通信工程師考試同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)

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5.3.4 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)

勵(lì)磁繞組的直流供電線路和裝置稱為勵(lì)磁系統(tǒng)，這是同步發(fā)電機(jī)必不可少的東要組成部分，其主要作用如下。

（1）在正常運(yùn)行條件下為同步發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流，并能根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)載的變化作相應(yīng)地調(diào)整，以維持發(fā)電機(jī)端電壓基本不變。

（2）當(dāng)外部線路發(fā)生短路故障、發(fā)電機(jī)端電壓嚴(yán)重下降時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)行勵(lì)磁，以提高運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（3）當(dāng)發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行減磁以限制發(fā)電機(jī)端電壓過度增高。

獲得直流勵(lì)磁電流的方法稱為同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式。勵(lì)磁方式可分為自勵(lì)方式和他勵(lì)方式兩大類。自勵(lì)方式就是利用二極鋅或晶閘管整流器將發(fā)電機(jī)自身發(fā)出的交流電（發(fā)電機(jī)電樞繞組或?qū)ｉT的諧波附加繞組產(chǎn)生的交流電〉經(jīng)過整流后送給勵(lì)磁繞組。自勵(lì)方式根據(jù)有無串聯(lián)變壓器（反映發(fā)電機(jī)電流用）可分為自并勵(lì)和自復(fù)勵(lì)兩種方式。他勵(lì)方式就是發(fā)電機(jī)所葙的勵(lì)磁電流取自于其他電源，例如，直流勵(lì)磁機(jī)或交流勵(lì)磁機(jī)。一些小型同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式，多采用直流勵(lì)磁機(jī)、自勵(lì)式半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)和三次諧波勵(lì)磁系統(tǒng)等。

1.直流勵(lì)磁機(jī)

直流勵(lì)磁機(jī)就足直流發(fā)電機(jī)。直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁是同步發(fā)電機(jī)采用的傳統(tǒng)勵(lì)磁方式。勵(lì)磁機(jī)與同步發(fā)電機(jī)采用同軸式或背包式，由同一原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。

常用的直流勵(lì)磁機(jī)多是并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)。為了加快勵(lì)磁電壓增長(zhǎng)速度，并能在較低電壓下穩(wěn)定工作，有時(shí)也采用他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，這樣就須再用一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)來供給直流勵(lì)磁機(jī)本身的勵(lì)磁電流。這種勵(lì)磁方式的特點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，勵(lì)磁機(jī)只和原動(dòng)機(jī)有關(guān)，而與外電網(wǎng)無直接聯(lián)系，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)不會(huì)影響到勵(lì)磁系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在中小型汽輪發(fā)電機(jī)中有廣泛應(yīng)用。

2.交流勵(lì)磁機(jī)

直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式雖然在技術(shù)上比較成熟，經(jīng)驗(yàn)上也比較豐富，但它尚有不少固有的缺點(diǎn)。如制造工藝復(fù)雜，成本高，要經(jīng)常維修，工作也不完全可靠。尤其是現(xiàn)代發(fā)電機(jī)單機(jī)容量日益增大（已達(dá)100萬kW以上），而目前生產(chǎn)的最大直流勵(lì)磁機(jī)的容量為600-700kW,只能配15萬kW到20萬kW左右的發(fā)電機(jī)。所以近年來大容量的發(fā)電機(jī)逐步采用了半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)。下面介紹一種交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。

采用交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖如閣5-27所示。這套勵(lì)磁系統(tǒng)包括一臺(tái)交流主勵(lì)磁機(jī)、一臺(tái)交流副勵(lì)磁機(jī)和三套整流裝交流主勵(lì)磁機(jī)E,為一臺(tái)中頻（100Hz）三相發(fā)電機(jī)，其輸出電壓通過硅整流器整流后供給同步發(fā)電機(jī)G的勵(lì)磁電流。交流副勵(lì)磁機(jī)E2也是一臺(tái)中頻（400Hz）的三相發(fā)電機(jī)，它的輸出電壓一方面通過晶閘管整流器整流供給主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，同時(shí)還需要經(jīng)整流器供給自身所需要的勵(lì)磁電流。自動(dòng)調(diào)勵(lì)裝置的作用是根據(jù)發(fā)電的電壓和電流，經(jīng)電壓、電流互感器以及自動(dòng)電壓調(diào)整器來改變晶閘管的控制角，以改變主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓，這種勵(lì)磁系統(tǒng)的容量比較大，它沒有直流勵(lì)磁機(jī)的那些缺點(diǎn)。我因10萬、12.5萬、30萬kW的汽輪發(fā)電機(jī)均采用此種勵(lì)磁系統(tǒng)。

此外，還有無刷勵(lì)磁方式。它將硅整流器裝在發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，和轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。交流勵(lì)磁機(jī)E1制成旋轉(zhuǎn)電樞式，這樣就不需要電刷和滑環(huán)。與發(fā)電機(jī)同軸的交流勵(lì)磁機(jī)E1,的電樞電壓，直接送入旋轉(zhuǎn)整流器，經(jīng)整流后送入發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組。為了完全取消電刷，副勵(lì)磁機(jī)E2也常采用永磁式或感應(yīng)式中頻勵(lì)磁機(jī)。

3.三次諧波勵(lì)磁

近年來一些小型同步發(fā)電機(jī)常采用三次諧波勵(lì)磁方式，這種方式由發(fā)電機(jī)本身兼作交流勵(lì)磁機(jī)，故厲于自勵(lì)方式。

同步發(fā)電機(jī)氣隙中磁通密度的分布嚴(yán)格說不是正弦波，而是非正弦波，除了基波外尚有奇次諧波，其中主要是三次諧波。同樣電樞反應(yīng)磁場(chǎng)的磁通密度分布也是非正弦波，當(dāng)然也存在三次諧波。這種勵(lì)磁方式就是利用同步發(fā)電機(jī)氣隙合成磁場(chǎng)的三次諧波B=f/（x），在定子的諧波繞組（在定子鐵心槽內(nèi)黽獨(dú)嵌放的輔助繞組，它與主繞組無電的聯(lián)系）中感應(yīng)出三次諧波電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)整流后的直流電流，作為勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流。

在小型同步發(fā)電機(jī)的三次諧波勵(lì)磁裝置中，一般三次諧波勵(lì)磁的原理圖采用單相諧波繞組S1S2和單相橋式整流電路，如圖5-28所示。圖中的變阻器用于手動(dòng)調(diào)整電壓，熔斷器用來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。在大、中型發(fā)電機(jī)的三次諧波勵(lì)磁裝置中，一般采用三次諧波繞組和三相晶閘管整流器，并裝有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。

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