故障檢查與技術維護

發電機失磁的原因及其影響、物理現象和電量變化

 

摘要：發電機失去直流勵磁稱為失磁。發電機失磁后，經過同步振蕩進入異步運行狀態，發電機在異步運行狀態下，以低滑差s與電網并列運行，從系統吸取無功功率建立磁場，并向系統輸入一定的有功功率，是一種特殊的運行方式。解決發電機失磁問題首選我們需要了解發電機工作原理和勵磁系統的作用，本文康明斯發電機廠家帶您了解失磁的相關知識。

 

一、同步發電機工作原理

 

      同步發電機是用于發電的一種設備，它是一種機械設備，通過發電機的運轉產生電能。它的工作原理是，機械能轉換成電能的一種裝置，它將機械能轉換成電能，以滿足客戶的電力需求。同步發電機的運行原理是，當外加電流作用于發電機繞組時，發電機內部磁路形成，產生發電機內部的偶極磁場，并且發電機內部的磁場與外界的電流磁場相互作用，形成發電機的轉子旋轉，從而產生發電。

      發電機的電力輸出是通過調節外加電流的頻率來實現的，外加電流的頻率可以控制發電機的轉速，從而控制發電機的輸出功率。當發電機的外加電流頻率較低時，發電機的轉速減慢，功率減小；當發電機的外加電流頻率較高時，發電機的轉速增加，功率增加。

      發電機的轉子與定子之間有一定的角位移，稱為同步角調和，這個角調和也是發電機的重要參數，它決定了發電機的輸出功率。當發電機轉子旋轉時，發電機轉子與定子之間的同步角會發生變化，發電機的輸出功率也會發生變化。

      同步發電機的特點是它的輸出功率可以根據需求進行調節，可以滿足客戶的不同需求。另外，同步發電機的發電效率高，可以有效地節約能源。

      其具體原理和結構分別如圖1、圖2所示，用柴油發動機拖動交流發電機轉子使其到達同步轉速n，后在勵磁繞組中通入直流電流建立恒定磁場，定子繞組切割磁感線產生感應電動勢E。其公式如下：

● 頻率

? =nρ/60

● 大小

E₀= 4.44?N₁K_w1∅₀

● 波形

由e=blν可知，波形取決于b的空間分布。

● 相序

      相序變換公式可以表示為：

正序分量：U1 = (Ua + Ubw + Ucw) / 3

負序分量：U2 = (Ua + Ubw^2 + Ucw^2) / 3

零序分量：U0 = (Ua + Ub + Uc) / 3

      其中，Ua、Ub和Uc分別表示A相、B相和C相電壓，w為虛數單位，滿足w^3 = 1。

      以上就是同步發電機的工作原理。它可以有效地將機械能轉換成電能，為客戶提供電力。它的特點是輸出功率可以根據需求進行調節，可以滿足客戶的不同需求，發電效率也非常高，可以有效地節約能源。

 

圖1  同步交流發電機原理圖

圖2  同步交流發電機結構分布圖

 

 

三、發電機失磁原因和解決辦法

 

1、失磁原因

       在柴油發電機組使用過程中，我們經常發現有刷電機出現失磁現象。引起發電機失磁的原因有轉子繞組故障、勵磁機故障、自動滅磁開關誤跳閘、半導體勵磁系統中某些元件損壞或回路發生故障依舊誤操作等。

（1）長期閑置不使用造成的。

（2）變頻器載波頻率若很低也會引起正弦波波形不良，導致ID電流負值變大，導致失磁。

（3）極端溫度波動：

       眾所周知，磁體具有磁性的原因在于鐵、鈷、鎳或鐵氧體等鐵磁類物質內部的電子自旋可以在小范圍內自發地排列起來，形成一個自發磁化區，可是高溫足以改變這種特殊的內部結構，從而導致磁性消失。那究竟多高的溫度會導致失磁現象的發生呢？

○ 居里溫度：超過此溫度，磁性將完全消失。

○ 最高工作溫度：超過此溫度，磁性可能會發生不可靠惡化。常用來衡量可靠性。

（4）儲存不當或者腐蝕

      大多數磁鐵都含有適量的鐵，鐵在氧氣和水的共同作用下會發生氧化腐蝕。有一些永磁體由于其含鐵量超過60%，這種情況下非常容易被腐蝕。腐蝕的發生改變了材料本身具有磁性的潛在化學結構（鐵→氧化鐵）從而導致磁性的損失。

（5）劇烈撞擊等外力導致的結構損壞

      尖銳物體間的劇烈撞擊，比如反復敲打磁鐵或磁鐵不慎掉落在堅硬的物體表面上，以上情況會迫使磁疇排列方式發生改變從而降低磁性。但是對于發電機而言，兩者都具有堅強的外殼保護，一般情況下很難受到外界撞擊，這個影響因素的概率可忽略不計。

2、解決方法

（1）用專用充磁器對發電機轉子充磁（此類方法一般適用于專業發電機廠或康明斯服務站），外形結構如圖3所示。

（2）簡易充磁裝置，接線如圖4所示。

      用12V/24V蓄電池對發電機轉子充磁，發電機應開啟至略低于額定轉速，首選從蓄電池引出兩條電線，然后去碰發電機轉子的勵磁接線端，正極連接正極，負極連接負極，在轉子兩個碳刷處觸碰20-30秒左右（觸碰時火花小表示接線方向正確），然后迅速斷掉蓄電池與碳刷之間的連接，啟動柴油發電機組即可。

（3）發電機在不并網的情況下開啟至額定轉速，載上一定量的負載(發電機功率越大，負荷也要越大)，這樣發電機就起勵建壓，無需人工充磁。

 

圖3  電容式充磁機

圖4  交流發電機充磁電路圖

 

 

四、失磁發電機的影響及現象變化

 

1、失磁對發電機的影響

（1）發電機失磁后大部分會出現無電壓電流輸出。

（2）會引起發電機失步，將在轉子的阻尼繞組、轉子表面、轉子繞組中產生差頻電流，若超出允許值，則將使轉子過熱。

（3）引起附加溫升并可能引起轉子局部高溫。

（4）產生嚴重過熱現象，危及轉子安全。

（5）同步交流發電機異步運動，在定子繞組中將出現脈動電流。

（6）產生交變的機械力矩，使機組發生振動，影響發電機的安全。

（7）從發電機組中吸收很大的無功功率以建立發電機的磁場。

（8）發電機組容量較小或無功儲備不足時，引起發電機組電壓下降。

（9）低勵磁或失磁運行時定子端部漏磁增加，將使端部鐵心過熱。

2、失磁后的物理現象

（1）失磁初始階段∶

       勵磁Uf減小，引起定子電動勢E₀、機端電壓U、定子電流I減小；滑差s和功角δ變化很小，機端輸出有功P 和無功Q下降。

（2）失去靜穩以前（δ<90°）∶

      從圖5可以看出，U持續下降；δ持續增大；Q迅速減小并導致無功功率反向；s緩慢增加；由于滑差電動勢補償了部分勵磁電壓的消失，且δ的持續增大，使有功P、I出現回升。又因發動機功率不能很快改變，致使轉子加速減慢，s、P、I又隨之減小，這樣P、I出現波動。實際上P在有功功率水平上做上下波動，平均功率基本不變。

       現行社會中由于技術和方便性上的要求逐漸提高，大部分柴油發電機組廠家會放棄使用這種低端的發電機配置，而去采用自勵磁無刷發電機來代替。在中國地區通常是在5-50KW以內的國產小品牌才會使用有刷發電機，主要因為其價格便宜，其次有刷電機針對電動機等瞬間電流過高的設備有抗過載能力。如果按照康明斯技術來說的話，盡量建議用戶不要采用此類有刷電機。因為現在的使用單位操作人員基本不了解有刷電機的性能，在碳刷磨損過多后無法進行自我維護，需要供應商來解決，此問題就造成很多供應商不愿意上門服務。究其原因，無非是一個碳刷才幾元錢但是人工費成本可能是幾百上千，客戶無法接收這樣的價格（碳刷一般不在保修范圍內），供應商干脆就建議用戶更換整臺發電機，以便有利可圖。

 

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