發(fā)電機(jī)的基本原理是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)掠過(guò)繞組,在繞組中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),從而發(fā)出電力。而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就是勵(lì)磁電流通過(guò)轉(zhuǎn)子而產(chǎn)生的,所以勵(lì)磁對(duì)于發(fā)電機(jī)非常重要,對(duì)于一般發(fā)電機(jī)而言,沒(méi)有勵(lì)磁就不能發(fā)出電力,無(wú)論勵(lì)磁是永磁還是電磁。
一、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由來(lái)
供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。它一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)主要部分組成。勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流;而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出。勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)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(shì),也促使勵(lì)磁技術(shù)不斷發(fā)展。
同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)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(lì)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(lì)磁電流的勵(lì)磁電源部分,而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則是根據(jù)控制要求的輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元輸出的裝置。由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)本身一起組成的整個(gè)系統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)控制系統(tǒng)。
二、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的作用
1、維持發(fā)電機(jī)端電壓在給定值,當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱來(lái)恒定機(jī)端電壓。
2、合理分配并列運(yùn)行機(jī)組之間的無(wú)功。
3、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,包括靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。
4、提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)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(shí),進(jìn)行滅磁,以減小故障損失程度;
6、根據(jù)運(yùn)行要求對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行勵(lì)磁限制及小勵(lì)磁限制。
7、根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流,以維持機(jī)端電壓為給定值;
8、控制并列運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率分配;
9、提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性;
三、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式
1、直流發(fā)電機(jī)供電的勵(lì)磁方式
這種勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)具有專用的直流發(fā)電機(jī),這種專用的直流發(fā)電機(jī)稱為直流勵(lì)磁機(jī),勵(lì)磁機(jī)一般與發(fā)電機(jī)同軸,發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組通過(guò)裝在大軸上的滑環(huán)及固定電刷從勵(lì)磁機(jī)獲得直流電流。這種勵(lì)磁方式具有勵(lì)磁電流獨(dú)立,工作比較可靠和減少自用電消耗量等優(yōu)點(diǎn),是過(guò)去幾十年間發(fā)電機(jī)主要?jiǎng)?lì)磁方式,具有較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。缺點(diǎn)是勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度較慢,維護(hù)工作量大,故在10MW以上的機(jī)組中很少采用。
2、交流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方式
大容量發(fā)電機(jī)有的采用交流勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流。交流勵(lì)磁機(jī)也裝在發(fā)電機(jī)大軸上,它輸出的交流電流經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁,此時(shí),發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式屬他勵(lì)磁方式,又由于采用靜止的整流裝置,故又稱為他勵(lì)靜止勵(lì)磁,交流副勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流。交流副勵(lì)磁機(jī)可以是永磁機(jī)或是具有自勵(lì)恒壓裝置的交流發(fā)電機(jī)。為了提高勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度,交流勵(lì)磁機(jī)通常采用100——200HZ的中頻發(fā)電機(jī),而交流副勵(lì)磁機(jī)則采用400——500HZ的中頻發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的直流勵(lì)磁繞組和三相交流繞組都繞在定子槽內(nèi),轉(zhuǎn)子只有齒與槽而沒(méi)有繞組,像個(gè)齒輪,因此,它沒(méi)有電刷,滑環(huán)等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部件,具有工作可靠,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造工藝方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是噪音較大,交流電勢(shì)的諧波分量也較大。
3、無(wú)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式
在勵(lì)磁方式中不設(shè)置專門的勵(lì)磁機(jī),而從發(fā)電機(jī)本身取得勵(lì)磁電源,經(jīng)整流后再供給發(fā)電機(jī)本身勵(lì)磁,稱自勵(lì)式靜止勵(lì)磁。自勵(lì)式靜止勵(lì)磁可分為自并勵(lì)和自復(fù)勵(lì)兩種方式。自并勵(lì)方式它通過(guò)接在發(fā)電機(jī)出口的整流變壓器取得勵(lì)磁電流,經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁,這種勵(lì)磁方式具有結(jié)簡(jiǎn)單,設(shè)備少,投資省和維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)。自復(fù)勵(lì)磁方式除沒(méi)有整流變壓外,還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機(jī)定子回路的大功率電流互感器。這種互感器的作用是在發(fā)生短路時(shí),給發(fā)電機(jī)提供較大的勵(lì)磁電流,以彌補(bǔ)整流變壓器輸出的不足。這種勵(lì)磁方式具有兩種勵(lì)磁電源,通過(guò)整流變壓器獲得的電壓電源和通過(guò)串聯(lián)變壓器獲得的電流源。
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