷以后，端电压就会有所变化，外特性就是反映这种变化规律的曲线。
所谓外特性，就是指励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下，变更负荷（定子电流I ）时端电压U 的变化曲线，即U=f(I)。
如图1-5所示为几个不同功率因数下的外特性曲线。
从图中可以看出，在滞后的功率因数（cos ϕ）情况下，当定子电流增加时，电压降落较大，这是由于此时电枢反应是去磁的。
在超前的功率因数cos （-ϕ）的情况下，定子电流增加时，电压反应升高，这是由于电枢反应是助磁的。
在cos ϕ=1时，电压降落较小。
外特性可以用来分析发电机运行中的电压波动情况，藉以提出对自动调节励磁装置调节范围的要求。
一般用电压变化率来描述电压波动的程度。
从发电机的空载到额定负载，端电压变化对额定电压的百分数，称电压变化率△U ，即△ U = UeUe E 0-×100% 式中0E 发电机空载电势或电压；Ue 额定电压。
汽轮发电机的△U=30 ~ 48%。
1.4.5 调整特性电压会随负荷的变化而变动，要维持端电压不变，必须在负荷变动时调整励磁电流。
所谓调整特性，就是指电压、转速、功率因数为常数的条件下，变更负荷（定子电流I ）时励磁电流I 1的变化曲线，即I 1的变化曲线，即I 1=f(I)，如图1-6所示。
从图1-6所示不同功率因数下的调整特性可以看出，在滞后的功率因数情况下，负荷增加，励磁电流也必须增加。
这是因为此时去磁作用加强，要维持气隙磁通，必须增加转子磁势。
在超前的功率因数下，负荷增加，励磁电流一般还要降低。
这是因为电枢反应有助磁作用的缘故。
调整特性可以使运行人员了解：在某一功率因数时，定子电流到多少而不使励磁电流超过制造厂的规定值，并能维持额定电压。
利用这些曲线，可使电力系统无功功率分配更合理一些。
1.4.6 同步发电机有功功率的输出当发电机空载时，定子绕组中的电流I=0，即电枢不会产生磁势。
此时发电机中，只有由转子主磁极的励磁磁势所建立的主磁场，如图1-7（a）所示。
这时发电机的端电压等于由主磁场产E，原动机输给发电机的功率P1只要克服空载损耗就行了。
生的空载电势0图1-7同步发电机转子磁场与气隙磁场之间的夹角（a）发电机空载时， =0；（b）发电机带负荷时， 角的大小与负荷大小和性质有关当发电机定子绕组端接上负荷时（假定负荷是纯电阻性的），定子绕组中就出现了电流I，发电机向负荷输出有功功率，于是发电机转子受到一个制动转矩的作用，这个制动转矩和空载转矩加起来，比原动机的拖动转矩要大，使得转子转动的速度变慢。
为了保持同步发电机以同步转速运转，就必须增加原动机的拖动转矩（增加汽轮机的进汽量），于是转子又要加速，直到原动机所供给的机械功率与发电机输出的电功率（还要加上发电机内部的损耗）重新达到平衡，发电机才重新以稳定的同步转速运转。
由于定子绕组中出现了电流，则在发电机定、转子和气隙中，由绕组电流产生的磁势F建立了第二个磁场电枢反应磁场。
我们称电枢反应磁场对主磁场的影响叫电枢反应。
如果负荷是纯电阻性的，气隙磁路是均匀的，那么电枢反应的结果是使发电机的气隙磁场发生向移，即气隙合成磁场对于主磁场来说，逆着转子旋转的方向偏转了一个 角度，如图1-7（b）所示。
如果继续使负荷增大，即发电机输出的有功功率增加，那么原动机的输入功率也必须增加。
但是负荷的增加就表示着定子绕组电流的增加，即电枢磁势要增加。
因此，电枢反应作用增强，使得发电机气隙磁场轴线与主磁极磁场轴线之间的夹角 继续增大。
如果发电机的负荷是纯电抗（纯电感或纯电容），那么发电机中就只有去磁或助磁电枢反应，其结果只是使发电机的磁场削弱或增强，而不会使磁场歪扭。
由于感性负荷的去磁性电枢反应，使得发电机向纯电感负荷送电时，发电机气隙磁场由于去磁作用而将被消弱，端电压就要降低；当负荷为容性时，电枢反应是助磁性质的，将使端电压升高。
一般情况下，负荷常常是电感性的，所以它即有使主磁场相当于电阻负荷的向移，又有相当于电感性负荷的去磁作用。
这样，发电机就向负荷既送出了有功功率，又送出了无功功率。
由此可见，在同步发电机中，气隙磁场轴线与主磁极磁场轴线之间的夹角 的大小，与同步发电机输出的有功功率大小有关。
当同步发电机输出的有功功率增大时，原动机输入的机械功率增大， 角也随着增大。
