發電機旋轉整流器的作用與故障維修
發布時間：2023-10-09 點擊：707
發電機旋轉整流器的作用與故障維修
旋轉整流器是與交流勵磁機同軸旋轉的裝置。其主要作用是將交流勵磁機電樞輸出的三相交流勵磁電流，通過整流器上的二極管轉換成直流電流，供給轉子繞組作為提供勵磁電流的電源。正是由于旋轉整流器的應用，才使得交流同步發電機擺脫了電刷的東縛，不再有頻繁維修更換零件的麻煩，也使得交流同步發電機的應用更加廣泛。
1、旋轉整流器
（1）作用
發電機主要由主定子、主轉子、勵磁機定子、勵磁機轉子、自動電壓調節器(avr)五大部件組成，主轉子、勵磁機定子是勵磁繞組，需要通入直流電以形成足夠強的磁場；主定子、勵磁機轉子是電樞繞組，需要通過切割磁力線來進行發電。但是勵磁機轉子發出的電是三相交流電，如何變成主轉子需要的直流電以形成磁場也是發電機的一個關鍵所在，這就要求在勵磁機轉子與主轉子中間增加一套整流裝置，將勵磁機轉子交流電流整流成主轉子需要的直流電流。
發電機整流裝置由一個體積較大的圓環形整流輪、一塊反向集電鋁板、三個反向二極管、一塊正向集電鋁板、三個正向二極管、一個壓敏電阻、六個銅接頭、六條連接勵磁機轉子、所有二極管的引線以及多個緊固定件等眾多零部件組成，并通過長螺栓等緊固件固定在預先壓入轉子主軸的勵磁機轉子鐵心上，六條勵磁機轉子引線分別接到整圓環形整流輪的六個接線柱上，兩條主轉子引線分別接到正向集電鋁板和反向集電鋁板的接線柱上，以達到對主轉子通電，產生主磁場的目的。
圖1 發電機旋轉整流器原理圖
（2）整流過程
整流器是利用硅二極管的單向導電性，將交流電轉換為直流電。
在硅整流發電機中，將六只硅二極管連接成三相橋式全波整流電路，如圖2所示，在圖2中三個正極管子d1、d3和d5的負極連接在一起，正極分別接在發電機的三相繞組的首端，另外三個負極管子d2、d4和d6的正極連接在一起，負極分別接在三相繞組的首端。根據導通原則，連接在一起的幾個二極管中，正極電位最高的二極管總是優先導通，即在某一時間內，只有正極電位最高或負極電位最低的管子才能導通。整流過程如3圖所示。
在t=0時，ua=0，uc為正值，ug為負值，d5、d4導通，其余4管截止。其電路為；電樞繞組ec-c→d5→"+"→r→“-”→d4→b→電樞繞組eb→電樞繞組ec。
在t1～t2時間內，ua最高，ug為最低，d1、d4導通，其余4管截止。其電路為：電樞繞組ea→a→d1→“+”→r→“-”→d4→b→電樞繞組eb→電樞繞組ea。
在t2～t3時間內，ua最高，uc最低，d1、d6導通，其余4管截止。其電路為：電樞繞組ea→a→d1→"+"→r→"-"→d6→c→電樞繞組ec-→電樞繞組ea。
在t3～t4時間內，up最高，uc最低，d3、d6導通，其余4管截止。
以此類推，循環反復，六只管子輪流導通，在負載r兩端得到較平穩的脈動直流電壓。
圖2 發電機三相橋式整流電路圖
圖3 發電機三相橋式整流電壓波形圖
2、故障現象
旋轉整流器通常是硅整流元件構成的整流電路，若電路中一個或幾個旋轉硅元件損壞，損壞后的硅元件將失去單向導電性（正反向都導通），造成電路處于短路狀態。一旦旋轉硅元件短路，當機組運行時，發電機無輸出電壓。若不及時發現和排除故障，就會導致交流勵磁機電樞繞組燒毀，發電機被迫停機。
圖4無刷發電機旋轉整流器結構圖
圖5 發電機旋轉整流器電路圖
3、故障原因
① 旋轉整流器硅整流二極管，因過壓或過流而損壞。
② 旋轉整流器的硅整流元件安裝時扭力矩過大，導致管殼變形，內部硅片損傷。
③ 負載功率因數過低，使勵磁電流長期超過硅整流元件額定電流而使其損壞。
圖6 無刷發電機旋轉整流器位置圖
3、處理方法
① 應按圖紙規定的電流等級配用旋轉硅元件。如果手邊無圖紙資料，可按主發電機勵磁電流值上靠到標準規格的硅元件。目前，國內生產的旋轉整流器常見規格有16a、25a、40a、70a和200a等幾種。
② 合理選擇旋轉硅元件的電壓等級，旋轉硅元件的反向峰值電壓urn應為10～15倍勵磁電壓uin。
③ 緊固旋轉硅元件螺母，其扭力矩應適當，用恒力矩扳手旋緊螺母。緊固旋轉硅元件螺母的扭力矩數值按表1所示的規定。
表1 緊固旋轉硅元件螺母的扭力矩
旋轉硅元件型號
zx16
zx25
zx40
zx70
zx200
額定電流/a
16
25
40
70
200
緊固力矩/（kgf·cm）
20
20
36
36
30
④ 采取過電壓保護措施。過電壓保護通常在旋轉整流器的直流側裝設壓敏電阻或阻容吸收回路。
●交流同步電機用的壓敏電阻一般為my31型氧化鋅壓敏電阻器，其使用規格的選取主要以標稱電壓（u1ma）值來選定。
標稱電壓的下限一般按下列式計算：
直流電路：u1ma≥(1.8~2)udc
交流電路：u1ma≥(2~2.5)uac
式中 udc——線路的直流電壓，v；
uac——線路的交流電壓有效值，v。
標稱電壓的上限由被保護設備的耐壓來決定，應使壓敏電阻器在吸收過電壓時將殘壓抑制在設備的耐壓以下。
●阻容吸收回路的c、r值按下式計算：
式中 i02——交流勵磁機電樞相電流，a；
u02——交流勵磁機電樞線電壓，v；
kcd，krd——抑制電路計算系數，如表2所示。
表2 抑制電路計算系數kcd、krd的數值
整流電路連接形式
kcd
krd
單相橋式
120000
0.25
三相橋式
70000√3
0.13
三相半波
70000√3
0.13
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旋轉整流器是與交流勵磁機同軸旋轉的裝置。其主要作用是將交流勵磁機電樞輸出的三相交流勵磁電流，通過整流器上的二極管轉換成直流電流，供給轉子繞組作為提供勵磁電流的電源。正是由于旋轉整流器的應用，才使得交流同步發電機擺脫了電刷的東縛，不再有頻繁維修更換零件的麻煩，也使得交流同步發電機的應用更加廣泛。
1、旋轉整流器
（1）作用
發電機主要由主定子、主轉子、勵磁機定子、勵磁機轉子、自動電壓調節器(avr)五大部件組成，主轉子、勵磁機定子是勵磁繞組，需要通入直流電以形成足夠強的磁場；主定子、勵磁機轉子是電樞繞組，需要通過切割磁力線來進行發電。但是勵磁機轉子發出的電是三相交流電，如何變成主轉子需要的直流電以形成磁場也是發電機的一個關鍵所在，這就要求在勵磁機轉子與主轉子中間增加一套整流裝置，將勵磁機轉子交流電流整流成主轉子需要的直流電流。
發電機整流裝置由一個體積較大的圓環形整流輪、一塊反向集電鋁板、三個反向二極管、一塊正向集電鋁板、三個正向二極管、一個壓敏電阻、六個銅接頭、六條連接勵磁機轉子、所有二極管的引線以及多個緊固定件等眾多零部件組成，并通過長螺栓等緊固件固定在預先壓入轉子主軸的勵磁機轉子鐵心上，六條勵磁機轉子引線分別接到整圓環形整流輪的六個接線柱上，兩條主轉子引線分別接到正向集電鋁板和反向集電鋁板的接線柱上，以達到對主轉子通電，產生主磁場的目的。
圖1 發電機旋轉整流器原理圖
（2）整流過程
整流器是利用硅二極管的單向導電性，將交流電轉換為直流電。
在硅整流發電機中，將六只硅二極管連接成三相橋式全波整流電路，如圖2所示，在圖2中三個正極管子d1、d3和d5的負極連接在一起，正極分別接在發電機的三相繞組的首端，另外三個負極管子d2、d4和d6的正極連接在一起，負極分別接在三相繞組的首端。根據導通原則，連接在一起的幾個二極管中，正極電位最高的二極管總是優先導通，即在某一時間內，只有正極電位最高或負極電位最低的管子才能導通。整流過程如3圖所示。
在t=0時，ua=0，uc為正值，ug為負值，d5、d4導通，其余4管截止。其電路為；電樞繞組ec-c→d5→"+"→r→“-”→d4→b→電樞繞組eb→電樞繞組ec。
在t1～t2時間內，ua最高，ug為最低，d1、d4導通，其余4管截止。其電路為：電樞繞組ea→a→d1→“+”→r→“-”→d4→b→電樞繞組eb→電樞繞組ea。
在t2～t3時間內，ua最高，uc最低，d1、d6導通，其余4管截止。其電路為：電樞繞組ea→a→d1→"+"→r→"-"→d6→c→電樞繞組ec-→電樞繞組ea。
在t3～t4時間內，up最高，uc最低，d3、d6導通，其余4管截止。
以此類推，循環反復，六只管子輪流導通，在負載r兩端得到較平穩的脈動直流電壓。
圖2 發電機三相橋式整流電路圖
圖3 發電機三相橋式整流電壓波形圖
2、故障現象
旋轉整流器通常是硅整流元件構成的整流電路，若電路中一個或幾個旋轉硅元件損壞，損壞后的硅元件將失去單向導電性（正反向都導通），造成電路處于短路狀態。一旦旋轉硅元件短路，當機組運行時，發電機無輸出電壓。若不及時發現和排除故障，就會導致交流勵磁機電樞繞組燒毀，發電機被迫停機。
圖4無刷發電機旋轉整流器結構圖
圖5 發電機旋轉整流器電路圖
3、故障原因
① 旋轉整流器硅整流二極管，因過壓或過流而損壞。
② 旋轉整流器的硅整流元件安裝時扭力矩過大，導致管殼變形，內部硅片損傷。
③ 負載功率因數過低，使勵磁電流長期超過硅整流元件額定電流而使其損壞。
圖6 無刷發電機旋轉整流器位置圖
3、處理方法
① 應按圖紙規定的電流等級配用旋轉硅元件。如果手邊無圖紙資料，可按主發電機勵磁電流值上靠到標準規格的硅元件。目前，國內生產的旋轉整流器常見規格有16a、25a、40a、70a和200a等幾種。
② 合理選擇旋轉硅元件的電壓等級，旋轉硅元件的反向峰值電壓urn應為10～15倍勵磁電壓uin。
③ 緊固旋轉硅元件螺母，其扭力矩應適當，用恒力矩扳手旋緊螺母。緊固旋轉硅元件螺母的扭力矩數值按表1所示的規定。
表1 緊固旋轉硅元件螺母的扭力矩
旋轉硅元件型號
zx16
zx25
zx40
zx70
zx200
額定電流/a
16
25
40
70
200
緊固力矩/（kgf·cm）
20
20
36
36
30
④ 采取過電壓保護措施。過電壓保護通常在旋轉整流器的直流側裝設壓敏電阻或阻容吸收回路。
●交流同步電機用的壓敏電阻一般為my31型氧化鋅壓敏電阻器，其使用規格的選取主要以標稱電壓（u1ma）值來選定。
標稱電壓的下限一般按下列式計算：
直流電路：u1ma≥(1.8~2)udc
交流電路：u1ma≥(2~2.5)uac
式中 udc——線路的直流電壓，v；
uac——線路的交流電壓有效值，v。
標稱電壓的上限由被保護設備的耐壓來決定，應使壓敏電阻器在吸收過電壓時將殘壓抑制在設備的耐壓以下。
●阻容吸收回路的c、r值按下式計算：
式中 i02——交流勵磁機電樞相電流，a；
u02——交流勵磁機電樞線電壓，v；
kcd，krd——抑制電路計算系數，如表2所示。
表2 抑制電路計算系數kcd、krd的數值
整流電路連接形式
kcd
krd
單相橋式
120000
0.25
三相橋式
70000√3
0.13
三相半波
70000√3
0.13
柴油發電機組卸載停機的操作
柴油發電機組具有哪些典型特點？
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