一、自動(dòng)勵磁調整裝要求和指標
維持發(fā)電機電壓的穩定是保證供電質(zhì)量的主要措施之一。電網(wǎng)電壓是會(huì )經(jīng)常變化的，備用電源電網(wǎng)電壓波動(dòng)比陸上大電網(wǎng)電壓波動(dòng)更為嚴重，引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)的主要原因是負載變動(dòng)。負載電流幅值變化或負載性質(zhì)變化都將引起發(fā)電機的電樞反應發(fā)生變化，從而引起發(fā)電機端電壓變化。
當電壓波動(dòng)時(shí)，通常是靠調節發(fā)電機勵磁電流的大小來(lái)進(jìn)行恒壓控制的。一個(gè)電壓自動(dòng)調整裝置實(shí)質(zhì)上是勵磁電流自動(dòng)調整裝置。調整勵磁電流既可以對電壓進(jìn)行調整，當發(fā)電機并聯(lián)運行時(shí)，它還在發(fā)電機組之間無(wú)功功率分配方面起作用。
1、對自動(dòng)勵磁調整裝置的基本要求
簡(jiǎn)單可靠，靈敏度高、穩定性好，保證電壓為一定水平，具有一定的強行勵磁能力，能合理地分配無(wú)功功率。
2、具體指標
我國《鋼質(zhì)海船入級規范》規定，發(fā)電機從空載至滿(mǎn)載，功率因數保持為額定值，主發(fā)電機的靜態(tài)電壓變化率應在±2.5％以?xún)?，應急發(fā)電機的靜態(tài)電壓變化率應在±3.5％以?xún)?；發(fā)電機突加或突減60％ 額定電流及功率因數不超過(guò)0.4（滯后）的對稱(chēng)負荷時(shí)，發(fā)電機的動(dòng)態(tài)電壓變化率應在±15％以?xún)?，電壓恢復時(shí)間不超過(guò)1.5 s；當負載突然有很大增加或發(fā)生突然短路時(shí)，電壓便會(huì )突然下降很大，勵磁系統應能保證最短的時(shí)間內，把勵磁電流升高到超過(guò)額定狀態(tài)時(shí)的最大值的強行勵磁能力，以使發(fā)電機的電壓迅速得到恢復；保證發(fā)電機依靠剩磁從靜止起動(dòng)后能迅速順利地發(fā)出規定的電壓。
二、自勵恒壓裝置分類(lèi)
同步發(fā)電機勵磁恒壓裝置的種類(lèi)較多，一般自勵恒壓裝置分為三大類(lèi)：
（1） 按發(fā)電機電壓偏差調節
發(fā)電機在運行中， 由于某種原因使得發(fā)電機輸出電壓與給定的電壓出現偏差時(shí)，調節器將根據偏差電壓的大小和極性輸出校正信號，對發(fā)電機勵磁電流進(jìn)行調節。由于被檢測量和被調量都是發(fā)電機端電壓，恒壓裝置與發(fā)電機構成一個(gè)閉環(huán)調節系統，穩態(tài)特性比較好，靜態(tài)電壓調整率一般均在土1％以?xún)?。晶閘管自勵恒壓裝置屬于這種類(lèi)型。
（2） 按負載電流和功率因數調節
發(fā)電機電壓的波動(dòng)，是由于負荷的變化和故障所引起。如果被測量是發(fā)電機的負荷電流及功率因數。再經(jīng)調壓器去調節勵磁電流來(lái)穩定發(fā)電機電壓。這時(shí)被測量和被調量不同，故構成一個(gè)開(kāi)環(huán)調節系統，靜態(tài)特性比較差，但動(dòng)態(tài)特性較好。不可控相復勵自勵恒壓裝置屬于這種類(lèi)型。
（3） 復合調節
這類(lèi)復合調節是將上述兩種調壓方式結合在一起，它是在按負載調節的基礎上采用自動(dòng)電壓調節器（AVR）。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性都比較好，是一種較理想的勵磁調節裝置?？煽叵鄰蛣钭詣詈銐貉b置屬于這種類(lèi)型。
電流疊加相復勵自勵恒壓裝置原理圖如圖7-9所示。其主要元件及其作用是：CT為電流互感器，它反映發(fā)電機負載電流的大小和相位，以進(jìn)行相復勵調壓。其原、副邊皆有抽頭可調，調整匝數可改變復勵電流分量的大小，調整定發(fā)電機的帶載后端電壓；X為移相電抗器，是一個(gè)具有氣隙的三相鐵芯電抗器， 它將發(fā)電機電壓產(chǎn)生的電流移相90°，作為電壓分量，進(jìn)行自勵起壓，線(xiàn)圈具有抽頭，調整氣隙大小或線(xiàn)圈匝數可改變電抗值大小，以改變電壓分量的大小，整定空載電壓；C1～C3為起壓諧振電容。
圖7-9 電流疊加相復勵自勵恒壓裝置
電流疊加的相復勵自勵恒壓裝置所提供的勵磁電流為兩部分：一部分是由發(fā)電機本身的電壓通過(guò)自勵回路提供的自勵電流（是勵磁電流的電壓分量），另一部分是由發(fā)電機本身的負載電流通過(guò)復勵回路提供的復勵電流（是勵磁電流的電流分量），勵磁電流的電壓分量和勵磁電流的電流分量以電流的形式在交流側進(jìn)行相量疊加成為交流側的合成勵磁電流，并經(jīng)整流后形成總的直流勵磁電流去對勵磁繞組進(jìn)行勵磁。勵磁電流隨負載電流的變化而變化，補償了由于負載電流的變化而引起的發(fā)電機端電壓的變化，使發(fā)電機的電壓得到補償。只要在設計時(shí)適當地選擇自勵恒壓裝置各元件的參數，就可以滿(mǎn)足由空載到額定負載及功率因數經(jīng)常變動(dòng)的情況下維持電壓在備用電源電氣設備《鋼質(zhì)海船入級規范》所允許的范圍內。
三、不可控相復勵裝置的特點(diǎn)
不可控相復勵裝置，雖然具有動(dòng)態(tài)性能好， 強勵能力強等特點(diǎn)，但其調壓精度不高。調壓特性的線(xiàn)性度差。為此在進(jìn)行不可控相復勵調壓的基礎上，又加上了一個(gè)按電壓偏差進(jìn)行微調的電壓校正器AVR。這就是所謂可控相復勵自勵恒壓勵磁系統。該調壓系統包括兩大部分：相復勵自勵恒壓裝置和晶閘管分流的電壓校正器。相復勵裝置的作用是實(shí)現自勵起壓，因其動(dòng)態(tài)特性很好，負責動(dòng)態(tài)電壓調整；電壓校正器AVR的作用是負責靜態(tài)電壓調整，進(jìn)一步提高電壓的調節精度。
由于可控相復勵自動(dòng)調壓裝置是帶有電壓校正器的相復勵裝置，它具有調壓精度高，無(wú)功功率分配均勻，起勵可靠，強勵倍數高，動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)，因而獲得了廣泛的應用。
四、晶閘管自勵恒壓裝置的特點(diǎn)
晶閘管自勵恒壓裝置是按發(fā)電機電壓偏差進(jìn)行自動(dòng)調壓，它是一個(gè)閉環(huán)的調節系統，具有很高的調壓精度，具有較好的動(dòng)態(tài)性能。
晶閘管自勵恒壓裝置主要由測量移相比較環(huán)節， 觸發(fā)控制環(huán)節及勵磁主回路三大環(huán)節組成。
晶閘管自勵恒壓裝置的工作原理是，當發(fā)電機電壓低于（或高于）額定值時(shí)，測量環(huán)節采樣發(fā)電機電壓并經(jīng)整流器變換為直流電壓，在比較環(huán)節與給定的基準電壓值相比較，得出偏差信號，該偏差信號經(jīng)放大后，由觸發(fā)控制回路，根據比較電路輸出的偏差電壓UK的大小和極性，移相觸發(fā)電路對晶閘管發(fā)出相應控制觸發(fā)角的脈沖，調整晶閘管的導通角，隨電壓偏差而輸出相應的勵磁電流，使電壓保持恒定， 所以具有良好的靜態(tài)電壓調整特性。
采用可控硅整流的自勵式同步發(fā)電機的調壓裝置，起勵電路通常采用蓄電池向晶閘管提供觸發(fā)電壓的方法解決起壓?jiǎn)?wèn)題；保護電路通常采用阻容吸收、硒堆吸收或快速熔斷器等。
五、勵磁機和主發(fā)電機的區別
具有同軸交流勵磁機和旋轉硅整流器的無(wú)刷同步發(fā)電機的主發(fā)電機和勵磁機都是三相同步發(fā)電機。它們在結構上的區別在于：
主發(fā)電機是旋轉磁極式的，其定子是三相交流電樞，轉子是直流勵磁繞組；而勵磁機則是旋轉電樞式同步發(fā)電機，其定子是直流勵磁繞組，轉子是三相交流電樞，與主發(fā)電機同軸，勵磁機的勵磁繞組由主發(fā)電機的電壓調整器的輸出供電。勵磁機發(fā)出的三相交流電經(jīng)三相橋式旋轉硅整流器整流后供給發(fā)電機勵磁繞組。旋轉硅整流器安裝在同步發(fā)電機轉軸上。由于整流器需承受離心力，因此對其制造和安裝工藝有一定的要求。無(wú)刷同步發(fā)電機原理上屬于他勵。
六、無(wú)功功率分配
當兩臺并聯(lián)運行發(fā)電機的電壓不相等，而頻率、相位相等時(shí)，則在兩機組之間將產(chǎn)生一個(gè)無(wú)功性質(zhì)的環(huán)流，其結果將使電壓較高的發(fā)電機輸出無(wú)功功率增大，而電壓較低的發(fā)電機輸出的無(wú)功功率減少（發(fā)電機負載電流功率因數低的， 無(wú)功功率大；功率因數高的，則無(wú)功功率?。?。同步發(fā)電機并聯(lián)運行時(shí)，通過(guò)改變發(fā)電機的勵磁電流來(lái)調節其電勢，即能調整無(wú)功輸出、實(shí)現無(wú)功功率轉移。具體調節方法是，必須同時(shí)調節兩臺發(fā)電機的勵磁電流，將功率因數低的發(fā)電機勵磁電流減小，與此同時(shí)將功率因數高的發(fā)電機勵磁電流增大，這樣就可以使兩臺發(fā)電機功率因數趨于一致，即無(wú)功功率相等。
通常同步發(fā)電機都配有自勵恒壓裝置來(lái)自動(dòng)調整發(fā)電機的電壓，因此同步發(fā)電機有一定的電壓調整規律，也稱(chēng)電壓調整特性。同步發(fā)電機的電壓調整特性是指發(fā)電機端電壓隨負載電流變化的規律，并聯(lián)運行發(fā)電機間無(wú)功功率分配的關(guān)系主要由電壓調整特性曲線(xiàn)決定，實(shí)際上是通過(guò)自勵恒壓裝置自動(dòng)調整勵磁電流，從而調整發(fā)電機電勢的辦法來(lái)實(shí)現的。發(fā)電機并聯(lián)運行時(shí)，調壓特性曲線(xiàn)應呈下傾特性，欲使發(fā)電機組之間無(wú)功功率分配均勻，要求兩臺發(fā)電機的外特性斜率相同。在備用電源上的發(fā)電機一般采用均壓線(xiàn)或電流穩定裝置兩種方法來(lái)實(shí)現無(wú)功功率的均勻分配。均壓連接方法有直流均壓連接和交流均壓連接兩種，直流均壓連接法只適用于同容量同型號發(fā)電機的并聯(lián)運行；對容量不同的同步發(fā)電機并聯(lián)運行，可采用交流均壓線(xiàn)。不可控相復勵自勵恒壓同步發(fā)電機并聯(lián)運行時(shí)，一般采用均壓線(xiàn)連接方式；可控相復勵自勵恒壓同步發(fā)電機并聯(lián)運行時(shí)，一般采用電流穩定裝置（調差裝置）實(shí)現無(wú)功功率的均勻分配； 無(wú)刷同步發(fā)電機一般采用設有差動(dòng)電流互感器的無(wú)功補償裝置來(lái)實(shí)現無(wú)功功率的均勻分配。
判斷兩機之間的無(wú)功功率分配是否均勻，可以采用以下兩種方法：
（1） 機組并聯(lián)運行，兩臺發(fā)電機功率表（有功）指示基本相同而電流表指示相差太大時(shí)，說(shuō)明無(wú)功分配裝置存在故障；
（2） 機組并聯(lián)運行，兩臺發(fā)電機功率表（有功）指示基本相同而功率因數表（ cosφ表）指示相差較大時(shí)，說(shuō)明無(wú)功分配裝置存在故障。
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