電機自勵磁組成

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

自勵式勵磁電源取自同步電機內(nèi)部的輔助繞組或直接取自同步電機本身的出線端。同步電機自勵式勵磁系統(tǒng)中，自動勵磁調(diào)節(jié)器是重要部件。它的作用是當(dāng)同步電機的端電壓和無功功率發(fā)生變化時，能根據(jù)電壓量測比較單元和無功補償（調(diào)差）單元送回的反饋信號，自動地控制勵磁機或其他勵磁供電電源的輸出電流，達到自動調(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)電機某些運行量（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來改善電子系統(tǒng)動態(tài)性能的穩(wěn)定單元和其他補償單元等。此外，還有滅磁裝置，它是在電機內(nèi)部發(fā)生短路時,使電機的勵磁電流迅速衰減到零,從而使電機的感應(yīng)電動勢降到很低，以避免進一步損壞。2100433B

電機自勵的過程如下：電機以某一速度п旋轉(zhuǎn)時,由于電機中有剩磁，會在電樞繞組中感應(yīng)電動勢Er。在此電動勢作用下，在勵磁回路中會產(chǎn)生一個勵磁電流If1。如勵磁繞組接法正確，If1所產(chǎn)生的磁通勢將使電機中的磁場加強，電樞繞組中感應(yīng)電動勢進一步增加到E1，使勵磁電流又將增大到If2。如此相互促進，直至電機空載特性和電阻特性的交點A。在這一點上,電機的端電壓為U0，它所產(chǎn)生的勵磁電流為If1，而在這個勵磁電流If1下，電機產(chǎn)生的電動勢正好為U0，電機就穩(wěn)定工作在這一點。如果增大勵磁回路的電阻∑R，電阻特性的斜率將增大，它與空載特性的交點下移，發(fā)電機的輸出電壓就下降。當(dāng)電阻增大到某一臨界值∑Rcr時，電阻特性3與發(fā)電機空載特性幾乎相重合。此時電機電壓將不確定。若電機溫度和運行條件有一點變化，電壓就會大幅度變化。如進一步增大電阻，發(fā)電機就不能自勵建立電壓。在要求電壓能大范圍調(diào)節(jié)的場合，如同步發(fā)電機的勵磁機，可在磁極鋼片中開一個小槽，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，使電機的空載特性變得比較彎曲,這樣勵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)電機在帶負載時，負載電流在電機內(nèi)阻上的電壓降會使端電壓下降。對于自并勵電機，端電壓的下降使勵磁電流減少而導(dǎo)致電機端電壓的進一步下降。為了克服這個缺點,發(fā)電機常采用復(fù)勵，即除了并勵繞組以外，再加一個串勵繞組，串勵繞組和負載電路串聯(lián)。隨著負載的增加，串勵繞組的磁通勢增大，使電機的感應(yīng)電動勢相應(yīng)地增加，以補償負載電流在內(nèi)阻上的電壓降，從而使電機的端電壓能基本保持平穩(wěn)。

異步發(fā)電機的自勵交流勵磁的異步發(fā)電機也可以進行自勵。其交流勵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)電機一樣，要實現(xiàn)自勵，電機鐵心中必須有剩磁，利用剩磁在電樞繞組中產(chǎn)生電動勢對電容負載供電，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，使電機氣隙磁場加強，從而增大電機的感應(yīng)電動勢和容性電流。最后由于磁路飽和的影響，電機的電壓穩(wěn)定在空載特性和電容特性的交點上。它建立電壓的過程與自勵直流發(fā)電機十分相似。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)電機能自勵建壓，需要有足夠的電容，當(dāng)電容小到臨界值Ccr時,電容特性與無載特性重合，電機就不能穩(wěn)定發(fā)電。再減小電容，電機就不能自勵建立電壓。

同步電機的勵磁勵磁系統(tǒng)除了應(yīng)該能維持電機電壓以外,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、突加負載及甩負載時，能對電機強行勵磁或強行減磁，以提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，當(dāng)電機內(nèi)部發(fā)生短路事故時能對電機快速滅磁，以防止事故擴大，避免電機進一步損壞等。所以同步電機的勵磁系統(tǒng)比較復(fù)雜，種類繁多，其分類列于表。

自勵系統(tǒng)又可分為并勵和復(fù)勵兩種。并勵指僅由同步電機的電壓取得能量的自勵系統(tǒng)，復(fù)勵指由同步電機的電壓及電流兩者取得能量的自勵系統(tǒng)。并勵發(fā)電機的起勵過程圖中曲線1為發(fā)電機的磁化曲線Φ=f(If)。由于在一定轉(zhuǎn)速下電機的感應(yīng)電動勢與磁通成正比,所以曲線1同時也就是電機的空載特性曲線E0=f(If)，即電機的感應(yīng)電動勢與勵磁電流If之間的關(guān)系。而曲線2為勵磁回路的電阻特性U=If·∑R,它表示勵磁電流與電機電壓之間的關(guān)系。它實際是一條斜率為ΣR的直線。其中∑R為勵磁回路的總電阻，它包括勵磁繞組的電阻和外加的調(diào)節(jié)電阻Rr。

自勵利用電機自身所發(fā)電功率的一部分供應(yīng)本身的勵磁需要。電機采用自勵時，不需要外界單獨的勵磁電源,設(shè)備比較簡單。但如果原先電機內(nèi)部沒有磁場,它就不可能產(chǎn)生電動勢，也就不可能進行自勵。所以實現(xiàn)自勵的條件是電機內(nèi)部必須有剩磁。

電機中專門為產(chǎn)生磁場而設(shè)置的線圈組稱為勵磁繞組。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。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)，容量達百千瓦級的永磁電機已開始研制。

常規(guī)火電廠發(fā)電機的勵磁方式主要有自并勵靜止勵磁和三機勵磁兩大類，靜止勵磁中發(fā)電機的勵磁電源取自于發(fā)電機機端，通過勵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)電機的磁場繞組，整個勵磁裝置沒有轉(zhuǎn)動部件，屬于全靜態(tài)勵磁系統(tǒng)；而三機勵磁的原理是：主勵磁機、副勵磁機、發(fā)電機三機同軸，主勵磁機的交流輸出，經(jīng)過二極管整流器整流后，供給汽輪發(fā)電機勵磁。主勵磁機的勵磁，由永磁副勵磁機輸出經(jīng)可控硅整流器整流后供給。自動電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)汽輪發(fā)電機端電壓互感器、電流互感器取得的調(diào)節(jié)信號，控制可控硅整流器輸出的大小，實現(xiàn)機組勵磁的自動調(diào)節(jié)。

勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機組重要設(shè)備，主要作用是調(diào)節(jié)勵磁，以維持定子電壓穩(wěn)定；合理分配各臺機組間無功功率；在發(fā)生短路時，強行勵磁以提高系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定能力、提高輸送功率極限、擴大靜態(tài)穩(wěn)定運行的范圍。勵磁系統(tǒng)對提高發(fā)電廠的自動化水平、發(fā)電機組運行的可靠性、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，勵磁方式已從直流電機勵磁發(fā)展到可控硅勵磁，在微機自并勵靜止可控硅整流勵磁系統(tǒng)中，發(fā)電機的勵磁電流是由機端的勵磁變壓器經(jīng)過可控硅整流裝置整流后供給，自動勵磁調(diào)節(jié)器直接調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流以實現(xiàn)自動調(diào)整發(fā)電機機端電壓或無功功率，這種勵磁系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)精度高的特點，已成為勵磁系統(tǒng)發(fā)展的主流 。

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。