發(fā)電機(jī)自勵磁發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)是供給同步發(fā)電機(jī)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(jī)勵磁系統(tǒng)包括直流勵磁機(jī)、無勵磁機(jī)、交流勵磁機(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。

自勵磁現(xiàn)象乃是同步電機(jī)內(nèi)部電磁能量交換的一種不穩(wěn)定工作狀態(tài)，可分為同步自勵磁和異步自勵磁。

發(fā)電機(jī)帶空載長線路自勵磁問題實質(zhì)上是一種參數(shù)諧振現(xiàn)象。同步發(fā)電機(jī)的自勵磁現(xiàn)象是指無勵磁發(fā)電機(jī)在過大的電容性負(fù)荷下電壓自發(fā)上升的現(xiàn)象，建立的電壓值可能很高。當(dāng)發(fā)電機(jī)空載帶長線路時，相當(dāng)于帶了一個容性負(fù)載，如果發(fā)電機(jī)有剩磁，則機(jī)端會有一個幅值較小的電壓，此電壓加在容性負(fù)載上，系統(tǒng)將產(chǎn)生容性電流，該容性電流對發(fā)電機(jī)產(chǎn)生助磁效應(yīng)。

隨著勵磁電流增大，機(jī)端電壓增高，系統(tǒng)中的容性電流也將增大，助磁效應(yīng)增強，機(jī)端電壓又將上升。如此反復(fù)，機(jī)端電壓將越來越高，但由于實際存在磁路的飽和特性，所以機(jī)端電壓不會無限增大，而會穩(wěn)定在某個定值，即最后有一個穩(wěn)態(tài)結(jié)果。

因此可以說，所謂的發(fā)電機(jī)自勵磁就是在電容性負(fù)荷條件下，發(fā)電機(jī)發(fā)出反應(yīng)功率并建立了一個對應(yīng)于某一飽和直軸同步電抗(飽和粕值)的穩(wěn)態(tài)運行方式。所建立的電壓的大小和線路的長度和發(fā)電機(jī)參數(shù)有關(guān)。當(dāng)發(fā)電機(jī)參數(shù)一定時，線路越長，電壓越高，甚至?xí)_(dá)到非常大的數(shù)值，危及系統(tǒng)的正常運行和設(shè)備的安全。

電機(jī)自勵的過程如下：電機(jī)以某一速度п旋轉(zhuǎn)時,由于電機(jī)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(jī)中的磁場加強，電樞繞組中感應(yīng)電動勢進(jìn)一步增加到E1，使勵磁電流又將增大到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A。在這一點上,電機(jī)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(jī)產(chǎn)生的電動勢正好為U0，電機(jī)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(jī)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(jī)空載特性幾乎相重合。此時電機(jī)電壓將不確定。若電機(jī)溫度和運行條件有一點變化，電壓就會大幅度變化。如進(jìn)一步增大電阻，發(fā)電機(jī)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(jī)的勵磁機(jī)，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(jī)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(jī)在帶負(fù)載時，負(fù)載電流在電機(jī)內(nèi)阻上的電壓降會使端電壓下降。對于自并勵電機(jī)，端電壓的下降使勵磁電流減少而導(dǎo)致電機(jī)端電壓的進(jìn)一步下降。為了克服這個缺點,發(fā)電機(jī)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(fù)載電路串聯(lián)。隨著負(fù)載的增加，串勵繞組的磁通勢增大，使電機(jī)的感應(yīng)電動勢相應(yīng)地增加，以補償負(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)的自勵交流勵磁的異步發(fā)電機(jī)也可以進(jìn)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(jī)一樣，要實現(xiàn)自勵，電機(jī)鐵心中必須有剩磁，利用剩磁在電樞繞組中產(chǎn)生電動勢對電容負(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，從而增大電機(jī)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(jī)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(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(jī)就不能穩(wěn)定發(fā)電。再減小電容，電機(jī)就不能自勵建立電壓。

同步電機(jī)的勵磁勵磁系統(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，能對電機(jī)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(jī)內(nèi)部發(fā)生短路事故時能對電機(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(jī)的電壓取得能量的自勵系統(tǒng)，復(fù)勵指由同步電機(jī)的電壓及電流兩者取得能量的自勵系統(tǒng)。并勵發(fā)電機(jī)進(jìn)行自勵的條件和起勵過程如圖1和圖2所示。圖1是并勵直流發(fā)電機(jī)的原理接線圖。圖2為其起勵過程。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)電動勢與磁通成正比,所以曲線1同時也就是電機(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(jī)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。

發(fā)電機(jī)自勵磁系統(tǒng)組成

勵磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)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(zhǔn)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(jī)組的穩(wěn)定性具有相當(dāng)大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導(dǎo)致機(jī)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(jī)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(jī)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(zhǔn)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(jī)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(jī)的重要組成部份，它對電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身的安全穩(wěn)定運行有很大的影響。[1]

發(fā)電機(jī)自勵磁主要作用

勵磁系統(tǒng)的主要作用有：1）根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持機(jī)端電壓為給定值；2）控制并列運行各發(fā)電機(jī)間無功功率分配；3）提高發(fā)電機(jī)并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性；4）提高發(fā)電機(jī)并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性；5）在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進(jìn)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(jī)實行最大勵磁限制及最小勵磁限制 。2100433B

常規(guī)火電廠發(fā)電機(jī)的勵磁方式主要有自并勵靜止勵磁和三機(jī)勵磁兩大類，靜止勵磁中發(fā)電機(jī)的勵磁電源取自于發(fā)電機(jī)機(jī)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(jī)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(jī)勵磁的原理是：主勵磁機(jī)、副勵磁機(jī)、發(fā)電機(jī)三機(jī)同軸，主勵磁機(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)勵磁。主勵磁機(jī)的勵磁，由永磁副勵磁機(jī)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(jī)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(jī)組勵磁的自動調(diào)節(jié)。

勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組重要設(shè)備，主要作用是調(diào)節(jié)勵磁，以維持定子電壓穩(wěn)定；合理分配各臺機(jī)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(kuò)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(jī)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(jī)勵磁發(fā)展到可控硅勵磁，在微機(jī)自并勵靜止可控硅整流勵磁系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的勵磁電流是由機(jī)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(jī)的勵磁電流以實現(xiàn)自動調(diào)整發(fā)電機(jī)機(jī)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 。

采用直流勵磁機(jī)供電的勵磁系統(tǒng)，在過去的十幾年間，是同步發(fā)電機(jī)的主要勵磁系統(tǒng)。長期的運行經(jīng)驗證明，這種勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點是：具有獨立的不受外系統(tǒng)干擾的勵磁電源，調(diào)節(jié)方便。