發(fā)電機變壓器原理

發(fā)電機變壓器原理第1頁/共29頁交流發(fā)電機原理第2頁/共29頁旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電機原理模型在剛才那個模型中磁場是不動的，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。在實際發(fā)電機中產(chǎn)生感應(yīng)電勢的線圈是不運動的，運動的是磁場。產(chǎn)生磁場的是一個可旋轉(zhuǎn)的磁鐵，也就是轉(zhuǎn)子，線圈在磁鐵外圍，與磁鐵轉(zhuǎn)軸同一平面。當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于空氣的磁導(dǎo)率太低，在旋轉(zhuǎn)磁鐵的外圍安上環(huán)型鐵芯，也就是定子，可大大加強磁鐵的磁感應(yīng)強度。在定子鐵芯的內(nèi)圓有一對槽，線圈嵌裝在槽內(nèi)。為了看清線圈電流與轉(zhuǎn)子的運動關(guān)系，把定子變成半透明的。當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時，線圈切割磁力線感生交流電流。第3頁/共29頁旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電機原理模型第4頁/共29頁旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電機原理模型真正發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是電磁鐵，轉(zhuǎn)子上繞有勵磁線圈，通過滑環(huán)向勵磁線圈供電來產(chǎn)生磁場。把定子與線圈安在轉(zhuǎn)子外圍，一個單相交流發(fā)電機原理模型就組成了。轉(zhuǎn)子作勻速旋轉(zhuǎn)時，線圈就感生交流電流，畫面中綠色小球運動的方向表示感應(yīng)電流的方向、運動的速度表示感應(yīng)電流的大小。第5頁/共29頁三相交流發(fā)電機原理模型實際應(yīng)用的都是三相交流發(fā)電機，其定子鐵芯的內(nèi)圓均勻分布著6個槽，嵌裝著三個相互間隔120度的同樣線圈，分別稱之為A相線圈、B相線圈、C相線圈。裝上轉(zhuǎn)子就組成了一臺三相交流發(fā)電機原理模型。第6頁/共29頁三相交流發(fā)電機原理模型畫面中的三相交流發(fā)電機采用星形接法，三個線圈的公共點引出線是中性線，每個線圈的引出線是相線。當(dāng)轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)時三個線圈順序切割磁力線，都會感生交流電動勢，其幅度與頻率相同。由于三個線圈相互間隔120度，它們感應(yīng)電勢的相位也相差120度。在畫面上有每根相線的輸出電勢波形。第7頁/共29頁汽輪發(fā)電機的構(gòu)造汽輪發(fā)電機是由蒸汽輪機或燃氣輪機推動的發(fā)電機。發(fā)電機主要由轉(zhuǎn)子與定子組成，由于汽輪機的轉(zhuǎn)速很高，故汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是兩極的，額定轉(zhuǎn)速每分鐘3000轉(zhuǎn)，輸出50赫茲的三相交流電。第8頁/共29頁汽輪發(fā)電機的構(gòu)造這是轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)造示意圖，在鐵芯圓周上開有一些槽，嵌有勵磁繞組，在圓周兩側(cè)各有一段槽距大的面稱為大齒，就是磁極（圖1所示）。勵磁繞組兩端通過集電環(huán)（滑環(huán)）接到勵磁電源，在轉(zhuǎn)子圓周兩側(cè)就形成北極與南極，旋轉(zhuǎn)時就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。由于轉(zhuǎn)子圓周上沒有凸出的磁極（不像原理模型中的轉(zhuǎn)子），稱之為隱極式轉(zhuǎn)子。第9頁/共29頁汽輪發(fā)電機的構(gòu)造圖2為嵌有勵磁繞組的轉(zhuǎn)子模型，為降低發(fā)電機的溫度，在轉(zhuǎn)子兩端還裝有風(fēng)扇。第10頁/共29頁汽輪發(fā)電機的構(gòu)造定子鐵芯由導(dǎo)磁良好的硅鋼片疊成，在鐵芯內(nèi)圓均勻分布著許多槽（圖3所示）。第11頁/共29頁汽輪發(fā)電機的構(gòu)造在槽內(nèi)嵌放定子的三相繞組。每相繞組由多個線圈組成，按一定規(guī)律對稱排列。為看清定子繞組的分布使定子鐵芯變半透明狀態(tài)（圖4所示）。第12頁/共29頁汽輪發(fā)電機的構(gòu)造轉(zhuǎn)子插在定子內(nèi)部，定子與轉(zhuǎn)子的相對位置如圖5所示。第13頁/共29頁汽輪發(fā)電機的構(gòu)造定子固定在發(fā)電機的機座（外殼）內(nèi)，轉(zhuǎn)子由機座兩端的軸承支撐，可在定子內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。集電環(huán)在機殼外側(cè)，和碳刷架一同裝在隔音罩內(nèi)。在發(fā)電機外殼下方有發(fā)電機出線盒，發(fā)出的三相交流電從這里引出（圖6所示）第14頁/共29頁變壓器基礎(chǔ)原理變壓器是利用電磁學(xué)的電磁感應(yīng)原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能的一種電器設(shè)備，它可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能。第15頁/共29頁變壓器基礎(chǔ)原理圖1是單相變壓器的原理模型，由鐵心與套在鐵心上的兩個繞組組成，鐵心由導(dǎo)磁性能好、磁滯損耗小的材料制成。與電源相連的線圈為一次繞組，與負載相連的線圈為二次繞組。U1為輸入一次繞組的電壓，N1為一次繞組的匝數(shù)，U2為二次繞組輸出的電壓，N2為二次繞組的匝數(shù)。第16頁/共29頁變壓器基礎(chǔ)原理當(dāng)這是一個理想變壓器時，在一次繞組輸入按正弦規(guī)律變化的交流電，根據(jù)變壓器的基本原理有：

U1/U2=N1/N2=kk=電壓比（匝數(shù)比）即輸出電壓U2=U1*N2/N1其輸入電壓，輸出電壓、鐵芯磁通的波形圖見圖2，圖中t表示波形移動方向。第17頁/共29頁變壓器基礎(chǔ)原理我們平常使用的都三相交流電，圖3是三相變壓器的原理模型，它由A相繞組、B相繞組、C相繞組與鐵芯組成。三對繞組完全相同，每對繞組包含一次繞組與二次繞組，其匝數(shù)比為k。三個一次繞組的相同端接在一起，三個二次繞組的相同端接在一起組成星形接法。第18頁/共29頁變壓器基礎(chǔ)原理當(dāng)這是一個理想變壓器時，在一次繞組輸入按正弦規(guī)律變化的三相交流電時，根據(jù)變壓器的基本原理有：U1A、U1B、U1C分別為三相的輸入電壓，U2A、U2B、U2C分別為三相的輸出電壓。U1A/U2A=U1B/U2B=U1C/U2C=k三相變壓器的輸入輸出電壓波形圖見右圖，圖中t表示波形移動方向。第19頁/共29頁電力變壓器的構(gòu)造這是一個三相電力變壓器的模型。從外觀看主要由變壓器的箱體、高壓絕緣套管、低壓絕緣套管、油枕、散熱管組成。第20頁/共29頁電力變壓器的構(gòu)造移去變壓器箱體可看到變壓器的鐵芯與繞組，鐵芯由硅鋼片疊成，硅鋼片導(dǎo)磁性能好、磁滯損耗小。在鐵芯上有A、B、C三相繞組，每相繞組又分為高壓繞組與低壓繞組，一般在內(nèi)層繞低壓繞組，外層繞高壓繞組。圖2左邊是高壓繞組引出線，右邊是低壓繞組引出線。第21頁/共29頁電力變壓器的構(gòu)造把鐵芯與繞組放入箱體，繞組引出線通過絕緣套管內(nèi)的導(dǎo)電桿連到箱體外，導(dǎo)電桿外面是瓷絕緣套管，通過它固定在箱體上，保證導(dǎo)電桿與箱體絕緣。為減小因灰塵與雨水引起的漏電，瓷絕緣套管外型為多級傘形。右邊是低壓絕緣套管，左邊是高壓絕緣套管，由于高壓端電壓很高，高壓絕緣套管比較長。第22頁/共29頁電力變壓器的構(gòu)造變壓器箱體（即油箱）里灌滿變壓器油，鐵芯與繞組浸在油里。變壓器油比空氣絕緣強度大，可加強各繞組間、繞組與鐵芯間的絕緣，同時流動的變壓器油也幫助繞組與鐵芯散熱。在油箱上部有油枕，有油管與油箱連通，變壓器油一直灌到油枕內(nèi)，可充分保證油箱內(nèi)灌滿變壓器油，防止空氣中的潮氣侵入。第23頁/共29頁電力變壓器的構(gòu)造油箱外排列著許多散熱管，運行中的鐵芯與繞組產(chǎn)生的熱能使油溫升高，溫度高的油密度較小上升進入散熱管，油在散熱管內(nèi)溫度降低密度增加，在管內(nèi)下降重新進入油箱，鐵芯與繞組的熱量通過油的自然循環(huán)散發(fā)出去。第24頁/共29頁電力變壓器的構(gòu)造一些大型變壓器為保證散熱，裝有專門的變壓器油冷卻器。冷卻器通過上下油管與油箱連接，油通過冷卻器內(nèi)密集的銅管簇，由風(fēng)扇的冷風(fēng)使其迅速降溫。油泵將冷卻的油再打入油箱內(nèi)，下圖是一臺容量為400MVA的特大型電力變壓器模型，其低壓端電壓為20kV，高壓端電壓為220kV。第25頁/共29頁發(fā)電機型號發(fā)電機為哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司制造的QFSN-350-2型三相、二極、隱極式轉(zhuǎn)子同步汽輪發(fā)電機，發(fā)電機出口電壓為20KV，由汽輪機直接驅(qū)動，其旋轉(zhuǎn)方向從汽輪機頭向發(fā)電機看為順時針。發(fā)電機采用“水氫氫”冷卻方式，即：定子繞組及其引線、出線采用水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷，定子鐵芯及端部采用氫氣表面冷卻。機座內(nèi)的氫氣由轉(zhuǎn)子兩端的漿式風(fēng)扇進行閉式循環(huán)。

密封系統(tǒng)采用雙流環(huán)式油密封。油密封裝置置于發(fā)電機兩端端蓋內(nèi)側(cè)，其作用是通過軸頸與密封瓦之間的油膜阻止氫氣外逸。雙流即密封瓦的氫側(cè)與空側(cè)各自是獨立的油路，平衡閥使兩路油壓維持均衡，嚴(yán)格控制了兩路油的互相串流，從而大大減小了空氣對機內(nèi)氫氣的污染，而不需要專門的真空凈油裝置，簡化了維護工作。集電環(huán)采用空氣冷卻，即：兩集電環(huán)間的同軸離心式風(fēng)扇對集電環(huán)及電刷進行通風(fēng)冷卻。第26頁/共29頁變壓器型號主變型號為SFP10-420000/220，三相雙繞組升壓變壓器，冷卻方式為強迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷，調(diào)壓方式為無激磁調(diào)壓。額定電壓為242±2×2.5%/20KV。接線組別為YN，d11。主變配有4＋1組冷卻裝置（包括一組備用），每組冷卻裝置配有3臺風(fēng)扇，1臺潛油泵。主變高壓側(cè)中性點可以直接接地或經(jīng)避雷器及放電間隙接地。起備變型號為SFFZ10-42000/220，三相分裂降壓變壓器，冷卻方式為自然油循環(huán)風(fēng)冷/自冷，調(diào)壓方式為有載調(diào)壓。額定電壓為230±8×1.25%/6.3-6.3/10.5KV。接線組別為YN，yn0-yn0，d11。起備變?nèi)齻?cè)均為Y形接線，為了防止電勢波形畸變，變壓器設(shè)置單獨的△平衡繞組，用于平衡三次諧波磁通。起備變有載調(diào)壓裝置設(shè)單獨的油室，其油室為密封的，配備獨立的油枕、瓦斯保護、壓力繼電器、壓力釋放裝置、空氣呼吸裝置。起備變高壓側(cè)中性點直接接地，低壓側(cè)中性點經(jīng)中值電阻接地。第27頁/共29頁變壓器型號高廠變型號為SFF10-42000/20，三相分裂降壓變壓器，冷卻方式為自然油循環(huán)，調(diào)壓方式為無激磁調(diào)壓。額定電壓為20±2×2.5%/6.3-6.3KV。接線組別為D，yn1-yn1。高廠變低壓側(cè)中性點經(jīng)中值電阻接地。低壓變采用SCB10系列三相樹脂澆注絕緣干式變壓器。由于干式變的線圈暴露在空氣中，絕對不能損壞線圈，否則可能導(dǎo)致線圈燒壞一類的嚴(yán)重事故。冷卻方式為風(fēng)冷/自冷，冷卻風(fēng)扇可以手動控制，也可以根據(jù)變壓器溫度自動控制。汽機變、化學(xué)變、脫硫變的容量為