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汽轮发电机 发电机是电力系统中的重要元件，也是发电厂三大主机之一。火力发电厂中通常采用汽轮发电机。如图1所示： 图1 汽轮发电机 现代汽轮发电机一般都是二极的，即有一对极对数，如图2所示： 图2 隐极式发电机 只有一对N,S极，称为隐极式发电机，这种发电机的转子做成圆柱状，气隙较为均匀。对于发电机的励磁结构可将发电机分为电枢式和旋转磁极式。其中电枢式发电机电枢装在定子上，为固定磁场。旋转磁极式即励磁加于转子上，这样，励磁容量电压会大大减少，所以为中大型发电机所采用。我厂的发电机旋转磁极隐极式汽轮发电机。 发电机定子 发电机定子一般由定子铁芯，定子绕组，压圈，机座，端盖等组成。如图3所示， 图3 发电机定子 发电机转子 发电机转子主要由转子铁芯，励磁绕组，大轴和集电环等部件构成。如图4所示： 图4 发电机转子 发电机励磁系统 发电机励磁系统是通过碳刷在电枢上通以直流电流，如图5和图6所示： 图5 发电机碳刷 图6 发电机励磁系统直流母线 由于电枢式固定于转子，故通电以后的励磁绕组随转子旋转，通电导体形成磁场，且位置相对于定子旋转，即为旋转磁场，故励磁系统在发电机发电过程中的作用为形成磁场。 发电机工作原理 当发电机空载运行时，（即励磁绕组输入励磁电流而定子绕组开路的情况），发电机被汽轮机拖动到同步转速，由于定子绕组开路，即定子电流为0。发电机内部的磁场仅由励磁绕组中的励磁电流If构成，If旋转产生磁动势，即建立磁场，转子经过气隙铰链到定子铁芯，产生的磁通即为发电机的主磁通Ø0，其磁密近似于成正弦分布，参与发电机的能量转换。另外，发电机内部除了主磁通之外，还有一部分磁通不与定子铰链，而是与转子自身铰链，这一部分磁通不参与发电机的能量转换，而是在发电机中形成谐波磁通分量，这部分磁通称为漏磁通Øfδ。 三相基波电动势为 其中，KN1为基波短距系数，与发电机结构特性相关。空载电势与励磁电流的关系为发电机的空载特性，如图7所示： 图7 发电机空载特性 当发电机接待负荷时，产生负载电流，即定子电流，定子电流流过定子绕组时产生另一个磁场，即定子磁场，这时会改变发电机内部的磁场组成。由空载时的Ø0和Øfδ，增加了定子感应磁通Øa，以及定子感应漏磁通Øδ。 图8 发电机等效电路图 此时电枢电压的平衡方程为：
发电机内部各参数之间的向量图如图9所示：
图9 发电机向量图 若不考虑电枢反应（即定子磁通与励磁磁通铰链），则发电机等效电路图如图10所示：
图10 不考虑电枢反应时发电机等效电路图 发电机内部各参数之间的向量图如图11所示：
图11 不考虑电枢反应时发电机向量图 对于大型发电机通常忽略定子绕组电阻压降，此时有励磁电动势与发电机出口电压关系为：
此时发电机的外特性（即发电机转速同步，励磁电流恒定，负载功率因数不变的工况）曲线为图12所示：
图12 发电机的外特性曲线 发电厂对于发电机调整则是基于外特性曲线进行求解的调整特性。 编辑 夏国祯 指导 孙华 审核 曾大军 来源:微信公众号，蚌电运行党支部 |
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