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斯坦福发电机的特征和励磁结构 |
摘要：斯坦福发电机属于无刷发电机范畴，500KW以上配备永磁电机（PGM），无此配置的机型可要求发电机厂家出厂前加装。其原理是励磁机在定子上的为励磁绕组提供励磁，其转子电枢绕组将发出交流电，经过整流后在转子向主发电机在转子的励磁绕组供电，从而使主发电机在定子的电枢绕组感应出所需的交流电来。康明斯公司在本文列举了斯坦福发电机的特点、励磁系统类型及其结构组成，并详细介绍了发电机的维护方法，包括发电机受潮后如何烘干的步骤。
一、斯坦福发电机的特点
斯坦福发电机是康明斯的子品牌，是无锡工厂完全按照康明斯发电机技术系统的设计及工艺标准来制造的一款交流发电机。产品设计、材料、生产、试验均由英方人员直接管理控制。体积小，重量轻，技术先进，性能可靠是斯坦福发电机的重要特性。由康明斯柴油机和斯坦福发电机成的发电机广泛的应用于各个行业。
（1）四极无刷自励式、防滴漏结构（IP22）。H绝缘，为发电机在恶劣环境中运行提供保障。
（2）定子是2/3节距绕制，能有效抑制输出电压的波形畸变，及减少磁发热。
（3）转子装配前经过动平衡，完善的阻尼绕组帮助减少非恒负荷下的电压偏差的热量。
（4）励磁机转子的输出功率通过三相全波桥式整流器输出给主动转子，该整流器由一浪涌抑制器保护，以免由诸如短路或并联时相位步而引起冲击造成损失。
（5）可选的辅助绕组励磁系统能提供承受短路电流的能力。
（6）先进的自动调压系统能够保证在恶劣条件下能进行可靠的运行作业。
（7）很容易与电网或其他发电机并联。标准的2/3节距绕组抑制了过多的中线电流。
（8）经动平衡的转子，具有密封的滚珠轴承，具有单支点和双支点结构。
（9）安装简单，维护保养方便，具有极易操作的接线柱、旋转二极管和联轴器螺栓。
（11）自动电压调节器（AVR）具有保护发动机的自动减荷特性。允许一次性向发电机施加全载，稳态电压调整率可实现±0.5%或±1%。
（12）根据用户使用需要，可配置永磁发电机（PMG），PMG通过AVR向励磁机提供功率、输出一个与发电机输出功率无关的恒的励磁功率，从而大大提高发电机的强励能力。 符合所有主导的陆用发电机标准。
二、励磁系统结构
斯坦福无刷三相交流同步发电机的励磁系统有以下几种结构形式。
1、自励系统（SHUNT)
励磁电源系取自发电机自身或发电机所在的电力系统。目前小功率机组大多数都是此方式，没有持续能力。
自励AVR控制的发电机，主机定子通过AS440（或SX421）AVR为励磁机磁场提供励磁源，AVR是调节励磁机磁场励磁电流的控制装置。AVR根据来自主机定子绕组的电压感应信号作出反馈，通过控制低功率的励磁机磁场调节励磁机电枢的整流输出功率，从而达到控制主机磁场电流的要求。
AS440AVR通过感应两相平均电压，确保较高的电压调整率,除此之外，它还监测发动机的转速，如低于预选转速（HZ）设定，则相应降低输出电压，以防止发动机低速时的国力,缓减加载时的冲击，以减轻发动机的负担。SX421除了AS440的特点外，还具有三相均方根感应的特点，在与外部断路器（装在开关板上）一起使用时，它还提供过电压保护。
2、他励系统（AREP)
采用独立的电压监测回路辅助线圈供应自动稳压器电源。
（1） 不可控整流器励磁系统
一般由交流励磁机，不可控整流装置，励磁调节器和交流副励磁机等组成。
（2）可控整流器励磁系统
一般由三相可控整流桥（晶闸管），励磁调节器，交流励磁机及其自励恒压装置组成。励磁调节器可调节可控整流器的导通角， 调节可控整流器的输出电压，从而调节发电机的励磁。
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图1 斯坦福发电机变压器励磁系统 |
图2 斯坦福发电机辅助绕组励磁系统 |
3、永久磁发电机系统（PMG)
励磁系统的发电机比自励系统多一个发电机，它将自动稳压器的工作电源从主定子上分离出来。由永磁发电机独立供给电源，因此自动稳压器将不受负载的干扰。
永磁发电机（PMG）励磁发电机通过MX341（或321）AVR为励磁机提供励磁源，AVR是调节励磁机励磁电流的控制装置。如果是MX321AVR，则通过一个隔离变压器向来自主机定子绕组的电压感应信号作出反馈，通过控制低功率的励磁机磁场，调节励磁机电枢的整流输出功率，从而达到控制主机磁场电流的要求。PMG系统提供一个与定子负载无关的恒定的励磁电源，提供较高的电动机启动承受能力，并不受非线性负载（例如可控硅直流电动机）产生的主机定子输出电压的波形畸变的干扰。MX341AVR通过检测二相平均电压来确保较高电压的调整率，另外它还检测发动机转速，如低于预选的转速设定，则相应降低输出电压，以防止发动机低速时的过励，缓减加载时的冲击，以减轻发动机的负担。它还提供延时的过励保护，在励磁机磁场电压过高的情况下对发电机灭磁。
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图3 斯坦福发电机永磁PMG系统框图 |
图4 斯坦福发电机永磁系统结构剖析图 |
三、发电机维护
交流发电机不需进行定期保养，但内外部应定期清洁，并建议作定期检查。
1、定期清洁
发电机清洁的频率则要视机器所在的环境而定，清洁可按下列步骤进行。
（1）将所有电源断开，把外表的尘、油污、油积、水及任何液体擦干
（2）通风网也要清洁干净，因为这些东西进入线圈，会使线圈过热或破坏绝缘
（3）尘和污物最好用吸尘器吸掉，不要用吹气或高压喷水来清洁。
2、绝缘测试
（1）测定子时，断开所有控制线路及AVR，用一个500V的摇表或相似的其它仪器测量线圈与大地的电阻。
方法：拆开在中点和地之间的导线，测量终端至地的阻抗。机器到地的绝缘阻抗应超过5MΩ，如小于IMΩ ，就应该对线圈进行烘干。
（2）测转子时一定要拆开与二极管的连线。
3、受潮烘干
发电机线圈的绝缘，会因为各种原因受潮，且进行恢复性修理时，绝缘电阻会降低.线圈的绝缘需要按照其电压等级，经过测量绝缘电阻和吸收比试来判断是否符合有关规程上的安全数值.如果发电机的绝缘低则需要进行干燥处理。本文对几种发电机干燥处理的常用措施及其适用范围进行了详细的分析，为发电机因水灾进水（或受潮后）发电机抢修时提供参考。
（1）带负荷干燥法
如果仅是表面受潮时，可用带负载干燥法烘干。干燥时发电机可先带50%额定电流负载运行。然后按65%，85%，100%数值增加到额定电流，每一级负荷运行4～5小时，在干燥的过程中应定时检测各绕组的绝缘电阻。绝缘电阻值满足规定后烘干即可停止，发电机正常试运行。
（2）冷态运行法
如果一台正常的发电机在灰尘、潮湿的环境中长期未运行。可以简单地将发电机在AVR连接线K1、K2断开状态下空转运行。大约10分钟，这样可能已足以干燥绕组表面，将绝缘电阻值升高至超过1.0MΩ，使发电机可以直接用于正常运行。
（3）空气热风干燥法
如图5所示。将发电机所有盖板拆除以便潮湿空气的逸出。在干燥过程中，气流应能在发电机内自由流通并带走湿气。请使用2个1～3KW的电吹风机，从发电机进风口处将热空气导入。注意发热源和绕组间至少保持300mm以避免过热而引起绝缘损坏。
注意：缺点是干燥时间太长，可视发电机容量大小选择使用。
（4）直流电源加热法
升流方法与转子类似，转子干燥时多采用此方法。向转子线圈通直流电加热，通入的电流一般控制在转子额定电流的80%左右，而且从30%左右的额定电流逐步升高，以控制干燥的温度不超限为准。有条件时，定子也可采用此法，如使用备用励磁电源、直流电焊机并联作为电源以及其他的各种容量能达到要求的直流电源。
（5）短路烘干法
如图6所示。先将直流电源电压调至零，然后启动发电机。缓缓增加直流电压使电流通入励磁机磁场线圈。当励磁电流增大时，在短接状态的定子电流也将增大。必须监测定子的电流使之不超过额定电流的80%。 绕组烘干后应重新测试绝缘电阻，以确保满足上述最低电阻的要求。
（6）烤炉烘烤法
在有条件的地方，将发电机整体（最好把定子和转子拆开）放到烘箱（烤炉）中逐渐升温烘烤。烘箱（烤炉）应能通风，以便带走潮气，并且最好是夹层的，里层放发电机，在外层加热。里层的温度保持在90～100℃，而且不能有明火和烟尘，以及其他可燃性和腐蚀性气体存在。一般要求连续烘烤8～12h，中间可测量几次绝缘电阻值，以达到规定值并且稳定为止。
（7）红外线灯泡烘烤法
如图7所示，利用红外线灯泡直接照射电动机绕组来进行烘干的。灯泡功率按4~5kW/㎡选用。
除了以上所述对付发电机潮湿和进水的7种干燥方法，还可以在机房内设置抽水泵和强力轴流风机等措施进行防水防潮（如图8所示），这些有效方法有条件的用户可逐一试验，总有一种是适应你的。
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图5 发电机受潮循环热风烘干法 |
图6 发电机受潮绕组短路干燥法 |
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图7 发电机受潮红外线灯泡烘干法 |
图8 发电机房防水防潮设计 |
总结：
斯坦福发电机是康明斯电力技术（中国）有限公司生产的一种交流同步发电机。该发电机以其结构紧凑，重量轻，输出功率稳定等特点。总之，斯坦福发电机是一种高质量、高效能、具有优良性能的交流同步发电机，其型号、尺寸、参数、规格和种类都非常多样化，满足不同行业对电力供应的各种需求。此外，由于我国南方的天气比较潮湿（尤其在夏季），应用于我国南方的发电机有时会出现受潮的情况，受潮以后，必须及时进行干燥处理。斯坦福同步发电机的干燥要根据发电机受潮的实际情况采用不同的方法。
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