發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及其組成

1、1清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)研究所周雙喜周雙喜同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)2第第1 1講講 發(fā)電機(jī)磁系統(tǒng)組成及其發(fā)展發(fā)電機(jī)磁系統(tǒng)組成及其發(fā)展1 1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成2 2 主要?jiǎng)?lì)磁方式主要?jiǎng)?lì)磁方式3 對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求3附加：三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生附加：三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生 在兩磁極中間放一個(gè)線(xiàn)圈，在兩磁極中間放一個(gè)線(xiàn)圈，使線(xiàn)圈以使線(xiàn)圈以 的角速度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。的角速度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 根據(jù)根據(jù)右手定則右手定則可知，線(xiàn)圈可知，線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向由由XA。 合理設(shè)計(jì)磁極形狀，使磁通在空間按合理設(shè)計(jì)磁極

2、形狀，使磁通在空間按正弦規(guī)律正弦規(guī)律分布，分布，線(xiàn)圈兩端便可得到線(xiàn)圈兩端便可得到單相單相正弦交流電動(dòng)勢(shì)。正弦交流電動(dòng)勢(shì)。tEesin2A +eANSAX若線(xiàn)圈固定而磁極以若線(xiàn)圈固定而磁極以 的角速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則線(xiàn)圈中產(chǎn)生相同的電動(dòng)勢(shì)。的角速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則線(xiàn)圈中產(chǎn)生相同的電動(dòng)勢(shì)。4三相交流電源的產(chǎn)生三相交流電源的產(chǎn)生定子中放三個(gè)線(xiàn)圈定子中放三個(gè)線(xiàn)圈A XB YC Z首端首端末端末端三線(xiàn)圈空間位置三線(xiàn)圈空間位置相間相間120o 轉(zhuǎn)子裝有磁極并以轉(zhuǎn)子裝有磁極并以 的角速的角速度旋轉(zhuǎn)。三個(gè)線(xiàn)圈中便產(chǎn)生度旋轉(zhuǎn)。三個(gè)線(xiàn)圈中便產(chǎn)生三個(gè)單相正弦電動(dòng)勢(shì)。三個(gè)單相正弦電動(dòng)勢(shì)。三相交流發(fā)電機(jī)原理示意圖+NSYB

3、ACZX定子轉(zhuǎn)子繞組B5三相電動(dòng)勢(shì)的三角函數(shù)表示式三相電動(dòng)勢(shì)的三角函數(shù)表示式三相電動(dòng)勢(shì)的特征：三相電動(dòng)勢(shì)的特征： 大小相等，頻率相同，相位互差大小相等，頻率相同，相位互差120240sin120sinsinmCmBmAtEetEetEe)120sin(mtEEm 0120240 360 tBeAeCe三相電動(dòng)勢(shì)波形圖三相電動(dòng)勢(shì)波形圖三相電動(dòng)勢(shì)的相量表示式三相電動(dòng)勢(shì)的相量表示式0CBAEEE1201200CBAEEEEEEAEBECE1201201206 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)n勵(lì)磁系統(tǒng)是給同步發(fā)電提供勵(lì)磁系統(tǒng)是給同步發(fā)電提供可控可控勵(lì)磁電流，建立磁場(chǎng)的設(shè)備。勵(lì)磁電流，建立磁場(chǎng)的設(shè)備。n勵(lì)

4、磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)必要必要的、的、重要重要的組成部分的組成部分原動(dòng)機(jī)（汽輪機(jī)原動(dòng)機(jī)（汽輪機(jī)/水輪機(jī)）帶動(dòng)同步發(fā)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁水輪機(jī)）帶動(dòng)同步發(fā)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中的直流電流建立磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁力線(xiàn)繞組中的直流電流建立磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁力線(xiàn)切割定子繞組在繞組中感應(yīng)電流并建立起電壓。切割定子繞組在繞組中感應(yīng)電流并建立起電壓。勵(lì)磁系統(tǒng)不僅影響發(fā)電機(jī)本身的運(yùn)行特性，而且對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)勵(lì)磁系統(tǒng)不僅影響發(fā)電機(jī)本身的運(yùn)行特性，而且對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定影響有重要影響。濟(jì)和穩(wěn)定影響有重要影響。 71 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成n勵(lì)磁系統(tǒng)由三（

5、二）部分組成：勵(lì)磁系統(tǒng)由三（二）部分組成：發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組，它形成發(fā)電機(jī)的旋，它形成發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁埸；轉(zhuǎn)磁埸；勵(lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁功率單元，它向同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，它向同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供可調(diào)節(jié)的直流勵(lì)磁電流；提供可調(diào)節(jié)的直流勵(lì)磁電流；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，它根據(jù)，它根據(jù)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)及及電力系統(tǒng)運(yùn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求，自動(dòng)調(diào)節(jié)功率單元輸出的勵(lì)磁電流。的要求，自動(dòng)調(diào)節(jié)功率單元輸出的勵(lì)磁電流。 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁的主要作用主要作用是在發(fā)電機(jī)出力變化是在發(fā)電機(jī)出力變化和系統(tǒng)故障等工況下，和系統(tǒng)故障等工況下，維持發(fā)電機(jī)端電壓恒維持發(fā)電機(jī)端電壓恒定或在給定水平定或在給定

6、水平；保證機(jī)組間無(wú)功的合理分保證機(jī)組間無(wú)功的合理分配配；提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及以及提高繼提高繼電保護(hù)動(dòng)作的靈敏性電保護(hù)動(dòng)作的靈敏性等。等。 82 主要?jiǎng)?lì)磁方式主要?jiǎng)?lì)磁方式 n 勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁供電的方式，即功率單元的實(shí)現(xiàn)是指勵(lì)磁供電的方式，即功率單元的實(shí)現(xiàn)方式。方式。n主要方式主要方式 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式 三機(jī)式勵(lì)磁方式三機(jī)式勵(lì)磁方式 自并激靜態(tài)勵(lì)磁方式自并激靜態(tài)勵(lì)磁方式 9同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式分類(lèi)n110直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式 電刷滑環(huán)n直流勵(lì)磁機(jī)（發(fā)電機(jī)）提供勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)（發(fā)電機(jī)）提供勵(lì)磁功率功率n直流勵(lì)磁機(jī)與汽輪發(fā)電機(jī)

7、組同軸直流勵(lì)磁機(jī)與汽輪發(fā)電機(jī)組同軸n有兩個(gè)勵(lì)磁繞組有兩個(gè)勵(lì)磁繞組n自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器控制副勵(lì)磁繞組自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器控制副勵(lì)磁繞組勵(lì)磁電流大小，改變勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流大小，改變勵(lì)磁繞組的磁通，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流磁通，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流n手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子繞組回路中的電阻，手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子繞組回路中的電阻，可調(diào)節(jié)勵(lì)磁可調(diào)節(jié)勵(lì)磁n提供勵(lì)磁功率提供勵(lì)磁功率P600kW600kW（用于汽（用于汽輪發(fā)電機(jī)組）輪發(fā)電機(jī)組）n大機(jī)組不能用；現(xiàn)在用得很少了大機(jī)組不能用；現(xiàn)在用得很少了電刷滑環(huán)問(wèn)題11三機(jī)式勵(lì)磁方式三機(jī)式勵(lì)磁方式 n三機(jī)：副勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁三機(jī)：副勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)發(fā)電機(jī)n副勵(lì)磁機(jī)由晶閘管實(shí)現(xiàn)可控副勵(lì)磁機(jī)由晶

8、閘管實(shí)現(xiàn)可控整流。整流。n交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)旋轉(zhuǎn)交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)旋轉(zhuǎn)不控整流器整流后送到發(fā)電不控整流器整流后送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組機(jī)轉(zhuǎn)子繞組nAVRAVR調(diào)節(jié)副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流，調(diào)節(jié)副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流，控制交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，從控制交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，從而改變其輸出，進(jìn)而改變整而改變其輸出，進(jìn)而改變整流器輸?shù)膭?lì)磁電流流器輸?shù)膭?lì)磁電流12三機(jī)式勵(lì)磁方式（有刷）三機(jī)式勵(lì)磁方式（有刷）n永磁發(fā)電機(jī)定子不動(dòng)，永磁發(fā)電機(jī)定子不動(dòng)，定子電流整流成直流經(jīng)定子電流整流成直流經(jīng)滑環(huán)滑環(huán)給交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁給交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁n交流勵(lì)磁機(jī)定子電流經(jīng)交流勵(lì)磁機(jī)定子電流經(jīng)不控整流器（靜止的）不控整流器（靜止的）整流，通過(guò)整流，

9、通過(guò)滑環(huán)滑環(huán)給發(fā)電給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組供電。機(jī)勵(lì)磁繞組供電。n有刷的勵(lì)磁方式受滑環(huán)有刷的勵(lì)磁方式受滑環(huán)電流的限制（壓力，打電流的限制（壓力，打火花），只能用于勵(lì)磁火花），只能用于勵(lì)磁電流電流1000A的發(fā)電機(jī)。的發(fā)電機(jī)。13三機(jī)式勵(lì)磁方式（無(wú)刷）三機(jī)式勵(lì)磁方式（無(wú)刷）n 三機(jī)三機(jī)無(wú)刷無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng) 副勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子、交流勵(lì)磁機(jī)副勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子、交流勵(lì)磁機(jī)定子、不控整流器與發(fā)電機(jī)同軸旋定子、不控整流器與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)； 副勵(lì)磁機(jī)定子輸出到可控整副勵(lì)磁機(jī)定子輸出到可控整流器（靜止），其輸出到交流勵(lì)磁流器（靜止），其輸出到交流勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子（靜止）。機(jī)轉(zhuǎn)子（靜止）。 交流勵(lì)磁機(jī)輸出經(jīng)不控整流交流勵(lì)磁機(jī)輸出

10、經(jīng)不控整流后直接送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組后直接送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組n 沒(méi)有滑環(huán)（無(wú)電刷），適用于不沒(méi)有滑環(huán)（無(wú)電刷），適用于不同容量發(fā)電機(jī)。同容量發(fā)電機(jī)。14自并激靜態(tài)勵(lì)磁方式自并激靜態(tài)勵(lì)磁方式n勵(lì)磁變壓器從機(jī)端取勵(lì)磁變壓器從機(jī)端取得勵(lì)磁功率得勵(lì)磁功率n晶閘管可控整流器供晶閘管可控整流器供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組nAVR控制晶閘管的導(dǎo)控制晶閘管的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)通角，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流磁電流15自并激靜態(tài)勵(lì)磁方式（續(xù)）自并激靜態(tài)勵(lì)磁方式（續(xù)）nAVRAVR自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器nAIRAIR自動(dòng)電流調(diào)節(jié)器自動(dòng)電流調(diào)節(jié)器16其它勵(lì)磁方式其它勵(lì)磁方式173 對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求對(duì)

11、勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求n可靠。可靠。其可靠程度應(yīng)與主機(jī)等價(jià)。有一定的獨(dú)立性，當(dāng)系其可靠程度應(yīng)與主機(jī)等價(jià)。有一定的獨(dú)立性，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)還能正常工作；統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)還能正常工作；n可靠和足夠的勵(lì)磁容量可靠和足夠的勵(lì)磁容量并留有并留有10左右裕量。勵(lì)磁功率和左右裕量。勵(lì)磁功率和主機(jī)容量之比大約為主機(jī)容量之比大約為0.2%2.0% 。 n足夠的電壓調(diào)差范圍（有差調(diào)節(jié)）和調(diào)節(jié)靈敏度，調(diào)節(jié)穩(wěn)足夠的電壓調(diào)差范圍（有差調(diào)節(jié)）和調(diào)節(jié)靈敏度，調(diào)節(jié)穩(wěn)定定；n勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡可能小，有足夠的勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡可能小，有足夠的強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù)強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù)（水機(jī)（水機(jī)1.8，汽機(jī)，汽機(jī)2.0）及）及電壓上升速度電壓上升速度（水機(jī)（水機(jī)2.52.8倍倍數(shù)秒，汽機(jī)數(shù)秒，汽機(jī)2.0倍數(shù)秒）。倍數(shù)秒）。 184 勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展n從兩個(gè)基本問(wèn)題看勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展從兩個(gè)基本問(wèn)題看勵(lì)磁