發(fā)電機勵磁

　　發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是供給同步發(fā)電機勵磁電流的電源及其附屬設(shè)備的統(tǒng)稱。它一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個主要部分組成。

　　發(fā)電機勵磁系統(tǒng)包括直流勵磁機、無勵磁機、交流勵磁機等。近十多年來，由于新技術(shù)，新工藝和新器件的涌現(xiàn)和使用，使得發(fā)電機的勵磁方式得到了不斷的發(fā)展和完善。在自動調(diào)節(jié)勵磁裝置方面，也不斷研制和推廣使用了許多新型的調(diào)節(jié)裝置。

　　系統(tǒng)組成

　　勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流；而勵磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出。勵磁系統(tǒng)的自動勵磁調(diào)節(jié)器對提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機組的穩(wěn)定性具有相當大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導致機組穩(wěn)定極限降低的趨勢，也促使勵磁技術(shù)不斷發(fā)展。同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)主要由功率單元和調(diào)節(jié)器（裝置）兩大部分組成。如圖所示：

　　其中勵磁功率單元是指向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵磁電流的勵磁電源部分，而勵磁調(diào)節(jié)器則是根據(jù)控制要求的輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元輸出的裝置。由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機本身一起組成的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)控制系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機的重要組成部份，它對電力系統(tǒng)及發(fā)電機本身的安全穩(wěn)定運行有很大的影響。

　　主要作用

　　勵磁系統(tǒng)的主要作用有：

　　1）根據(jù)發(fā)電機負荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持機端電壓為給定值；

　　2）控制并列運行各發(fā)電機間無功功率分配；

　　3）提高發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性；

　　4）提高發(fā)電機并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性；

　　5）在發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進行滅磁，以減小故障損失程度；

　　6）根據(jù)運行要求對發(fā)電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。

　　一、發(fā)電機獲得勵磁電流的幾種方式

　　1、直流發(fā)電機供電的勵磁方式：這種勵磁方式的發(fā)電機具有專用的直流發(fā)電機，這種專用的直流發(fā)電機稱為直流勵磁機，勵磁機一般與發(fā)電機同軸，發(fā)電機的勵磁繞組通過裝在大軸上的滑環(huán)及固定電刷從勵磁機獲得直流電流。這種勵磁方式具有勵磁電流獨立，工作比較可靠和減少自用電消耗量等優(yōu)點，是過去幾十年間發(fā)電機主要勵磁方式，具有較成熟的運行經(jīng)驗。缺點是勵磁調(diào)節(jié)速度較慢，維護工作量大，故在10MW以上的機組中很少采用。

　　2、交流勵磁機供電的勵磁方式 代大容量發(fā)電機有的采用交流勵磁機提供勵磁電流。交流勵磁機也裝在發(fā)電機大軸上，它輸出的交流電流經(jīng)整流后供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁，此時，發(fā)電機的勵磁方式屬他勵磁方式，又由于采用靜止的整流裝置，故又稱為他勵靜止勵磁，交流副勵磁機提供勵磁電流。交流副勵磁機可以是永磁機或是具有自勵恒壓裝置的交流發(fā)電機。為了提高勵磁調(diào)節(jié)速度，交流勵磁機通常采用100——200HZ的中頻發(fā)電機，而交流副勵磁機則采用400——500HZ的中頻發(fā)電機。這種發(fā)電機的直流勵磁繞組和三相交流繞組都繞在定子槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子只有齒與槽而沒有繞組，像個齒輪，因此，它沒有電刷，滑環(huán)等轉(zhuǎn)動接觸部件，具有工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝方便等優(yōu)點。缺點是噪音較大，交流電勢的諧波分量也較大。

　　3、無勵磁機的勵磁方式：

　　在勵磁方式中不設(shè)置專門的勵磁機，而從發(fā)電機本身取得勵磁電源，經(jīng)整流后再供給發(fā)電機本身勵磁，稱自勵式靜止勵磁。自勵式靜止勵磁可分為自并勵和自復勵兩種方式。自并勵方式它通過接在發(fā)電機出口的整流變壓器取得勵磁電流，經(jīng)整流后供給發(fā)電機勵磁，這種勵磁方式具有結(jié)簡單，設(shè)備少，投資省和維護工作量少等優(yōu)點。自復勵磁方式除沒有整流變壓外，還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機定子回路的大功率電流互感器。這種互感器的作用是在發(fā)生短路時，給發(fā)電機提供較大的勵磁電流，以彌補整流變壓器輸出的不足。這種勵磁方式具有兩種勵磁電源，通過整流變壓器獲得的電壓電源和通過串聯(lián)變壓器獲得的電流源。

　　二、發(fā)電機與勵磁電流的有關(guān)特性

　　1、電壓的調(diào)節(jié)

　　自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)可以看成為一個以電壓為被調(diào)量的負反饋控制系統(tǒng)。無功負荷電流是造成發(fā)電機端電壓下降的主要原因，當勵磁電流不變時，發(fā)電機的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機的端電壓應(yīng)基本保持不變，實現(xiàn)這一要求的辦法是隨無功電流的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。

　　2、無功功率的調(diào)節(jié)：

　　發(fā)電機與系統(tǒng)并聯(lián)運行時，可以認為是與無限大容量電源的母線運行，要改變發(fā)電機勵磁電流，感應(yīng)電勢和定子電流也跟著變化，此時發(fā)電機的無功電流也跟著變化。當發(fā)電機與無限大容量系統(tǒng)并聯(lián)運行時，為了改變發(fā)電機的無功功率，必須調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。此時改變的發(fā)電機勵磁電流并不是通常所說的“調(diào)壓”，而是只是改變了送入系統(tǒng)的無功功率。

　　3、無功負荷的分配：

　　并聯(lián)運動的發(fā)電機根據(jù)各自的額定容量，按比例進行無功電流的分配。大容量發(fā)電機應(yīng)負擔較多無功負荷，而容量較小的則負提供較少的無功負荷。為了實現(xiàn)無功負荷能自動分配，可以通過自動高壓調(diào)節(jié)的勵磁裝置，改變發(fā)電機勵磁電流維持其端電壓不變，還可對發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性的傾斜度進行調(diào)整，以實現(xiàn)并聯(lián)運行發(fā)電機無功負荷的合理分配。

　　三、自動調(diào)節(jié)勵磁電流的方法

　　在改變發(fā)電機的勵磁電流中，一般不直接在其轉(zhuǎn)子回路中進行，因為該回路中電流很大，不便于進行直接調(diào)節(jié)，通常采用的方法是改變勵磁機的勵磁電流，以達到調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的目的。常用的方法有改變勵磁機勵磁回路的電阻，改變勵磁機的附加勵磁電流，改變可控硅的導通角等。

　　這里主要講改變可控硅導通角的方法，它是根據(jù)發(fā)電機電壓、電流或功率因數(shù)的變化，相應(yīng)地改變可控硅整流器的導通角，于是發(fā)電機的勵磁電流便跟著改變。這套裝置一般由晶體管，可控硅電子元件構(gòu)成，具有靈敏、快速、無失靈區(qū)、輸出功率大、體積小和重量輕等優(yōu)點。在事故情況下能有效地抑制發(fā)電機的過電壓和實現(xiàn)快速滅磁。

　　自動調(diào)節(jié)勵磁裝置通常由測量單元、同步單元、放大單元、調(diào)差單元、穩(wěn)定單元、限制單元及一些輔助單元構(gòu)成。被測量信號（如電壓、電流等），經(jīng)測量單元變換后與給定值相比較，然后將比較結(jié)果（偏差）經(jīng)前置放大單元和功率放大單元放大，并用于控制可控硅的導通角，以達到調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流的目的。同步單元的作用是使移相部分輸出的觸發(fā)脈沖與可控硅整流器的交流勵磁電源同步，以保證控硅的正確觸發(fā)。

　　調(diào)差單元的作用是為了使并聯(lián)運行的發(fā)電機能穩(wěn)定和合理地分配無功負荷。穩(wěn)定單元是為了改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定而引進的單元 。勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定單元 用于改善勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性。限制單元是為了使發(fā)電機不致在過勵磁或欠勵磁的條件下運行而設(shè)置的。必須指出并不是每一種自動調(diào)節(jié)勵磁裝置都具有上述各種單元，一種調(diào)節(jié)器裝置所具有的單元與其擔負的具體任務(wù)有關(guān)。 四、自動調(diào)節(jié)勵磁的組成部件及輔助設(shè)備

　　自動調(diào)節(jié)勵磁的組成部件有機端電壓互感器、機端電流互感器、勵磁變壓器；勵磁裝置需要提供以下電流，廠用AC380v、廠用DC220v控制電源。廠用DC220v合閘電源；需要提供以下空接點，自動開機。自動停機。并網(wǎng)（一常開，一常閉）增，減；需要提供以下模擬信號，發(fā)電機機端電壓100V，發(fā)電機機端電流5A，母線電壓100V，勵磁裝置輸出以下繼電器接點信號；勵磁變過流，失磁，勵磁裝置異常等。

　　勵磁控制、保護及信號回路由滅磁開關(guān)，助磁電路、風機、滅磁開關(guān)偷跳、勵磁變過流、調(diào)節(jié)器故障、發(fā)電機工況異常、電量變送器等組成。在同步發(fā)電機發(fā)生內(nèi)部故障時除了必須解列外，還必須滅磁，把轉(zhuǎn)子磁場盡快地減弱到最小程度，保證轉(zhuǎn)子不過的情況下，使滅磁時間盡可能縮短，是滅磁裝置的主要功能。根據(jù)額定勵磁電壓的大小可分為線性電阻滅磁和非線性電阻滅磁。

　　近十多年來，由于新技術(shù)，新工藝和新器件的涌現(xiàn)和使用，使得發(fā)電機的勵磁方式得到了不斷的發(fā)展和完善。在自動調(diào)節(jié)勵磁裝置方面，也不斷研制和推廣使用了許多新型的調(diào)節(jié)裝置。由于采用微機計算機用軟件實現(xiàn)的自動調(diào)節(jié)勵磁裝置有顯著優(yōu)點，目前很多國家都在研制和試驗用微型機計算機配以相應(yīng)的外部設(shè)備構(gòu)成的數(shù)字自動調(diào)節(jié)勵磁裝置，這種調(diào)節(jié)裝置將能實現(xiàn)自適應(yīng)最佳調(diào)節(jié)。 獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。目前采用的勵磁方式分為兩大類：一類是用直流發(fā)電機作為勵磁電源的直流勵磁機勵磁系統(tǒng)；另一類是用硅整流裝置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵磁的整流器勵磁系統(tǒng)。現(xiàn)說明如下：

　　1 。直流勵磁機勵磁 直流勵磁機通常與同步發(fā)電機同軸，采用并勵或者他勵接法。采用他勵接法時，勵磁機的勵磁電流由另一臺被稱為副勵磁機的同軸的直流發(fā)電機供給。

　　2 。靜止整流器勵磁 同一軸上有三臺交流發(fā)電機，即主發(fā)電機、交流主勵磁機和交流副勵磁機。副勵磁機的勵磁電流開始時由外部直流電源提供，待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵（有時采用永磁發(fā)電機）。副勵磁機的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵磁機，而主勵磁機的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機的勵磁繞組。

　　3 。旋轉(zhuǎn)整流器勵磁 靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵磁繞組，對于大容量的同步發(fā)電機，其勵磁電流達到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴重過熱。因此，在大容量的同步發(fā)電機中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)。主勵磁機是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。交流主勵磁機的勵磁電流由同軸的交流副勵磁機經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷勵磁系統(tǒng)。