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風力發(fā)電機是集電氣、機械、空氣動力學(xué)等各學(xué)科于一體的綜合產(chǎn)品，各部分緊密聯(lián)，息息相關(guān)。風力機維護的好壞直接影響到發(fā)電量的多少和經(jīng)濟效益的高低；風力機本身性能的好壞，也要通過維護檢修來保持，維護工作及時有效可以發(fā)現(xiàn)故障隱患，減少故障的發(fā)生，提高風機效率。

基本信息

作發(fā)電機運行的同步電機。是一種較常用的交流發(fā)電機。在現(xiàn)代電力工業(yè)中，它廣泛用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電以及柴油機發(fā)電。由于同步發(fā)電機一般采用直流勵磁，當其單機獨立運行時，通過調(diào)節(jié)勵磁電流，能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓。若并入電網(wǎng)運行，因電壓由電網(wǎng)決定，不能改變，此時調(diào)節(jié)勵磁電流的結(jié)果是調(diào)節(jié)了電機的功率因數(shù)和無功功率。

同步發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與同步電機相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步發(fā)電機中電樞繞組采用單相。

工作特性

表征同步發(fā)電機性能的主要是空載特性和負載運行特性。這些特性是用戶選用發(fā)電機的重要依據(jù)。

空載特性

發(fā)電機不接負載時，電樞電流為零，稱為空載運行。此時電機定子的三相繞組只有勵磁電流If感生出的空載電動勢E0（三相對稱），其大小隨If的增大而增加。但是，由于電機磁路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以兩者不成正比（圖1）。反映空載電動勢E0與勵磁電流If關(guān)系的曲線稱為同步發(fā)電機的空載特性。

電樞反應(yīng)

當發(fā)電機接上對稱負載后，電樞繞組中的三相電流會產(chǎn)生另一個旋轉(zhuǎn)磁場，稱電樞反應(yīng)磁場。其轉(zhuǎn)速正好與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)。

同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)磁場與轉(zhuǎn)子勵磁磁場均可近似地認為都按正弦規(guī)律分布。它們之間的空間相位差取決于空載電動勢E0與電樞電流I之間的時間相位差。電樞反應(yīng)磁場還與負載情況有關(guān)。當發(fā)電機的負載為電感性時，電樞反應(yīng)磁場起去磁作用，會導(dǎo)致發(fā)電機的電壓降低；當負載呈電容性時，電樞反應(yīng)磁場起助磁作用，會使發(fā)電機的輸出電壓升高。

負載運行特性

主要指外特性和調(diào)整特性。外特性是當轉(zhuǎn)速為額定值、勵磁電流和負載功率因數(shù)為常數(shù)時，發(fā)電機端電壓U與負載電流I之間的關(guān)系，如圖2所示。調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負載功率因數(shù)為常數(shù)時，勵磁電流If與負載電流I之間的關(guān)系，如圖3所示。圖2中還顯示出電阻性、電容性和電感性3種負載的情況。由于電樞反應(yīng)磁場影響的不同，三者的曲線也不一樣。在外特性中，從空載到額定負載時電壓的變化程度稱為電壓變化率△U，常用百分數(shù)表示為

同步發(fā)電機的電壓變化率約為20～40%。一般工業(yè)和家用負載都要求電壓保持基本不變。為此，隨著負載電流的增大，必須相應(yīng)地調(diào)整勵磁電流。圖3所示為 3種不質(zhì)負載下的調(diào)整特性。雖然調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純電阻性負載，它是上升的，而在容性負載下，一般是下降的。

高速同步發(fā)電機

因大多數(shù)發(fā)電機與原動機同軸聯(lián)動，火電廠都用高速汽輪機作原動機，所以汽輪發(fā)電機通常用高轉(zhuǎn)速的2極電機，其轉(zhuǎn)速達3000轉(zhuǎn)/分（在電網(wǎng)頻率為60赫時，為3600轉(zhuǎn)/分）。核電站多用4極電機，轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分（當電網(wǎng)頻率為60赫時，為1800轉(zhuǎn)/分）。為適應(yīng)高速、高功率要求，高速同步發(fā)電機在結(jié)構(gòu)上一是采用隱極式轉(zhuǎn)子，二是設(shè)置專門的冷卻系統(tǒng)。

①隱極式轉(zhuǎn)子：外表呈圓柱形，在圓柱表面開槽以安放直流勵磁繞組，并用金屬槽楔固緊，使電機具有均勻的氣隙。由于高速旋轉(zhuǎn)時巨大的離心力，要求轉(zhuǎn)子有很高的機械強度。隱極式轉(zhuǎn)子一般由高強度合金鋼整塊鍛成，槽形一般為開口形，以便安裝勵磁繞組。在每一個極距內(nèi)約有1/3部分不開槽，形成大齒；其余部分的齒較窄，稱做小齒。大齒中心即為轉(zhuǎn)子磁極的中心。有時大齒也開一些較小的通風槽，但不嵌放繞組；有時還在嵌線槽底部銑出窄而淺的小槽作為通風槽。隱極式轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子本體軸向兩端還裝有金屬的護環(huán)和中心環(huán)。護環(huán)是由高強度合金制成的厚壁圓筒，用以保護勵磁繞組端部不至被巨大的離心力甩出；中心環(huán)用以防止繞組端部的軸向移動，并支撐護環(huán)。此外，為了把勵磁電流通入勵磁繞組，在電機軸上還裝有集電環(huán)和電刷。

②冷卻系統(tǒng)：由于電機中能量損耗和電機的體積成正比，它的量級與電機線度量級的三次方成比例，而電機散熱面的量級只是電機線度量級的二次方。因此，當電機尺寸增大時（受材料限制，增大電機容量就得加大其尺寸），電機每單位表面上需要散發(fā)的熱量就會增加，電機的溫升將會提高。在高速汽輪發(fā)電機中，離心力將使轉(zhuǎn)子表面和轉(zhuǎn)子中心孔表面產(chǎn)生巨大的切向應(yīng)力，轉(zhuǎn)子直徑越大，這種應(yīng)力也越大。因此，在鍛件材料允許的應(yīng)力極限范圍內(nèi)，2極汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子本體直徑不能超過1250毫米。大型汽輪發(fā)電機要增大單機容量，只有靠增加轉(zhuǎn)子本體的長度（即用細長的轉(zhuǎn)子）和提高電磁負荷來解決。目前，轉(zhuǎn)子長度可達8米，已接近極限。要繼續(xù)提高單機容量，只能是提高電機的電磁負荷。這使大型汽輪發(fā)電機的發(fā)熱和冷卻問題變得特別突出。為此，已研制出多種冷卻系統(tǒng)。對于50000千瓦以下的汽輪發(fā)電機，多采用閉路空氣冷卻系統(tǒng)，用電機內(nèi)的風扇吹拂發(fā)熱部件降溫。對于容量為5～60萬千瓦的發(fā)電機，廣泛使用氫冷。氫氣（純度99%）的散熱性能比空氣好，用它來取代空氣不僅散熱效果好，而且可使電機的通風摩擦損耗大為降低，從而能顯著提高發(fā)電機的效率。但是，采用氫冷必須有防爆和防漏措施，這使電機結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，也增加了電極材料的消耗和成本。此外，還可采用液體介質(zhì)冷卻，例如水的相對冷卻能力為空氣的50倍，帶走同樣的熱量，所需水的流量比空氣小得多。因此，在線圈里采用一部分空心導(dǎo)線，導(dǎo)線中通水冷卻，就可以大大降低電機溫升，延緩絕緣老化，增長電機壽命。1956年，英國*臺12000千瓦定子線圈水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機。1958年，中國由浙江大學(xué)、上海電機廠首先研制成*臺定、轉(zhuǎn)子線圈都采用水內(nèi)冷的 12000千瓦雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機，為這種冷卻方式奠定了基礎(chǔ)。世界一些國家在大容量電機中也廣泛采用水內(nèi)冷技術(shù)，并制造出了幾十萬到一百多萬千瓦的巨型發(fā)電機。除了水冷外，液體冷卻介質(zhì)還可使用變壓器油，其相對導(dǎo)熱能力約為水的40%，絕緣性能好，可將發(fā)電機額定電壓提高到幾萬伏，從而節(jié)約了升壓變壓器的投資。近年來，還在研究用氟利昂作為冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)冷卻技術(shù)。氟利昂絕緣好，很容易氣化，利用其氣化潛熱來冷卻電機，是一種有意義的探索方向。

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德國威斯托WISTRO C35 IL-2-2變槳電機風扇

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