電機(jī)自勵(lì)磁

自勵(lì)系統(tǒng)又可分為并勵(lì)和復(fù)勵(lì)兩種。并勵(lì)指僅由同步電機(jī)的電壓取得能量的自勵(lì)系統(tǒng)，復(fù)勵(lì)指由同步電機(jī)的電壓及電流兩者取得能量的自勵(lì)系統(tǒng)。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的起勵(lì)過程圖中曲線1為發(fā)電機(jī)的磁化曲線Φ=f(If)。由于在一定轉(zhuǎn)速下電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通成正比,所以曲線1同時(shí)也就是電機(jī)的空載特性曲線E0=f(If)，即電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁電流If之間的關(guān)系。而曲線2為勵(lì)磁回路的電阻特性U=If·∑R,它表示勵(lì)磁電流與電機(jī)電壓之間的關(guān)系。它實(shí)際是一條斜率為ΣR的直線。其中∑R為勵(lì)磁回路的總電阻，它包括勵(lì)磁繞組的電阻和外加的調(diào)節(jié)電阻Rr。

電機(jī)自勵(lì)的過程如下：電機(jī)以某一速度п旋轉(zhuǎn)時(shí),由于電機(jī)中有剩磁，會(huì)在電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Er。在此電動(dòng)勢(shì)作用下，在勵(lì)磁回路中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)勵(lì)磁電流If1。如勵(lì)磁繞組接法正確，If1所產(chǎn)生的磁通勢(shì)將使電機(jī)中的磁場加強(qiáng)，電樞繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)一步增加到E1，使勵(lì)磁電流又將增大到If2。如此相互促進(jìn)，直至電機(jī)空載特性和電阻特性的交點(diǎn)A。在這一點(diǎn)上,電機(jī)的端電壓為U0，它所產(chǎn)生的勵(lì)磁電流為If1，而在這個(gè)勵(lì)磁電流If1下，電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)正好為U0，電機(jī)就穩(wěn)定工作在這一點(diǎn)。如果增大勵(lì)磁回路的電阻∑R，電阻特性的斜率將增大，它與空載特性的交點(diǎn)下移，發(fā)電機(jī)的輸出電壓就下降。當(dāng)電阻增大到某一臨界值∑Rcr時(shí)，電阻特性3與發(fā)電機(jī)空載特性幾乎相重合。此時(shí)電機(jī)電壓將不確定。若電機(jī)溫度和運(yùn)行條件有一點(diǎn)變化，電壓就會(huì)大幅度變化。如進(jìn)一步增大電阻，發(fā)電機(jī)就不能自勵(lì)建立電壓。在要求電壓能大范圍調(diào)節(jié)的場合，如同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)，可在磁極鋼片中開一個(gè)小槽，使磁路中出現(xiàn)狹窄區(qū)域。這些區(qū)域在比較小的磁通下就開始飽和，使電機(jī)的空載特性變得比較彎曲,這樣勵(lì)磁回路電阻特性能在較大范圍內(nèi)和空載特性確定相交，從而獲得較廣的調(diào)壓范圍。

發(fā)電機(jī)在帶負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流在電機(jī)內(nèi)阻上的電壓降會(huì)使端電壓下降。對(duì)于自并勵(lì)電機(jī)，端電壓的下降使勵(lì)磁電流減少而導(dǎo)致電機(jī)端電壓的進(jìn)一步下降。為了克服這個(gè)缺點(diǎn),發(fā)電機(jī)常采用復(fù)勵(lì)，即除了并勵(lì)繞組以外，再加一個(gè)串勵(lì)繞組，串勵(lì)繞組和負(fù)載電路串聯(lián)。隨著負(fù)載的增加，串勵(lì)繞組的磁通勢(shì)增大，使電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相應(yīng)地增加，以補(bǔ)償負(fù)載電流在內(nèi)阻上的電壓降，從而使電機(jī)的端電壓能基本保持平穩(wěn)。

異步發(fā)電機(jī)的自勵(lì)交流勵(lì)磁的異步發(fā)電機(jī)也可以進(jìn)行自勵(lì)。其交流勵(lì)磁電流須由電容器供給,利用LC并聯(lián)諧振的原理建立電壓。與直流發(fā)電機(jī)一樣，要實(shí)現(xiàn)自勵(lì)，電機(jī)鐵心中必須有剩磁，利用剩磁在電樞繞組中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)對(duì)電容負(fù)載供電，輸出容性電流。由于輸出相位超前的容性電流，相當(dāng)于輸入滯后的感性電流，它具有助磁作用，使電機(jī)氣隙磁場加強(qiáng)，從而增大電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和容性電流。最后由于磁路飽和的影響，電機(jī)的電壓穩(wěn)定在空載特性和電容特性的交點(diǎn)上。它建立電壓的過程與自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)十分相似。只是用電容特性代替了電阻特性。電容特性的斜率為。為保證異步發(fā)電機(jī)能自勵(lì)建壓，需要有足夠的電容，當(dāng)電容小到臨界值Ccr時(shí),電容特性與無載特性重合，電機(jī)就不能穩(wěn)定發(fā)電。再減小電容，電機(jī)就不能自勵(lì)建立電壓。

同步電機(jī)的勵(lì)磁勵(lì)磁系統(tǒng)除了應(yīng)該能維持電機(jī)電壓以外,還有其他一系列要求,如在調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率和在電力系統(tǒng)發(fā)生突然短路、突加負(fù)載及甩負(fù)載時(shí)，能對(duì)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁或強(qiáng)行減磁，以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，當(dāng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路事故時(shí)能對(duì)電機(jī)快速滅磁，以防止事故擴(kuò)大，避免電機(jī)進(jìn)一步損壞等。所以同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)比較復(fù)雜，種類繁多，其分類列于表。

電機(jī)中專門為產(chǎn)生磁場而設(shè)置的線圈組稱為勵(lì)磁繞組。由于受永磁材料性能的限制，利用永久磁鐵建立的磁場比較弱，它主要用于小容量電機(jī)。但是隨著新型永磁材料的出現(xiàn)，特別是高磁能積的稀土材料如稀土鈷、釹鐵硼的出現(xiàn)，容量達(dá)百千瓦級(jí)的永磁電機(jī)已開始研制。

自勵(lì)利用電機(jī)自身所發(fā)電功率的一部分供應(yīng)本身的勵(lì)磁需要。電機(jī)采用自勵(lì)時(shí)，不需要外界單獨(dú)的勵(lì)磁電源,設(shè)備比較簡單。但如果原先電機(jī)內(nèi)部沒有磁場,它就不可能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，也就不可能進(jìn)行自勵(lì)。所以實(shí)現(xiàn)自勵(lì)的條件是電機(jī)內(nèi)部必須有剩磁。

同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁電源、手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和滅磁裝置等組成。勵(lì)磁電源也分為自勵(lì)式和他勵(lì)式兩大類。他勵(lì)式設(shè)備比較龐大，但調(diào)節(jié)性能較好，而自勵(lì)式電源比較簡單，但是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障，電網(wǎng)電壓嚴(yán)重下降時(shí)，其勵(lì)磁電流可能反而減少，使電網(wǎng)電壓情況更為惡化。勵(lì)磁電壓影響電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，為此必須采取適當(dāng)?shù)脑O(shè)備保護(hù)措施。

自勵(lì)式勵(lì)磁電源取自同步電機(jī)內(nèi)部的輔助繞組或直接取自同步電機(jī)本身的出線端。同步電機(jī)自勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng)中，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是重要部件。它的作用是當(dāng)同步電機(jī)的端電壓和無功功率發(fā)生變化時(shí)，能根據(jù)電壓量測(cè)比較單元和無功補(bǔ)償（調(diào)差）單元送回的反饋信號(hào)，自動(dòng)地控制勵(lì)磁機(jī)或其他勵(lì)磁供電電源的輸出電流，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)端電壓和無功功率的目的。此外，調(diào)節(jié)器中還有一些輔助調(diào)節(jié)裝置，例如用以限制發(fā)電機(jī)某些運(yùn)行量（如轉(zhuǎn)子電流，定子電流等）的限制單元；通過引入轉(zhuǎn)速或頻率等附加信號(hào)來改善電子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的穩(wěn)定單元和其他補(bǔ)償單元等。此外，還有滅磁裝置，它是在電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路時(shí),使電機(jī)的勵(lì)磁電流迅速衰減到零,從而使電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)降到很低，以避免進(jìn)一步損壞。2100433B

常規(guī)火電廠發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式主要有自并勵(lì)靜止勵(lì)磁和三機(jī)勵(lì)磁兩大類，靜止勵(lì)磁中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源取自于發(fā)電機(jī)機(jī)端，通過勵(lì)磁變壓器降壓后供給可控硅整流裝置，可控硅整流變成直流后，再通過滅磁開關(guān)引入至發(fā)電機(jī)的磁場繞組，整個(gè)勵(lì)磁裝置沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，屬于全靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)；而三機(jī)勵(lì)磁的原理是：主勵(lì)磁機(jī)、副勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)三機(jī)同軸，主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出，經(jīng)過二極管整流器整流后，供給汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，由永磁副勵(lì)磁機(jī)輸出經(jīng)可控硅整流器整流后供給。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)端電壓互感器、電流互感器取得的調(diào)節(jié)信號(hào)，控制可控硅整流器輸出的大小，實(shí)現(xiàn)機(jī)組勵(lì)磁的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組重要設(shè)備，主要作用是調(diào)節(jié)勵(lì)磁，以維持定子電壓穩(wěn)定；合理分配各臺(tái)機(jī)組間無功功率；在發(fā)生短路時(shí)，強(qiáng)行勵(lì)磁以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定能力、提高輸送功率極限、擴(kuò)大靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的范圍。勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)提高發(fā)電廠的自動(dòng)化水平、發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要的作用。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，勵(lì)磁方式已從直流電機(jī)勵(lì)磁發(fā)展到可控硅勵(lì)磁，在微機(jī)自并勵(lì)靜止可控硅整流勵(lì)磁系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流是由機(jī)端的勵(lì)磁變壓器經(jīng)過可控硅整流裝置整流后供給，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直接調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓或無功功率，這種勵(lì)磁系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)精度高的特點(diǎn)，已成為勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)展的主流 。

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

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)包括直流勵(lì)磁機(jī)、無勵(lì)磁機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)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(jī)的勵(lì)磁方式得到了不斷的發(fā)展和完善。在自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)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。