通信工程师考试同步发电机的励磁系统

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5.3.4 同步发电机的励磁系统

励磁绕组的直流供电线路和装置称为励磁系统，这是同步发电机必不可少的东要组成部分，其主要作用如下。

（1）在正常运行条件下为同步发电机提供励磁电流，并能根据发电机负载的变化作相应地调整，以维持发电机端电压基本不变。

（2）当外部线路发生短路故障、发电机端电压严重下降时，对发电机进行强行励磁，以提高运行的稳定性。

（3）当发电机突然甩负荷时，实现强行减磁以限制发电机端电压过度增高。

获得直流励磁电流的方法称为同步发电机的励磁方式。励磁方式可分为自励方式和他励方式两大类。自励方式就是利用二极锌或晶闸管整流器将发电机自身发出的交流电（发电机电枢绕组或专门的谐波附加绕组产生的交流电〉经过整流后送给励磁绕组。自励方式根据有无串联变压器（反映发电机电流用）可分为自并励和自复励两种方式。他励方式就是发电机所葙的励磁电流取自于其他电源，例如，直流励磁机或交流励磁机。一些小型同步发电机的励磁方式，多采用直流励磁机、自励式半导体励磁系统和三次谐波励磁系统等。

1.直流励磁机

直流励磁机就足直流发电机。直流励磁机励磁是同步发电机采用的传统励磁方式。励磁机与同步发电机采用同轴式或背包式，由同一原动机带动。

常用的直流励磁机多是并励直流发电机。为了加快励磁电压增长速度，并能在较低电压下稳定工作，有时也采用他励直流发电机，这样就须再用一台直流发电机来供给直流励磁机本身的励磁电流。这种励磁方式的特点是整个系统比较简单，励磁机只和原动机有关，而与外电网无直接联系，当电网发生故障时不会影响到励磁系统的正常运行，在中小型汽轮发电机中有广泛应用。

2.交流励磁机

直流励磁机励磁方式虽然在技术上比较成熟，经验上也比较丰富，但它尚有不少固有的缺点。如制造工艺复杂，成本高，要经常维修，工作也不完全可靠。尤其是现代发电机单机容量日益增大（已达100万kW以上），而目前生产的最大直流励磁机的容量为600-700kW,只能配15万kW到20万kW左右的发电机。所以近年来大容量的发电机逐步采用了半导体励磁系统。下面介绍一种交流励磁机励磁系统。

采用交流励磁机的励磁系统原理图如阁5-27所示。这套励磁系统包括一台交流主励磁机、一台交流副励磁机和三套整流装交流主励磁机E,为一台中频（100Hz）三相发电机，其输出电压通过硅整流器整流后供给同步发电机G的励磁电流。交流副励磁机E2也是一台中频（400Hz）的三相发电机，它的输出电压一方面通过晶闸管整流器整流供给主励磁机的励磁电流，同时还需要经整流器供给自身所需要的励磁电流。自动调励装置的作用是根据发电的电压和电流，经电压、电流互感器以及自动电压调整器来改变晶闸管的控制角，以改变主励磁机的励磁电流实现自动调压，这种励磁系统的容量比较大，它没有直流励磁机的那些缺点。我因10万、12.5万、30万kW的汽轮发电机均采用此种励磁系统。

此外，还有无刷励磁方式。它将硅整流器装在发电机的旋转部分，和转子一起旋转。交流励磁机E1制成旋转电枢式，这样就不需要电刷和滑环。与发电机同轴的交流励磁机E1,的电枢电压，直接送入旋转整流器，经整流后送入发电机的转子绕组。为了完全取消电刷，副励磁机E2也常采用永磁式或感应式中频励磁机。

3.三次谐波励磁

近年来一些小型同步发电机常采用三次谐波励磁方式，这种方式由发电机本身兼作交流励磁机，故厉于自励方式。

同步发电机气隙中磁通密度的分布严格说不是正弦波，而是非正弦波，除了基波外尚有奇次谐波，其中主要是三次谐波。同样电枢反应磁场的磁通密度分布也是非正弦波，当然也存在三次谐波。这种励磁方式就是利用同步发电机气隙合成磁场的三次谐波B=f/（x），在定子的谐波绕组（在定子铁心槽内黾独嵌放的辅助绕组，它与主绕组无电的联系）中感应出三次谐波电动势，经整流后的直流电流，作为励磁绕组中的励磁电流。

在小型同步发电机的三次谐波励磁装置中，一般三次谐波励磁的原理图采用单相谐波绕组S1S2和单相桥式整流电路，如图5-28所示。图中的变阻器用于手动调整电压，熔断器用来实现过流保护。在大、中型发电机的三次谐波励磁装置中，一般采用三次谐波绕组和三相晶闸管整流器，并装有自动励磁调节器。

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