康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

一般情况下，相复励和三次谐波发电机的常见故障多发生在励磁调压装置和各电气连接部位，尤其是电刷装置和换向器等活动接触处。康明斯公司在本文中列举了相复励和三次谐波发电机常见故障、故障原因及其处理方法，使用维护人员应根据具体情况，灵活处理。

 

一、工作原理

 

1、相复励励磁原理

由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK移相进行相位补偿。

 

图1 相复励发电机零部件分解图

 

2、三次谐波原理

对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。

 

图2 三次谐波发电机原理图

 

 

二、常见故障及排除

 

1、N线电流异常的理论

中心线电流异常原因大致可分为两类

（1）三相基波电流不平衡导致中性线基波电流过大；

（2）零序谐波电流在中性线叠加导致电流过大。

非线性设备中产生的电流可以采用傅里叶级数分解来描述各次谐波，其中单相整流回路产生的电流经过分解展开后主要谐波满足3N次特性，即以3、9、15次等符合3N次特性的谐波为主，其中3次谐波含量较高。

三次谐波电流主要由单相非线性负载产生，由于3次谐波属于零序谐波，在三相电网中，各相的相位差为120°，这正好是3次谐波电流的周期，每相负载内的3次谐波电流在中性线汇集时，其中瞬时值是直接同相相加，如图1所示，所以中性线上的3次谐波电流大于相线上的3次谐波电流，有时候中性线电流还要大于基波电流，甚至于接近相电流的2倍。

目前谐波治理主要分无源和有源两种形式，由于此次治理目标为中性线3次谐波。

（1）传统的无源滤波技术针对三次谐波过滤难度较大，成本高，效果难以保证；

（2）无源滤波支路没有可靠的限幅保护，容易出现过载损坏补偿支路的现象；

（3）无源滤波支路投入会受到功率因数的影响，所以成本会高；

（4）存在谐振放大谐波的隐患；

（5）谐波补偿次数较单一等上述缺陷导致无源滤波技术适用性降低，越来越不被大量采用。

 

图3 发电机三次谐波在中性线上的叠加

 

2、其他常见故障及其处理方法

表1 相复励和三次谐波发电机常见故障及其处理方法

故障现象	故障原因	处理方法
1.不能发电	①无剩磁	相复励发电机用12V或者24V直流电充 电；谐波发电机用6V直流电充电
	②剩磁方向与整流器输出电流产生磁场的方向相反	往往在重接后因错接形成。将L1、L2两接头对换，或重新充磁
	③电枢绕组抽头、电抗器、桥式整流器或 励磁绕组有断路或松脱现象	接通、焊好或拧紧
	④接线错误	按机组电气原理线路图检查纠正
	⑤励磁绕组接错，造成磁极极性不对	往往在励磁绕组换线重接后因错接形成。 检查、纠正
	⑥电枢绕组或励磁绕组有严重短路	电枢绕组短路会引起严重发热以致烧坏线 圈。励磁绕组严重短路可由其直流电阻值测定
	⑦电刷在刷架框内卡住	检查刷架框，是否生锈。可用00号砂纸擦 净框架内部，严重锈蚀者应换新。检查电刷和刷架框的配合
	⑧电刷和集电环接触不良	用酒精洗净集电环表面。磨电刷表面使与集电环表面的弧度吻合，检查电刷压力
	⑨整定电阻阻值太小	检查整定电阻的接法。将变阻器放到最大阻值位置
	⑩硅整流元件短路，正反向均导通	用万用表检查正反向电阻，替换损坏的元件
	①相复励电机电抗器无气隙，或气隙太小	无气隙或气隙小时电抗器抗值太大不能建 压，用绝缘垫片垫充调整气隙
	②转速太低	调节转速至额定值附近
2.电压不足	①整流桥中有一个整流元件短路或断路	此时空载电压约下降10%用万用表检查， 替换损坏的元件
	②励磁绕组部分短路	如果某一极的励磁绕组部分短路。除电压下降外还会引起振动。分别测量每一极的电阻，调换损坏的线圈
	③整定电阻阻值太小	检查整定电阻的接法。将变阻器放到最大 阻值位置
	④相复励发电机电抗器气隙太小	用绝缘垫片将气隙调大
	⑤转速太低	调节转速至额定值
	⑥自动电压调节器故障	检查自动电压调节器输入和输出接线与信号，检修自动电压调节器
3.电压太高	①电抗器绕组部分短路或有一相短路	电抗器绕组短路会引起严重发热，可按发热情况来判断短路
	②整定电阻断路，不起作用	检查并接好
	③电抗器气隙太大	调小气隙，重新固定
	④转速太高	调节转速至额定值
	⑤自动电压调节器失控	检修自动电压调节器
4.电压调整率差，加负载时电压下跌太多	①励磁装置接线错误	按图核对接正确
	②整流桥中有一个或两个整流元件断路，反向都不通	此时空载电压下降10%左右，加cosφ=1负载时电压稍稍下跌，加cosφ=0.8负载时电压下跌较大。用万用表检查更换损坏的元件
	③相复励发电机电流互感器二次侧所用 抽头不合适	减少电流互感器二次绕组的实际匝数
	④原动机调速率较差	调整原动机的调速机构
5．振动大	①与原动机对接不好	找直对正后再对接
	②转子动平衡不好	在转子重绕后应校正平衡，根据电机的转 速校正静平衡或动平衡
	③励磁绕组部分短路	分别测量每一极的电阻，找出短路处，更换线圈
6．集电环上火花大	①电刷在刷架框内活动不灵	检查刷架框，是否生锈，可用00号砂纸擦 净挂架内部。严重锈蚀时应换新
	②集电环表面油污，不光滑	清洁集电环表面，严重发毛时应加工车光
7．发热	①发电机过载	注意仪表使负载电流、电压不超过额定值
	②仪表不准	定期对仪表、仪用互感器进行校验
	③负载功率因数太低	负载功率因数太低时发电机应降低其视在 功率输出，在励磁电流不超过额定值的范围内使用
	④转速太低	调节转速至额定值
	⑤顶部罩盖未盖，放置不正确或励磁装置 底板下网板堵死时引起励磁装置发热	正确装置顶罩或清理网板
	⑥发电机电枢、励磁绕组、电抗器绕组部 分短路	找出短路，纠正
	⑦通风道阻塞	拆开彻底吹清
	⑧部分规格电机采用倾斜风叶的风扇，反 向时风量减少	检查风扇，按发电机上标示的方向运行
8．轴承过热	①长期使用使轴承磨损过度	更换轴承
	②润滑脂质量不好，不同牌号的油脂混杂 使用。润滑脂内有杂质。润滑脂装得太多 太满	清洗轴承和轴承盖，更换轴承脂，一般型电机用ZGN-3润滑脂，湿热型电机用ZL-3润滑脂，加装数量应为轴承室容量的1/2～2/3
	③与原动机对接不好	严格地找直、对正
	④带传动时，拉力过大	适当调节传动带拉力

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