新聞主題	發(fā)電機旋轉整流器的作用與故障維修

 

摘要：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(guò)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(fā)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(fā)電機的應用更加廣泛。

 

一、旋轉整流器作用和原理

 

1、作用

      發(fā)電機主要由主定子、主轉子、勵磁機定子、勵磁機轉子、自動(dòng)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(chǎng)；主定子、勵磁機轉子是電樞繞組，需要通過(guò)切割磁力線(xiàn)來(lái)進(jìn)行發(fā)電。但是勵磁機轉子發(fā)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(chǎng)也是發(fā)電機的一個(gè)關(guān)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(fā)電機整流器由一個(gè)體積較大的圓環(huán)形整流輪、一塊反向集電鋁板、三個(gè)反向二極管、一塊正向集電鋁板、三個(gè)正向二極管、一個(gè)壓敏電阻、六個(gè)銅接頭、六條連接勵磁機轉子、所有二極管的引線(xiàn)以及多個(gè)緊固定件等眾多零部件組成，如圖1所示。通過(guò)長(cháng)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(xiàn)分別接到整圓環(huán)形整流輪的六個(gè)接線(xiàn)柱上，兩條主轉子引線(xiàn)分別接到正向集電鋁板和反向集電鋁板的接線(xiàn)柱上，以達到對主轉子通電，產(chǎn)生主磁場(chǎng)的目的。原理如圖2所示。

 

圖1  無(wú)刷發(fā)電機旋轉整流器結構圖

圖2  發(fā)電機旋轉整流器結構圖

 

 

2、整流過(guò)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(fā)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3所示，在圖3中三個(gè)正極管子D₁、D₃和D₅的負極連接在一起，正極分別接在發(fā)電機的三相繞組的首端，另外三個(gè)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(gè)二極管中，正極電位最高的二極管總是優(yōu)先導通，即在某一時(shí)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(guò)程如4圖所示。

（1）在t=0時(shí)，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e_c-c→D₅→"+"→R→“-”→D₄→B→電樞繞組e_B→電樞繞組e_c。

（2）在t₁～t₂時(shí)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e_A→A→D₁→“+”→R→“-”→D₄→B→電樞繞組e_B→電樞繞組e_A。

（3）在t₂～t₃時(shí)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e_A→A→D₁→"+"→R→"-"→D₆→C→電樞繞組e_c-→電樞繞組e_A。

（4）在t₃～t₄時(shí)間內，Up最高，Uc最低，D₃、D₆導通，其余4管截止。

      以此類(lèi)推，循環(huán)反復，六只管子輪流導通，在負載R兩端得到較平穩的脈動(dòng)直流電壓。

 

圖2 發(fā)電機三相橋式整流電路圖

圖3 發(fā)電機三相橋式整流電壓波形圖

 

 

二、發(fā)電機整流器常見(jiàn)故障

 

1、故障現象

      旋轉整流器所在位置如圖5所示，電路如圖5所示。整流器通常是硅整流元件構成的整流電路，若電路中一個(gè)或幾個(gè)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(tài)。一旦旋轉硅元件短路，當柴油發(fā)電機組機組運行時(shí)，發(fā)電機無(wú)輸出電壓。若不及時(shí)發(fā)現和排除故障，就會(huì )導致交流勵磁機電樞繞組燒毀，發(fā)電機被迫停機。

 

圖5  發(fā)電機旋轉整流器位置圖

圖5 發(fā)電機旋轉整流器電路圖

 

 

2、故障原因

① 旋轉整流器硅整流二極管，因過(guò)壓或過(guò)流而損壞。

② 旋轉整流器的硅整流元件安裝時(shí)扭力矩過(guò)大，導致管殼變形，內部硅片損傷。

③ 負載功率因數過(guò)低，使勵磁電流長(cháng)期超過(guò)硅整流元件額定電流而使其損壞。

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(wú)圖紙資料，可按主發(fā)電機勵磁電流值上靠到標準規格的硅元件。目前，國內生產(chǎn)的旋轉整流器常見(jiàn)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

（4）采取過(guò)電壓保護措施。過(guò)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。亞敏電阻選擇方法如下：

① 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(chēng)電壓（U_1mA）值來(lái)選定。

      標稱(chēng)電壓的下限一般按下列式計算：

● 直流電路：

U1_mA≥(1.8~2)U_DC..................（公式1）

● 交流電路：

U_1mA≥(2~2.5)U_AC..................（公式2）

式中，U_DC——線(xiàn)路的直流電壓，V；

U_AC——線(xiàn)路的交流電壓有效值，V。

      標稱(chēng)電壓的上限由被保護設備的耐壓來(lái)決定，應使壓敏電阻器在吸收過(guò)電壓時(shí)將殘壓抑制在設備的耐壓以下。

② 阻容吸收回路的C、R值按下式計算：

C=K_cd（I₀₂/U₀₂）（μF）..................（公式3）

R=K_Rd（U₀₂/I₀₂）（Ω） ..................（公式4）

式中，I₀₂——交流勵磁機電樞相電流，A；

U₀₂——交流勵磁機電樞線(xiàn)電壓，V；

K_Cd，K_Rd——抑制電路計算系數，如表2所示。

表2 抑制電路計算系數K_cd、K_Rd的數值

 

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