发电机失磁的因由及其危害、物理现象和电量变化

摘要：发电机失去直流励磁称为失磁。发电机失磁后，经过同步振荡进入异步运行状态，发电机在异步运转状态下，以低滑差s与电网并车运转，从装置吸取无功功率建立磁场，并向装置输入一定的有功容量，是一种特殊的运转程序。解决发电机失磁问题首选康明斯需要领悟发电机作业原理和励磁装置的功用，本文康明斯发电机服务中心带您知晓失磁的相关常识。

      同步发电机是用于发电的一种装备，它是一种机械设备，通过发电机的运转发生电能。它的工作机理是，机械能转换成电能的一种系统，它将机械能转换成电能，以满足客户的电力需求。同步发电机的运行机制是，当外加电流功用于发电机绕组时，发电机内部磁路形成，发生发电机内部的偶极磁场，并且发电机内部的磁场与外界的电流磁场相互功用，形成发电机的转子旋转，从而产生发电。

      发电机的电力输出是通过调节外加电流的频率来实现的，外加电流的频率可以控制发电机的速度，从而控制发电机的输出容量。当发电机的外加电流频率过低时，发电机的速度减慢，容量减小；当发电机的外加电流频率过高时，发电机的速度增加，容量增加。

      发电机的转子与定子之间有一定的角位移，称为同步角调和，这个角调和也是发电机的重要数据，它决定了发电机的输出容量。当发电机转子旋转时，发电机转子与定子之间的同步角会发生变化，发电机的输出功率也会发生变化。

      同步发电机的特点是它的输出容量可以根据需求进行调节，可以满足客户的不同需求。另外，同步发电机的发电效率高，可以有效地节约能源。

      其具体原理和构造分别如图1、图2所示，用柴油发电机拖动交流发电机转子使其到达同步速度n，后在励磁绕组中通入直流电流建立恒定磁场，定子绕组切割磁感线发生感应电动势E。其公式如下：

      其中，Ua、Ub和Uc分别表示A相、B相和C相电压，w为虚数单位，满足w^3 = 1。

      以上就是同步发电机的工作机理。它可以高效地将机械能转换成电能，为客户提供电力。它的特点是输出容量可以根据需求进行调整，可以满足客户的不同需求，发电效率也非常高，可以有效地节约能源。

      在发电机正常运行情形下，维持发电机机端或升压变压器的高压侧电压在给定水平。

      调整发电机输出的无功功率，保证并联运转的发电机之间合理的无功分配。

      可有效地提升柴发机组的静态稳定性，并在一定程度上改进暂态稳定性，但可能引入负阻尼，引发低频振荡。

      交流发电机处于低负载运行并发生短路损坏，强励可增大短路电流，继而增强了继电保护的灵敏度。

      可减轻故障对发电机或升压变压器造成的危害。

      维持机端电压在给定水平，继而保证了发电机的电压水平。

       在柴油发电机组操作过程中，康明斯经常发现有刷电机出现失磁状况。致使发电机失磁的缘由有转子绕组事故、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、半导体励磁系统中某些元件故障或回路发生故障依旧误操作等。

       众所周知，磁体具有磁性的原因在于铁、钴、镍或铁氧体等铁磁类物质内部的电子自旋可以在小范围内自发地排列起来，形成一个自发磁化区，可是过热足以改变这种特殊的内部组成，从而导致磁性消失。那究竟多高的温度会导致失磁情形的产生呢？

      大多数磁铁都含有适量的铁，铁在氧气和水的共同作用下会产生氧化腐蚀。有一些永磁体由于其含铁量超过60%，这种状况下非常容易被腐蚀。腐蚀的发生改变了材料本身具有磁性的潜在化学组成（铁→氧化铁）从而导致磁性的损失。

      尖锐物体间的剧烈撞击，比如反复敲打磁铁或磁铁不慎掉落在坚硬的物体表面上，以上情形会迫使磁畴排列程序发生改变从而降低磁性。但是对于发电机而言，两者都具有坚强的外壳保护，通常情况下很难受到外界撞击，这个危害要素的概率可忽略不计。

（1）用专用充磁器对发电机转子充磁（此类方案一般实用于专业发电机厂或康明斯OEM主机厂），外形构成如图3所示。

      用12V/24V电瓶对发电机转子充磁，发电机应开启至略低于额定转速，首选从蓄电池引出两条电线，然后去碰发电机转子的励磁接线端，正极连接正极，负极连接负极，在转子两个碳刷处触碰20-30秒左右（触碰时火花小表示接线方向准确），然后迅速断掉电瓶与电刷之间的连接，起动柴发机组即可。

（3）发电机在不并网的情况下开启至额定转速，载上一定量的负荷(发电机容量越大，负载也要越大)，这样发电机就起励建压，无需人工充磁。

（2）会致使发电机失步，将在转子的阻尼绕组、转子表面、转子绕组中产生差频电流，若超出允许值，则将使转子偏热。

       励磁Uf减小，引起定子电动势E0、机端电压U、定子电流I减轻；滑差s和功角δ变化很小，机端输出有功P 和无功Q下降。

      从图5可以看出，U连续下降；δ连续增大；Q迅速降低并致使无功容量反向；s缓慢增加；因为滑差电动势补偿了部分励磁电压的消失，且δ的连续增大，使有功P、I产生回升。又因发电机功率不能很快改变，致使转子加载减慢，s、P、I又随之减小，这样P、I发生波动。实际上P在有功功率水平上做上下波动，平均功率基础不变。

      机端输出无功反向，且为某一常数，这是发电机失磁后抵达静稳极限的一个优势。

      机端输出功率有功P基础保持不变，Q反向且不断增大，定子电流明显上升，定子电压U明显下降，滑差s和功角δ急剧增大。

       现行社会中因为技术和方便性上的要求逐渐增强，大部分柴发机组授权厂商会放弃操作这种低端的发电机配置，而去采用自励磁无刷发电机来代替。在中国地区一般是在5-50千瓦以内的国产小品牌才会使用有刷发电机，详细因为其价格便宜，其次有刷电机针对发电机等瞬态电流较高的设备有抗过载能力。如果按照康明斯技术来说的话，尽量建议用户不要采用此类有刷电机。因为现在的操作单位操作人员基本不领悟有刷电机的性能，在碳刷损伤过多后不能进行自我维护，需要供应商来排除，此问题就造成很多提供商不愿意上门服务。究其原因，无非是一个电刷才几元钱但是人工费成本可能是几百上千，客户不能接收这样的价格（碳刷一般不在保质范围内），提供商干脆就建议用户替换整台发电机，以便有利可图。