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通信工程師考試同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)

動力與環(huán)境責(zé)任編輯：xtayhame 2013-05-06

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5.3.4 同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)

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

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

（2）當(dāng)外部線路發(fā)生短路故障、發(fā)電機端電壓嚴(yán)重下降時，對發(fā)電機進行強行勵磁，以提高運行的穩(wěn)定性。

（3）當(dāng)發(fā)電機突然甩負荷時，實現(xiàn)強行減磁以限制發(fā)電機端電壓過度增高。

獲得直流勵磁電流的方法稱為同步發(fā)電機的勵磁方式。勵磁方式可分為自勵方式和他勵方式兩大類。自勵方式就是利用二極鋅或晶閘管整流器將發(fā)電機自身發(fā)出的交流電（發(fā)電機電樞繞組或?qū)ｉT的諧波附加繞組產(chǎn)生的交流電〉經(jīng)過整流后送給勵磁繞組。自勵方式根據(jù)有無串聯(lián)變壓器（反映發(fā)電機電流用）可分為自并勵和自復(fù)勵兩種方式。他勵方式就是發(fā)電機所葙的勵磁電流取自于其他電源，例如，直流勵磁機或交流勵磁機。一些小型同步發(fā)電機的勵磁方式，多采用直流勵磁機、自勵式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)和三次諧波勵磁系統(tǒng)等。

1.直流勵磁機

直流勵磁機就足直流發(fā)電機。直流勵磁機勵磁是同步發(fā)電機采用的傳統(tǒng)勵磁方式。勵磁機與同步發(fā)電機采用同軸式或背包式，由同一原動機帶動。

常用的直流勵磁機多是并勵直流發(fā)電機。為了加快勵磁電壓增長速度，并能在較低電壓下穩(wěn)定工作，有時也采用他勵直流發(fā)電機，這樣就須再用一臺直流發(fā)電機來供給直流勵磁機本身的勵磁電流。這種勵磁方式的特點是整個系統(tǒng)比較簡單，勵磁機只和原動機有關(guān)，而與外電網(wǎng)無直接聯(lián)系，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時不會影響到勵磁系統(tǒng)的正常運行，在中小型汽輪發(fā)電機中有廣泛應(yīng)用。

2.交流勵磁機

直流勵磁機勵磁方式雖然在技術(shù)上比較成熟，經(jīng)驗上也比較豐富，但它尚有不少固有的缺點。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)電機單機容量日益增大（已達100萬kW以上），而目前生產(chǎn)的最大直流勵磁機的容量為600-700kW,只能配15萬kW到20萬kW左右的發(fā)電機。所以近年來大容量的發(fā)電機逐步采用了半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)。下面介紹一種交流勵磁機勵磁系統(tǒng)。

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

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

3.三次諧波勵磁

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

同步發(fā)電機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。這種勵磁方式就是利用同步發(fā)電機氣隙合成磁場的三次諧波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)出三次諧波電動勢，經(jīng)整流后的直流電流，作為勵磁繞組中的勵磁電流。

在小型同步發(fā)電機的三次諧波勵磁裝置中，一般三次諧波勵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調(diào)整電壓，熔斷器用來實現(xiàn)過流保護。在大、中型發(fā)電機的三次諧波勵磁裝置中，一般采用三次諧波繞組和三相晶閘管整流器，并裝有自動勵磁調(diào)節(jié)器。