发电机旋转整流器的作用与故障维修
发布时间：2023-10-09 点击：682
发电机旋转整流器的作用与故障维修
旋转整流器是与交流励磁机同轴旋转的装置。其主要作用是将交流励磁机电枢输出的三相交流励磁电流，通过整流器上的二极管转换成直流电流，供给转子绕组作为提供励磁电流的电源。正是由于旋转整流器的应用，才使得交流同步发电机摆脱了电刷的東缚，不再有频繁维修更换零件的麻烦，也使得交流同步发电机的应用更加广泛。
1、旋转整流器
（1）作用
发电机主要由主定子、主转子、励磁机定子、励磁机转子、自动电压调节器(avr)五大部件组成，主转子、励磁机定子是励磁绕组，需要通入直流电以形成足够强的磁场；主定子、励磁机转子是电枢绕组，需要通过切割磁力线来进行发电。但是励磁机转子发出的电是三相交流电，如何变成主转子需要的直流电以形成磁场也是发电机的一个关键所在，这就要求在励磁机转子与主转子中间增加一套整流装置，将励磁机转子交流电流整流成主转子需要的直流电流。
发电机整流装置由一个体积较大的圆环形整流轮、一块反向集电铝板、三个反向二极管、一块正向集电铝板、三个正向二极管、一个压敏电阻、六个铜接头、六条连接励磁机转子、所有二极管的引线以及多个紧固定件等众多零部件组成，并通过长螺栓等紧固件固定在预先压入转子主轴的励磁机转子铁心上，六条励磁机转子引线分别接到整圆环形整流轮的六个接线柱上，两条主转子引线分别接到正向集电铝板和反向集电铝板的接线柱上，以达到对主转子通电，产生主磁场的目的。
图1 发电机旋转整流器原理图
（2）整流过程
整流器是利用硅二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电。
在硅整流发电机中，将六只硅二极管连接成三相桥式全波整流电路，如图2所示，在图2中三个正极管子d1、d3和d5的负极连接在一起，正极分别接在发电机的三相绕组的首端，另外三个负极管子d2、d4和d6的正极连接在一起，负极分别接在三相绕组的首端。根据导通原则，连接在一起的几个二极管中，正极电位最高的二极管总是优先导通，即在某一时间内，只有正极电位最高或负极电位最低的管子才能导通。整流过程如3图所示。
在t=0时，ua=0，uc为正值，ug为负值，d5、d4导通，其余4管截止。其电路为；电枢绕组ec-c→d5→"+"→r→“-”→d4→b→电枢绕组eb→电枢绕组ec。
在t1～t2时间内，ua最高，ug为最低，d1、d4导通，其余4管截止。其电路为：电枢绕组ea→a→d1→“+”→r→“-”→d4→b→电枢绕组eb→电枢绕组ea。
在t2～t3时间内，ua最高，uc最低，d1、d6导通，其余4管截止。其电路为：电枢绕组ea→a→d1→"+"→r→"-"→d6→c→电枢绕组ec-→电枢绕组ea。
在t3～t4时间内，up最高，uc最低，d3、d6导通，其余4管截止。
以此类推，循环反复，六只管子轮流导通，在负载r两端得到较平稳的脉动直流电压。
图2 发电机三相桥式整流电路图
图3 发电机三相桥式整流电压波形图
2、故障现象
旋转整流器通常是硅整流元件构成的整流电路，若电路中一个或几个旋转硅元件损坏，损坏后的硅元件将失去单向导电性（正反向都导通），造成电路处于短路状态。一旦旋转硅元件短路，当机组运行时，发电机无输出电压。若不及时发现和排除故障，就会导致交流励磁机电枢绕组烧毁，发电机被迫停机。
图4无刷发电机旋转整流器结构图
图5 发电机旋转整流器电路图
3、故障原因
① 旋转整流器硅整流二极管，因过压或过流而损坏。
② 旋转整流器的硅整流元件安装时扭力矩过大，导致管壳变形，内部硅片损伤。
③ 负载功率因数过低，使励磁电流长期超过硅整流元件额定电流而使其损坏。
图6 无刷发电机旋转整流器位置图
3、处理方法
① 应按图纸规定的电流等级配用旋转硅元件。如果手边无图纸资料，可按主发电机励磁电流值上靠到标准规格的硅元件。目前，国内生产的旋转整流器常见规格有16a、25a、40a、70a和200a等几种。
② 合理选择旋转硅元件的电压等级，旋转硅元件的反向峰值电压urn应为10～15倍励磁电压uin。
③ 紧固旋转硅元件螺母，其扭力矩应适当，用恒力矩扳手旋紧螺母。紧固旋转硅元件螺母的扭力矩数值按表1所示的规定。
表1 紧固旋转硅元件螺母的扭力矩
旋转硅元件型号
zx16
zx25
zx40
zx70
zx200
额定电流/a
16
25
40
70
200
紧固力矩/（kgf·cm）
20
20
36
36
30
④ 采取过电压保护措施。过电压保护通常在旋转整流器的直流侧装设压敏电阻或阻容吸收回路。
●交流同步电机用的压敏电阻一般为my31型氧化锌压敏电阻器，其使用规格的选取主要以标称电压（u1ma）值来选定。
标称电压的下限一般按下列式计算：
直流电路：u1ma≥(1.8~2)udc
交流电路：u1ma≥(2~2.5)uac
式中 udc——线路的直流电压，v；
uac——线路的交流电压有效值，v。
标称电压的上限由被保护设备的耐压来决定，应使压敏电阻器在吸收过电压时将残压抑制在设备的耐压以下。
●阻容吸收回路的c、r值按下式计算：
式中 i02——交流励磁机电枢相电流，a；
u02——交流励磁机电枢线电压，v；
kcd，krd——抑制电路计算系数，如表2所示。
表2 抑制电路计算系数kcd、krd的数值
整流电路连接形式
kcd
krd
单相桥式
120000
0.25
三相桥式
70000√3
0.13
三相半波
70000√3
0.13
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旋转整流器是与交流励磁机同轴旋转的装置。其主要作用是将交流励磁机电枢输出的三相交流励磁电流，通过整流器上的二极管转换成直流电流，供给转子绕组作为提供励磁电流的电源。正是由于旋转整流器的应用，才使得交流同步发电机摆脱了电刷的東缚，不再有频繁维修更换零件的麻烦，也使得交流同步发电机的应用更加广泛。
1、旋转整流器
（1）作用
发电机主要由主定子、主转子、励磁机定子、励磁机转子、自动电压调节器(avr)五大部件组成，主转子、励磁机定子是励磁绕组，需要通入直流电以形成足够强的磁场；主定子、励磁机转子是电枢绕组，需要通过切割磁力线来进行发电。但是励磁机转子发出的电是三相交流电，如何变成主转子需要的直流电以形成磁场也是发电机的一个关键所在，这就要求在励磁机转子与主转子中间增加一套整流装置，将励磁机转子交流电流整流成主转子需要的直流电流。
发电机整流装置由一个体积较大的圆环形整流轮、一块反向集电铝板、三个反向二极管、一块正向集电铝板、三个正向二极管、一个压敏电阻、六个铜接头、六条连接励磁机转子、所有二极管的引线以及多个紧固定件等众多零部件组成，并通过长螺栓等紧固件固定在预先压入转子主轴的励磁机转子铁心上，六条励磁机转子引线分别接到整圆环形整流轮的六个接线柱上，两条主转子引线分别接到正向集电铝板和反向集电铝板的接线柱上，以达到对主转子通电，产生主磁场的目的。
图1 发电机旋转整流器原理图
（2）整流过程
整流器是利用硅二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电。
在硅整流发电机中，将六只硅二极管连接成三相桥式全波整流电路，如图2所示，在图2中三个正极管子d1、d3和d5的负极连接在一起，正极分别接在发电机的三相绕组的首端，另外三个负极管子d2、d4和d6的正极连接在一起，负极分别接在三相绕组的首端。根据导通原则，连接在一起的几个二极管中，正极电位最高的二极管总是优先导通，即在某一时间内，只有正极电位最高或负极电位最低的管子才能导通。整流过程如3图所示。
在t=0时，ua=0，uc为正值，ug为负值，d5、d4导通，其余4管截止。其电路为；电枢绕组ec-c→d5→"+"→r→“-”→d4→b→电枢绕组eb→电枢绕组ec。
在t1～t2时间内，ua最高，ug为最低，d1、d4导通，其余4管截止。其电路为：电枢绕组ea→a→d1→“+”→r→“-”→d4→b→电枢绕组eb→电枢绕组ea。
在t2～t3时间内，ua最高，uc最低，d1、d6导通，其余4管截止。其电路为：电枢绕组ea→a→d1→"+"→r→"-"→d6→c→电枢绕组ec-→电枢绕组ea。
在t3～t4时间内，up最高，uc最低，d3、d6导通，其余4管截止。
以此类推，循环反复，六只管子轮流导通，在负载r两端得到较平稳的脉动直流电压。
图2 发电机三相桥式整流电路图
图3 发电机三相桥式整流电压波形图
2、故障现象
旋转整流器通常是硅整流元件构成的整流电路，若电路中一个或几个旋转硅元件损坏，损坏后的硅元件将失去单向导电性（正反向都导通），造成电路处于短路状态。一旦旋转硅元件短路，当机组运行时，发电机无输出电压。若不及时发现和排除故障，就会导致交流励磁机电枢绕组烧毁，发电机被迫停机。
图4无刷发电机旋转整流器结构图
图5 发电机旋转整流器电路图
3、故障原因
① 旋转整流器硅整流二极管，因过压或过流而损坏。
② 旋转整流器的硅整流元件安装时扭力矩过大，导致管壳变形，内部硅片损伤。
③ 负载功率因数过低，使励磁电流长期超过硅整流元件额定电流而使其损坏。
图6 无刷发电机旋转整流器位置图
3、处理方法
① 应按图纸规定的电流等级配用旋转硅元件。如果手边无图纸资料，可按主发电机励磁电流值上靠到标准规格的硅元件。目前，国内生产的旋转整流器常见规格有16a、25a、40a、70a和200a等几种。
② 合理选择旋转硅元件的电压等级，旋转硅元件的反向峰值电压urn应为10～15倍励磁电压uin。
③ 紧固旋转硅元件螺母，其扭力矩应适当，用恒力矩扳手旋紧螺母。紧固旋转硅元件螺母的扭力矩数值按表1所示的规定。
表1 紧固旋转硅元件螺母的扭力矩
旋转硅元件型号
zx16
zx25
zx40
zx70
zx200
额定电流/a
16
25
40
70
200
紧固力矩/（kgf·cm）
20
20
36
36
30
④ 采取过电压保护措施。过电压保护通常在旋转整流器的直流侧装设压敏电阻或阻容吸收回路。
●交流同步电机用的压敏电阻一般为my31型氧化锌压敏电阻器，其使用规格的选取主要以标称电压（u1ma）值来选定。
标称电压的下限一般按下列式计算：
直流电路：u1ma≥(1.8~2)udc
交流电路：u1ma≥(2~2.5)uac
式中 udc——线路的直流电压，v；
uac——线路的交流电压有效值，v。
标称电压的上限由被保护设备的耐压来决定，应使压敏电阻器在吸收过电压时将残压抑制在设备的耐压以下。
●阻容吸收回路的c、r值按下式计算：
式中 i02——交流励磁机电枢相电流，a；
u02——交流励磁机电枢线电压，v；
kcd，krd——抑制电路计算系数，如表2所示。
表2 抑制电路计算系数kcd、krd的数值
整流电路连接形式
kcd
krd
单相桥式
120000
0.25
三相桥式
70000√3
0.13
三相半波
70000√3
0.13
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