電機(jī)勵(lì)磁方式

一般的電機(jī)多采用電流勵(lì)磁。勵(lì)磁的方式分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類。

電機(jī)勵(lì)磁方式他勵(lì)

由獨(dú)立的電源為電機(jī)勵(lì)磁繞組提供所需的勵(lì)磁電流。例如用獨(dú)立的直流電源為直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組供電；由交流電源對(duì)異步電機(jī)的電樞繞組供電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等等。前者為直流勵(lì)磁，后者為交流勵(lì)磁。同步電機(jī)按電網(wǎng)的情況,可以是轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組直流勵(lì)磁,也可以定子上由電網(wǎng)提供交流勵(lì)磁，一般以直流勵(lì)磁為主。如直流勵(lì)磁不足，則從電網(wǎng)輸入滯后的無(wú)功電流對(duì)電機(jī)補(bǔ)充勵(lì)磁；如直流勵(lì)磁過(guò)強(qiáng)，則電機(jī)就向電網(wǎng)輸出滯后的無(wú)功電流,使電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)削弱。采用直流勵(lì)磁時(shí),勵(lì)磁回路中只有電阻引起的電壓降,所需勵(lì)磁電壓較低,勵(lì)磁電源的容量較小。采用交流勵(lì)磁時(shí)，由于勵(lì)磁線圈有很大的電感電抗，所需勵(lì)磁電壓要高得多，勵(lì)磁電源的容量也大得多。

他勵(lì)式勵(lì)磁電源，原來(lái)常用直流勵(lì)磁機(jī)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已較多地采用交流勵(lì)磁機(jī)經(jīng)半導(dǎo)體整流后對(duì)勵(lì)磁繞組供電的方式勵(lì)磁。勵(lì)磁調(diào)節(jié)可以通過(guò)調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)；也可以在交流勵(lì)磁機(jī)輸出電壓基本保持不變的情況下，利用可控整流調(diào)節(jié)。后者調(diào)節(jié)比較快速，還可以方便地利用可控整流橋的逆變工作狀態(tài)達(dá)到快速滅磁和減磁，從而取消常用的滅磁開(kāi)關(guān)。前一種方式，整流元件為二極管，如把它和交流勵(lì)磁機(jī)電樞繞組、同步電機(jī)勵(lì)磁繞組一起都裝在轉(zhuǎn)子上，則勵(lì)磁電流就可以直接由交流勵(lì)磁機(jī)經(jīng)整流橋輸入勵(lì)磁繞組,不再需要集電環(huán)和電刷，可構(gòu)成無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng),為電機(jī)的運(yùn)行、維護(hù)帶來(lái)很多方便。當(dāng)然整流元件、快速熔斷器等器件在運(yùn)行中均處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，要承受相當(dāng)大的離心力，這在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須加以考慮。

電機(jī)勵(lì)磁方式自勵(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(jiǎn)單。但如果原先電機(jī)內(nèi)部沒(méi)有磁場(chǎng),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。

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)進(jìn)行自勵(lì)的條件和起勵(lì)過(guò)程如圖1和圖2所示。圖1是并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的原理接線圖。圖2為其起勵(lì)過(guò)程。其中曲線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E 0=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)勵(lì)磁方式電機(jī)自勵(lì)過(guò)程

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(chǎng)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(chǎng)合，如同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)，可在磁極鋼片中開(kāi)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(kāi)始飽和，使電機(jī)的空載特性變得比較彎曲（圖3）,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,如圖4曲線1所示。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)，如圖4曲線2所示。

電機(jī)勵(lì)磁方式同步電機(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(wú)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)勵(lì)磁方式勵(lì)磁系統(tǒng)分類

同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的分類如下：

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(jiǎn)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(wú)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(wú)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(wú)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(guò)引入轉(zhuǎn)速或頻率等附加信號(hào)來(lái)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。

用以激勵(lì)磁路中磁通的載流線圈稱為勵(lì)磁線圈（或勵(lì)磁繞組），勵(lì)磁線圈中的電流稱為勵(lì)磁電流（或激磁電流）。若勵(lì)磁電流為直流，磁路中的磁通是恒定的，不隨時(shí)間而變化，這種磁路稱為直流磁路；直流電機(jī)的磁路就屬于這一類。若勵(lì)磁電流為交流，磁路中的磁通隨時(shí)間交變變化，這種磁路稱為交流磁路；交流鐵心線圈、變壓器和感應(yīng)電機(jī)的磁路都屬于這一類。

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(chǎng)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（圖5）。它建立電壓的過(guò)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(wú)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。

現(xiàn)代大容量發(fā)電機(jī)有的采用交流勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流。交流勵(lì)磁機(jī)也裝在發(fā)電機(jī)大軸上，它輸出的交流電流經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，此時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式屬他勵(lì)磁方式，又由于采用靜止的整流裝置，故又稱為他勵(lì)靜止勵(lì)磁，交流副勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流。交流副勵(lì)磁機(jī)可以是永磁機(jī)或是具有自勵(lì)恒壓裝置的交流發(fā)電機(jī)。為了提高勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度，交流勵(lì)磁機(jī)通常采用100——200HZ的中頻發(fā)電機(jī)，而交流副勵(lì)磁機(jī)則采用400——500HZ的中頻發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的直流勵(lì)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(méi)有繞組，像個(gè)齒輪，因此，它沒(méi)有電刷，滑環(huán)等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部件，具有工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是噪音較大，交流電勢(shì)的諧波分量也較大。

勵(lì)磁就是向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)子電源的裝置 根據(jù)直流電機(jī)勵(lì)磁方式的不同，可分為他勵(lì)磁，并勵(lì)磁，串勵(lì)磁，復(fù)勵(lì)磁等方式，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，勵(lì)磁就是控制定子的電壓使其產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化，改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。