新聞主題	發(fā)電機的他勵和無(wú)刷交流勵磁系統

一、概述

      從電機學(xué)課程知識可以知道，一臺同步發(fā)電機主要由定子繞組、鐵芯、轉子繞組組成，當繞于大軸上的轉子繞組在汽輪機拖動(dòng)下高速旋轉時(shí)，若在轉子繞組中通入直流電流，該電流將在鐵芯中產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)，定子鐵芯上所繞制的空間對稱(chēng)三相繞組切割旋轉磁場(chǎng)，從而在繞組中感生三相電動(dòng)勢，若此時(shí)在發(fā)電機機端接上負荷，將有三相電流流通，發(fā)電機向外輸出功率。

      由于負荷特性的功率需求，同步發(fā)電機向系統（負荷）輸出分為兩部分，從發(fā)電機輸出電流來(lái)看，與發(fā)電機端電壓同相的稱(chēng)為電流的有功分量，該分量與電壓構成發(fā)電機輸出的有功功率；與發(fā)電機端電壓相差90°的稱(chēng)為電流的無(wú)功分量，該分量與電壓構成發(fā)電機輸出的無(wú)功功率。同步發(fā)電機是電力系統中最重要的無(wú)功功率電源。

      要實(shí)現同步發(fā)電機將機械功率轉化為電磁功率輸出，必須有勵磁功率單元。勵磁功率單元的容量約為同步發(fā)電機的0.2％～0.6％，額定電壓400～2000V。同步發(fā)電機的勵磁功率單元作為發(fā)電機的專(zhuān)用可控的直流電源，應具有高度的可靠性、足夠的調節容量以及一定的強勵倍數和勵磁電壓響應速度等特點(diǎn)。同步發(fā)電機的勵磁功率單元有直流發(fā)電機供電、自勵整流供電、交流勵磁機經(jīng)整流供電三種方式。

二、交流勵磁機勵磁系統

      交流勵磁機勵磁系統的特征是由交流勵磁機提供勵磁功率，經(jīng)整流成直流電流后輸入同步發(fā)電機轉子繞組。從整流器的安排上可以分成靜止整流和旋轉整流兩種方式。

1、靜止整流器勵磁系統

      他勵交流勵磁機靜止整流器勵磁系統的勵磁機由兩部分構成，即主交流勵磁機和副交流勵磁機，見(jiàn)圖1。兩勵磁機的轉子軸與同步發(fā)電機主軸連接，以相同轉速旋轉。

      主勵磁機采用他勵形式，即其自身需要的勵磁功率是由副勵磁機提供的；而副勵磁機采用自勵形式（也可采用永磁機），即其自身需要的勵磁功率是由副勵磁機機端取得的。

      主交流勵磁機和副交流勵磁機輸出的三相交流電壓經(jīng)整流器整流成直流電流，分別輸入同步發(fā)電機轉子繞組和主交流勵磁機轉子繞組。

      由于發(fā)電機轉子是高速旋轉的，因此我們面臨著(zhù)一個(gè)問(wèn)題，如何將直流電流送入旋轉的發(fā)電機轉子中。解決的一種方法是采用電刷，將其緊貼在轉子繞組的滑環(huán)上，提供直流電流通路。該種方法需經(jīng)常更換被磨損的電刷，需采取有效的防電火花措施。這在當前大量使用氫氣進(jìn)行機組冷卻方式下尤為重要。

      為減少整流后直流電壓中含有的紋波及提高效率，主交流勵磁機和副交流勵磁機增加磁極對數，所輸出的三相交流電的頻率分別為100Hz和400Hz。

2、交流勵磁機旋轉整流器

      為解決將直流電流送入旋轉的發(fā)電機轉子中的問(wèn)題，產(chǎn)生了旋轉整流的方式。主要的方案是將主勵磁機改為主磁場(chǎng)固定不動(dòng)，而把交流繞組跟隨同步發(fā)電機的主軸同速旋轉，并在主勵磁機交流繞組（旋轉的）與同步發(fā)電機的轉子之間安裝整流器，該整流器與發(fā)電機大軸固定同步旋轉，主勵磁機交流繞組所產(chǎn)生的三相電壓經(jīng)整流器整流成直流電壓，無(wú)轉速差地加在同步發(fā)電機的轉子繞組上，無(wú)需電刷的靜止→旋轉的傳遞，即這種方式不需要電刷，故也稱(chēng)無(wú)刷勵磁。副勵磁機采用永磁發(fā)電機，不需要啟動(dòng)電源，勵磁系統見(jiàn)圖2。

      采用無(wú)刷勵磁方式解決了電刷問(wèn)題，具有以下特點(diǎn)。

（1）無(wú)炭刷和滑環(huán)，維護工作量可大為減少。

（2）發(fā)電機勵磁由勵磁機獨立供電，供電可靠性高；并且由于無(wú)刷，整個(gè)勵磁系統可靠性更高。

（3）發(fā)電機勵磁控制是通過(guò)調節交流勵磁機的勵磁實(shí)現的，因而勵磁系統的響應速度較慢。為提高其響應速度，除前述勵磁機轉子采用疊片結構外，還采用減小繞組電感、取消極面阻尼繞組等措施。另外，在發(fā)電機勵磁控制策略上還采取相應措施-增加勵磁機勵磁繞組頂值電壓，引入轉子電壓深度負反饋以減小勵磁機的等值時(shí)間常數。

（4）發(fā)電機轉子及其勵磁電路都隨軸旋轉，因此在轉子回路中不能接入滅磁設備，發(fā)電機轉子回路無(wú)法實(shí)現直接滅磁，也無(wú)法實(shí)現對勵磁系統的常規檢測（如轉子電流、電壓，轉子絕緣，熔斷器熔斷信號等），必須采用特殊的測試方法。

（5）要求旋轉整流器和快速熔斷器等有良好的機械性能，能承受高速旋轉的離心力。

（6）因為沒(méi)有接觸部件的磨損，所以也就沒(méi)有炭粉和銅末引起的對電機繞組的污染，故電機的絕緣壽命較長(cháng)。

圖1 他勵交流發(fā)電機勵磁機整流器勵磁系統

圖2 交流發(fā)電機勵磁機無(wú)刷勵磁系統原理圖

 

三、靜止勵磁系統

      靜止勵磁系統（發(fā)電機自并勵系統）中發(fā)電機的勵磁電源不用勵磁機，而由機端勵磁變壓器供給整流裝置。這類(lèi)勵磁裝置采用大功率晶閘管元件，沒(méi)有轉動(dòng)部分，故稱(chēng)靜止勵磁系統。由于勵磁電源由發(fā)電機本身提供，又稱(chēng)為發(fā)電機自并勵系統。

      靜止勵磁系統如圖3所示。它由機端勵磁變壓器供電給整流器電源，經(jīng)三相全控整流橋直接控制發(fā)電機的勵磁。靜止勵磁系統的主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）勵磁系統接線(xiàn)和設備比較簡(jiǎn)單，無(wú)轉動(dòng)部分，維護費用少，可靠性高；

（2）不需要同軸勵磁機，可縮短主軸長(cháng)度，這樣可減少基建投資；

（3）直接用晶閘管控制轉子電壓，可獲得很快的勵磁電壓響應速度，可近似認為具有階躍函數那樣的響應速度；

（4）由發(fā)電機機端取得勵磁能量。機端電壓與機組轉速的一次方成正比，故靜止勵磁系統輸出的勵磁電壓與機組轉速的一次方成比例；而同軸勵磁機勵磁系統給出的勵磁電壓與轉速的平方成正比，這樣，當機組甩負荷時(shí)靜止勵磁系統機組的過(guò)電壓就低。

      靜止勵磁系統特別適宜用于發(fā)電機與系統間有升壓變壓器的單元接線(xiàn)中。由于發(fā)電機引出線(xiàn)采用封閉母線(xiàn)，機端電壓引出線(xiàn)故障的可能性極小，設計時(shí)只需考慮在變壓器高壓側三相短路時(shí)勵磁系統有足夠的電壓即可。

發(fā)電機靜止勵磁系統

 

 

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