章：励磁系统概述

节：同步发机电励磁系统介绍

　　它励可控硅励磁系统主要的优点是在发电站出口四周发生短路故障时，强励能力强，有益于提高系统的暂态稳定水平，在故障切除时间比力长、系统容量相对小的50、60年月这一优点是很突出的。可是，随着电力系统装机容量的增年夜，快速庇护的运用，故障切除时间的缩短，它励可控硅励磁系统的优势已不是很较着。自并励可控硅励磁系统的优点是结构简单，元部件少，其励磁电源来自机端变压器，无旋转部件，运行靠得住性高，维护工作量小。且由于变压器容量的变更比交流励磁机的变更更简单、容易，因而更经济，更容易知足分歧电力系统、分歧电站的暂态稳定水平对励磁系统强励倍数的分歧要求。

　　它励可控硅励磁系统的错误谬误是由于交流励磁机长短尺度产物，难以尺度化，即使是同容量的发机电,尤其是水轮发机电，由于水头、转速的分歧，强励倍数的分歧，交流励磁机的容量、尺寸也分歧，是以，价格较自并励可控硅励磁系统贵。另外它励可控硅励磁系统与自并励可控硅励磁系统相比力，元部件多，又有旋转部件，靠得住性相对较低，运行维护量年夜。自并励可控硅励磁系统的错误谬误是它的励磁电源来自觉机电端，受发机电机端电压变化的影响。当发机电机端电压下降时其强励能力下降，对电力系统的暂态稳定晦气。不外随着电力系统中快速庇护的运用，故障切除时间的缩短，且自并励可控硅励磁系统可以经由过程变压器灵活地选择强励倍数，可以较好地知足电力系统暂态稳定水平的要求。

　综合斟酌技术和经济两方面身分，推荐在发机电组采用自并励快速励磁方式。为验证其准确性，经由过程稳定计较研究了满发时发机电组采用自并励励磁方式的稳定情况，计较成效讲明，发机电组采用自并励励磁方式可知足系统稳定的要求，但必需同时加装电力系统稳定器(PSS)。

　　直流机励磁方式是采用直流发机电作为励磁电源，供给发机电转子回路的励磁电流。其中直流发机电称为直流励磁机，其优点是与无励磁机系统比力，厂用电率较低。错误谬误是直流励磁机存在整流环，功率过年夜时制造有一定坚苦，100MW以上汽轮发机电组难以采用。直流励磁机一般与发机电同轴，励磁电畅通流畅过换向器和电刷供给发机电转子磁电流，形成有碳刷励磁。直流机励磁方式又可分为自励式和它励式。专门用来给同步发机电转子回路供电的直流发机电系统称为直流励磁机系统，它励直流励磁方式，就是在它励系统中增加副励磁机，用来供给励磁机的励磁电流，副励磁机FL为主励磁机JL的励磁机，副励磁机与主励磁机均与发机电同轴。与自励直流励磁机系统比力，自励与他励的区分是对主励磁机的励磁方式而言的。他励直流励磁机系统比自励励磁机系统多用了一台副励磁机，所用装备增多，占用空间年夜，投资年夜。可是提高了励磁机的电压增加速度，因而减小了励磁机的时间常数。他励直流励磁机系统一般只用在水轮发机电组上。

　　采用直流励磁供电的励磁方式，在曩昔的十几年间，是同步发机电的主要励磁方式。今朝年夜大都中小型同步发机电仍采用这类励磁方式。持久的运行经验证实，这类励磁方式具有自力的，不受外系统干扰的励磁电源。励磁靠得住性高，且调理利便的优点。但换向器和电刷的维护工作量年夜。近年来，随着电力生产的成长，同步发机电的容量越来越年夜，要求励磁功率也响应增年夜，而年夜容量的直流励磁机不管在换向问题或机电的结构上都遭到限制。是以，直流励磁方式越来越不能知足要求。今朝，在100MW及以上发机电上很少采用。我厂为保证励磁系统的高靠得住性而配备的备用励磁机就是它励直流机励励磁方式。

第二节：交流机励磁方式

　　用直流机作为励磁电源，不仅维护坚苦，而且在运用上也有限制。采用交流机励磁方式，由于励磁机容量相对较小，只占同步发机电容量的0.3～0.5，且时间常数也较小（即响应速度快）。是以在现代电力系统中的年夜容量发机电（如200MW、300MW等），都采用交流励磁机系统。现在年夜容量的发机电，要求励磁系统有很高的靠得住性和很快的响应速度。而直流励磁机系统存在的整流环是平安运行的亏弱环节，容量不能制造的很年夜，所以100MW及以上容量机组都用交流励磁机系统。交流励磁机系统的焦点装备是交流励磁机，其容量相对较小，只占同步发机电容量的0.3～0.5。由于要求其响应速度很快，所以年夜型机组的交流励磁机系统一般采用他励方式，既有主励磁机，也有副励磁机。
　　交流励磁机系统是采用专门的交流励磁机取代了直流励磁机，并与发机电同轴。它运行发出的交流电，经整流电路后酿成直流，供给发机电励磁。

第三节：其他励磁方式

1.1自励交流励磁机系统
　　自励交流励磁机的励磁电源从本机出口电压直接获得。为了维持端电压的恒定用可控硅整流元件。是以，自动励磁调理器的调整电流输出至何处向发机电转子送电：
　　方案中，自励的交流励磁机经可控硅整流桥B向发机电转子送电，自动励磁调理器控制此可控硅的导通角，调整其输出电流，以维持发机电端电压的恒定。交流励磁机自己则经过令一个反馈回路，由自身的恒压单元来保证其交流励磁电压的恒定。由于这类方案完全不斟酌励磁机的时间常数，因而，励磁电压响应速度比力快，时间常数小，可是，对其容量要求较年夜。
1.2无刷励磁系统
　　在他励和自励交流励磁机系统中，发机电的励磁电流全数由可控硅（或二极管）供给，而可控硅（或二极管）是静止的故称为静止励磁。在静止励磁系统中要经过滑环才能向旋转的发机电转子提供励磁电流。滑环是一种转动接触元件。随着发机电容量的快速增年夜，巨型机组的泛起，转子电流年夜年夜增加（3000～5000安培），转子滑环中经由过程如斯年夜的电流，滑环的数目就要增加很多。为了避免机组运行傍边个体滑环过热，每一个滑环必需分管一样年夜小的电流。为了提高励磁系统的靠得住性取消滑环这一亏弱环节，使整个励磁系统都无转动接触的元件，就发生了无刷励磁系统，无刷励磁系统方案。
　　副励磁机FL是一个永磁式中频发机电，其永磁部门画在旋转部门的虚线框内。为实现无刷励磁，主励磁机与一般的同步发机电的工作原理基底细同，只是电枢是旋转的。其发出的三订交流电经过二极管整流后，直接送到发机电的转子回路作励磁电源，由于励磁机的电枢与发机电的转子同轴旋转，所以它们之间不需要任何滑环与电刷等转动接触元件，这就实现了无刷励磁。
　　主励磁机的励磁绕组JLLQ是静止的，即主励磁机是一个磁极静止，电枢旋转的同步发机电。静止的励磁机励磁绕组便于自动励磁调理器实现对励磁机输出电流的控制，以维持发机电端电压连结恒定。无刷励磁系统方案之二

　　在方案一中，斟酌到励磁机励磁绕组LLQ的时间常数，其响应速度较慢。为了提高响应速度可以采用方案二，就是将可控硅整流桥装设旋转部门，取代方案一旋转部件中的二极管整流桥。方案二中由中频副励磁机ZPF供电给交流主励磁机JL的直流励磁绕组JLLQ。可控硅的触发脉冲由同轴旋转的触发脉冲发生器PG供给。PG也是一个由多相绕组组成的电枢，它的磁场由d、q两个相互垂直的绕组的磁场所成，是以当d、q磁场的年夜小作各类分歧的变化时，PG的合成磁场（相对JLLQ磁场）就在作分歧角度的转变，转变的范围为90°。这样就使得PG的触发脉冲与主励磁机JL各订交流电压之间，发生分歧的相角变化，从而控制主励磁机送至发机电转子绕组的励磁电流的年夜小，以到达维持发机电端电压恒定的目的。

在方案二中，没必要斟酌主励磁机励磁绕组JLLQ时间常数的影响，所以其响应速度例如案一快，其自动励磁调理器的输出与其他励磁系统分歧，显得较为复杂一些，但其实不难实现。总的来说，其优点是：根除了滑环和碳刷等转动接触部门。其错误谬误是：在监视与维修上有其不利便的地方。由于与转子回路直接毗连的元件都是旋转的，因而转子回路的电压电流都不能用普通的直流电压表、直流电流表直接进行监视，转子绕组的尽缘情况也未便监视，二极管与可控硅的运行状态，接线是否开脱，熔丝是否熔断等等都未便监视。因而在运行维护上不太利便。但随着科技的成长，监视问题正在获得慢慢解决。
1.3无励磁机发机电自并励系统
　　励磁机自己就是靠得住性不高的元件，可以说它是励磁系统的亏弱环节，因励磁机故障而迫使发机电退出运行的事故并非鲜见，故响应地泛起了不用励磁机的励磁方案。以下图所示：发机电的励磁电源直接由发机电端电压获得，经过控制整流后，送至发机电转子回路，作为发机电的励磁电流，以维持发机电端电压恒定的励磁方式，是无励磁机的发机电自励系统。简单的发机电自励系统是直接使用发机电的端电压作励磁电流的电源，由自动励磁调理器控制励磁电流的年夜小，称为自并励可控硅励磁系统，简称自并励系统。自并励系统中，除往转子本体极为滑环这些属于发机电的部件外，没有因供给励磁电流而采用的机械转动或机械接触类元件，所以又称为全静止式励磁系统。下图为无励磁机发机电自并励系统框图，其中发机电转子励磁电流电源由接于发机电机真个整流变压器ZB提供，经可控硅整流向发机电转子提供励磁电流，可控硅元件SCR由自动励磁调理器控制。系统起励时需要令加一个起励电源。

　　无励磁机发机电自并励系统的优点是：不需要同轴励磁机，系统简单，运行靠得住性高；缩短了机组的长度，削减了基建投资及有益于主机的检修维护；由可控硅元件直接控制转子电压，可以获得较快的励磁电压响应速度；由发机电机端获取励磁能量，与同轴励磁机励磁系统相比，发机电组甩负荷时，机组的过电压也低一些。其错误谬误是：发机电出口近端短路而故障切除时间较长时，缺少足够的强行励磁能力，对电力系统稳定的影响不如其它励磁方式有益。

　　由于以上特点，使得无励磁机发机电自并励系统在国内外电力系统年夜型发机电组的励磁系统中遭到相当重视。在发机电与系统间由升压变压器的单元接线和抽水蓄能机组等励磁系统中获得现实运用。
　　随着微机励磁调理器的运用，氧化锌非线性灭磁电阻的研制成功及年夜功率晶闸管及晶体管的普遍运用，提高了发机电励磁系统的靠得住性，较年夜地改善了励磁系统静态和动态品质，年夜年夜提高了系统的技术性能指标。

　　在诸多励磁系统中，直接励磁机维护坚苦，调理器响应时间长达1～5s，动态性能差，当空载起励时，电压超调量年夜，频率特征差；他励可控硅励磁系统需装设交流励磁机，并要求厂房高度高，当其用于慢速水轮机时，交流励磁机体质量年夜、尺寸年夜、维修工作量年夜。20世纪70～80年月，发电厂起头用自复励及自并励的可控硅励磁系统，由于它们均属于快速励磁系统，动态性能优良，尤其是带有微型计较机励磁调理器的自并激静止励磁系统在发电厂中得以普遍的运用。自并激励磁系统接线简单、装备少、造价低、占地面积小、无转动部件并维护简单，是快速响应系统。尤其是水电站往往远离负荷中心的地域，为提高输电的稳定性，对励磁系统要求能快速响应，而自并激励磁系统恰好能知足这个要求。