简答题1. 经硅整流元件输出的励磁方式是怎样构成的?
在交流励磁机经硅整流元件输出的励磁方式中,交流励磁机是一个小容量的同步发电机,与发电机同轴旋转。交流励磁机发出的三相交流电经硅整流管进行整流后,供给同步发电机励磁绕组励磁电流,又称为他励整流器励磁系统。它与静止晶闸管励磁系统的主要区别在于发电机的励磁绕组不是由晶闸管控制的。按整流器是静止还是旋转,以及交流励磁机是磁场旋转或电枢旋转的不同,又可分为磁场旋转式和电枢旋转式。
2. 电枢旋转式无刷励磁系统是怎样工作的?
电枢旋转式交流励磁机的三相交流绕组是绕在转子(电枢)上的,类似绕线型电动机的转子绕组,所以它是旋转的。由于整流用的硅整流元件也是安装在转轴上的,和交流励磁机电枢以及发电机的转子即主轴一同旋转,所以交流励磁机发出的三相交流电经整流后可直接连接到主发电机的转子励磁绕组供励磁电流,不但取消了直流励磁机系统中的换向器—电刷结构,而且取消了与同步发电机励磁绕组相连的集电环—电刷结构,这种励磁方式交流励磁机的励磁绕组是固定在定子上不动的,其接线如图9-13所示。
3. 磁场旋转式励磁系统是怎样工作的?
磁场旋转式交流励磁机的结构与普通发电机基本相同。定子上安装有交流三相绕组,励磁绕组安装在转子上旋转,所以是系统是磁场旋转式。这种励磁方式的主发电机的转子上有两个集电环,交流励磁机发出的三相交流电经安装在配电室的整流装置整流后接到发电机转子的电刷上,通过电刷向旋转的集电环传递励磁电流。
4. 发电机的自并励励磁系统是如何工作的?
由发电机端电压提供励磁电流的方式称为自并励励磁系统,其原理示意如图9-14所示。基本工作过程是:当发电机开始启动时,由专门的外部电源给发电机励磁,使发电机能升起电压,称为发电机的起励。当发电机有电压以后,由发电机机端的电压励磁,此时起励电源就退出。发电机电压的调节则由发电机机端的电压(低压小容量机组有的直接从机端引入)提供调节电源,通过励磁电压调节器控制可控整流装置提供给发电机转子绕组直流电流的大小来调整发电机端电压。
5. 发电机的自复励励磁系统是怎样工作的?
由同步发电机的电压和电流两者取得励磁功率的自励系统,称为自复励励磁系统。按励磁电流复合位置又有直流侧复合(叠加)方式和交流侧复合方式,如图9-15所示。中小容量柴油发电机主要采用交流侧并联复合不可控励磁系统。这种励磁系统能反映发电机的电压、电流及功率因数的变化。
自复励励磁系统工作过程是:当发电机开始启动时,由专门的外部电源给发电机励磁,使发电机能升起电压,称为发电机的起励。当发电机有电压以后,由发电机机端的电压和电流给发电机励磁,此时起励电源就退出。在发电机带负荷运行中,由发电机机端的电流(电流互感器)提供的励磁电流占全部励磁电流中的大部分,而发电机电压的凋节则由发电机机端的电压(经电压互感器)提供调节电源,通过调节整流装置提供给发电机转子绕组直流电流的大小,达到调整发电机端电压的目的。
交流侧叠加方式可分为交流侧并联叠加和交流侧串联叠加两种形式,其中交流侧并联叠加更为常见。这种励磁系统,其输出电压除与同步发电机的电压、电流有关外,还随同步发电机功率因数的变化而变化。也就是说,由于励磁信号在交流侧叠加,经过适当的相位配合还可以反映发电机电流与电压的相位(负载性质)。这种兼有反映电压、电流及电流与电压相位关系的励磁系统,又称为相复励励磁系统。
6. 怎样实现柴油发电机的谐波励磁?
谐波励磁是柴油发电机采用较多的励磁方式,图9-16为谐波励磁发电机电路原理。发电机定子上有两套绕组,一套为对外供给频率50Hz的三相交流电的主绕组;另一套为频率150Hz的三次谐波副绕组。三次谐波绕组有如图9-16(a)所示的单相式,也有如图9-16(b)所示的三相式。三次谐波绕组电动势经桥式整流变换为直流后,通过串联磁场电阻供给励磁绕组。
谐波励磁工作过程如下:和普通发电机一样,使用过的谐波励磁同步发电机总有一定的剩磁,其中含三次谐波磁场,当磁极旋转时,在谐波绕组中感应出一个比较小的谐波电动势,这个电动势经整流后在励磁绕组中产生励磁电流,加强了三次谐波磁场,于是在谐波绕组中感应电动势增多,推动励磁电流进一步增强主磁场。如此循环,不断加强主磁场,发电机电压随之上升。随着励磁电流的增大,磁路趋于饱和,于是发电机三次谐波电动势和励磁电流增长的速度变慢,而谐波绕组的内部阻抗压降不断增加。当上述两个过程平衡时,电压稳定不变。
7. 柴油发电机是怎样实现自励起压的?
有的柴油发电机所以能够自励起压,是由于发电机铁心磁滞现象,在转子磁极上存有剩磁。当柴油机启动,拖动发电机的转子转动后,发电机定子绕组切割磁力线将感生剩磁电压,此电压加在自励回路上,经整流器整流,就能在发电机励磁绕组中产生励磁电流,此电流产生的磁通与剩磁方向一致,加强了磁极的主磁场,在发电机定子绕组中感生电压,此电压通过自励回路在励磁绕组又产生电流,电流再感生电压,如此往复循环,构成正反馈,发电机的空载电压逐渐提高,最后达到稳定的发电机空载额定电压。
8. 柴油发电机实现自励起压的基本条件是什么?
自励同步发电机要达到正常自励起压应满足两个条件:
(1)铁心必须要有剩磁,励磁绕组要有足够大的剩磁电压Us,而且励磁电流产生的磁通应与剩磁方向一致。
(2)自励回路必须应有适当的回路阻抗,才能使励磁特性与空载特性配合适当,正好相交在正常空载额定电压处。
9. 发电机的相复励是怎样实现的?
发电机采用电流叠加实现相复励。发电机建立正常空载电压之后,若向负载供电,在感性负载下(大多数是感性负载),随着负载电流的增大,由于电枢反应的去磁作用和内部阻抗压降增大及负载的功率因数cosφ减小,发电机的端电压必然会降低,故必须采取恒压措施,保证其端电压稳定。同步发电机既然是负载电流的变化引起发电机端电压变化的,因而除采用发电机的端电压发电机励磁外,也可再增加上发电机的负载电流给发电机励磁,进行复式励磁来调整电压。
复式励磁的调压作用是借助于电流互感器组成的复励回路来实现的。当交流同步发电机的负载电流增加引起其端电压下降时,此时通过电流互感器的二次侧电流也增大,总励磁电流相应增加,从而提高发电机的电压,达到调压的目的。电流互感器反映的分量称为电流分量,端电压经过移相电抗器的自励回路的分量称为电压分量。由于同步发电机端电压变化的原因,除与负载的大小有关外,还与功率因数cosφ的大小有直接关系,因此,还需要能补偿因cosφ变化而引起的电压变化,也就是相位复式励磁。
10. 电抗移相式相复励励磁装置是怎样工作的?
电抗器移相电流叠加相复励自励恒压装置的工作过程见图9-17。它是一种不可控的相位复式励磁方式。主要零部件的作用如下:
(1)电流互感器TA。它反映发电机负载电流的大小和相位,进行相复励调压。由于它的一、二次侧均有抽头,因此,调整其匝数即可改变复励电流的大小。
(2)移相电抗器L。它是一只具有空气隙的三相铁心电抗器,各相线圈均有抽头,调整空气隙的大小或改变线圈匝数(即改变抽头),即可改变移相电抗器L电抗值的大小,以改变电流的大小。通过它将发电机电压产生的电流移相90°,称此电流为电压分量。
(3)三相桥式硅整流器U。通过它将交流侧的合成电流整流为直流励磁电流供励磁绕组励磁。
(4)直流侧过压保护元件R
D和C
D。通过直流侧过压保护元件R
D和C
D对直流侧过电压进行吸收,以保护三相桥式硅整流器U。
(5)充磁按钮SB。由它和蓄电池及限流电阻组成充磁电路。当同步发电机磁极剩磁消失或太弱时,按下此按钮即可对磁极进行充磁,使极性铁心剩磁恢复,以便自励起压。
11. 磁耦合电抗移相式相复励是怎样工作的?
磁耦合电抗移相式相复励属于自励恒压的励磁装置,其原理见图9-18。图中T为三绕组相复励变压器。由图9-18可知,它与图9-17所示的电抗器移相电流叠加相复励不同之处只在于电流分量和电压分量是在相复励变压器内叠加后由其绕组输出,经整流后给发电机励磁。
12. 电容移相式相复励励磁装置是怎样工作的?
发电机的电容移相式相复励励磁装置见图9-19。由图可知,它与图9-11所示的电抗器移相电流叠加相复励不同之处只在电压分量是由电容器移相的。
13. 可控相复励励磁装置是怎样工作的?
可控相复励励磁装置回路见图9-20。图中TA是可控变流器,L是移相电抗器,两者的电流相加后经三相桥式整流器整流为直流,输出给发电机的励磁绕组。自动电压校正器测量发电机的端电压,经其内部的线性元件和非线性元件综合后,电压校正器就具有了相复励调节功能,可根据发电机端电压和功率因数的情况调节励磁电流。电压校正器的输出控制的是可控变流器TA,可控变流器TA则根据电压校正器的控制改变其输出电流的大小,从而实现自动调节。如果发电机的剩磁不足以起励,可用外接直流电源通过按下按钮SB给发电机励磁绕组加电流。此装置与晶闸管装置的区别在于可控制的对象不是晶闸管而是可控变流器。自动电压校整器由测量变压器T1、频率补偿装置(电抗器L1和电容器、电阻器)、电流变压器T2、内反馈磁放大器AM、调差电阻R
1、反馈电阻R
2和三相、单相整流器等元件组成。
14. 柴油发电机组启动前应进行哪些检查?
柴油发电机组启动前应进行以下检查:
(1)检查机油的质量。检查机油中有无水分,机油无变质。
(2)检查柴油的存油量。油底壳内的机油量应该达到机油标尺的静满刻度线。
(3)排除低压油路内的空气。长期搁置未用的柴油发电机组,必须排除柴油机低压油路内部的空气。具体方法是:松开喷油泵的放气螺钉,再拧开输油泵上部的手压泵并进行重复性按压,直到从放气螺钉处排出的柴油中不再有空气为止。
(4)检查冷却水是否充足。
(5)检查启动系统和蓄电池的接线;检查发电机组控制柜内部接线;检查发电机电刷。
15. 柴油机的启动需要什么条件?
(1)柴油机在启动时,汽缸内要有充足的新鲜空气,燃料供给系统应工作正常,汽缸内部还必须有较高的温度。这时,喷油器以雾状将柴油喷入燃烧室后,下一级能够正常启动。但汽缸内部温度的升高必须经过活塞在汽缸内多次的压缩才能实现。
(2)启动装置的力矩决定于蓄电池的电压、容量和启动机的功率。若蓄电池的电压或容量达不到规定的技术要求,则柴油机就无法启动;若启动机的功率过小,同样不能使柴油机正常启动。
(3)柴油机启动时的阻力矩主要决定于机油的黏度、柴油机运转部件的摩擦阻力和汽缸内部的气体压缩力。所以,在不同的季节要选用不同牌号的机油。在冬季启动柴油机时,在个别情况下还要进行减压启动,以减小柴油机的启动阻力。
16. 改善柴油机启动条件的方法有哪些?
改善柴油机启动条件的方法较多,具体有以下3种:
(1)减压法。采用对柴油机进气门或排气门减压的方法来减小压缩比,从而减小启动阻力,对柴油机进行启动。
(2)预热法。对柴油机进行预热的方法一般有空气预热法、机油预热法和冷却水预热法等。
(3)人工盘车法。是用大号的一字螺钉旋具扳动柴油机飞轮齿圈。启动前一般要扳动飞轮齿圈2圈以上,主要目的是减小启动阻力。
17. 冬季启动柴油发电机组时应做哪些工作?
在冬季启动柴油机时,要做好以下工作:①保证供油良好;②确保蓄电池的容量和电压,因为柴油机的启动力矩是由蓄电池的容量和启动机本身的质量所决定的;③对柴油机进行人工盘车;④对进气门、排气门进行减压启动;⑤对冷却水进行加热,以保证柴油机处于热状态。
18. 为什么柴油发电机组启动后不允许快速供电?
柴油发电机组启动后,柴油机要有一个预热和润滑的过程,待此过程结束后方可正常供电。预热和润滑过程一般分为3种,每一种所需的时间不一样。其中低速预热和润滑一般需要5min;中速需要5~8min;高速需待水温、油温达到50℃后方可进行正常供电。柴油发电机组刚启动后,在预热和润滑过程中供电,容易导致柴油机拉缸、汽缸盖产生裂纹和机体产生裂纹等。
19. 怎样从指示表计判断柴油发电机组启动后是否正常?
(1)油压表指示正常范围是0.25~0.35MPa。6135G型柴油机的机油压力为0.30~0.40MPa。当柴油机的机油压力小于0.2MPa时,应进行停机检查。
(2)连续运行时,油温表的指示应在60~85℃之间。
(3)水温表的指示应在60~85℃之间。
(4)电压表的指示是否在规定的范围内,有无大的波动。频率表的指示是否为50Hz,其波动范围是否在用电设备允许的范围内。
(5)看励磁电流表的指示和绝缘指示是否在规定范围内。
20. 为什么在运行中要锁定供油手柄?
如果因长时间供电而造成供油手柄跳动或下滑,会导致柴油机转速不稳定而影响输出电流的频率。所以在机组加上负荷后,一定要在额定转速位置上锁定供油手柄。
21. 保证柴油发电机组正常运行有哪些要点?
(1)柴油发电机组绝不允许带负载启动。如果柴油发电机组带着负载启动,则很容易给燃烧室组件造成破坏,易出现裂纹、拉缸现象,对发电机来说,易造成励磁机损坏等。
(2)不同牌号的机油不允许混合使用。不同牌号机油的黏度指数不一样,运动黏度有区别,所含水分不一样,适用环境温度也有区别,所以不允许不同牌号的机油混合使用。
(3)不允许在柴油机重负荷运转过程中打开水箱压力盖。防止柴油发电机组水温过高产生的蒸汽伤人。
(4)柴油机低温启动后,转速的增加应尽可能缓慢。目的是确保柴油机的轴承得到充分的润滑,并使油压稳定。应在水温、油温达到60~70℃时再加负荷。如果快速地使柴油机的转速达到额定转速,则极易造成轴承及其他需要润滑的部件得不到充分的润滑。