第3章柴油發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

第三章柴油發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)與工作原理第三章柴油發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)與工作原理柴油機(jī)交流同步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)柴油機(jī)

略交流同步發(fā)電機(jī)電機(jī)與控制（基礎(chǔ)專題）同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步發(fā)電機(jī)的原理空載和負(fù)載時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程同步電機(jī)參數(shù)的測(cè)定同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型左江24MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在吊裝三峽左岸水電站轉(zhuǎn)子的安裝同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對(duì)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組，通以直流電流時(shí)，將會(huì)在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場(chǎng)，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)(也稱主磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))。氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對(duì)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。除了轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電機(jī)外,還有轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)，其磁極安裝于定子上，而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi)，這種同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子充當(dāng)了電樞。圖中用AX、BY、CZ三個(gè)在空間錯(cuò)開120電角度分布的線圈代表三相對(duì)稱交流繞組。同步電機(jī)同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)分類

旋轉(zhuǎn)電樞式

旋轉(zhuǎn)磁極式

隱極式（Salient-pole）

凸極式（Cylindrical-Rotor）

機(jī)械端口轉(zhuǎn)子定子繞組定子鐵心電端口ABC同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖（無刷）3同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖（4）靜止部分機(jī)座定子：定子鐵芯、定子繞組端蓋（交流勵(lì)磁機(jī)定子）轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子鐵芯分凸極和隱極轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸軸承風(fēng)扇交流勵(lì)磁機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)整流器同步發(fā)電機(jī)的原理同步電機(jī)的運(yùn)行方式同步發(fā)電機(jī)的工作原理同步電機(jī)的勵(lì)磁方式額定值同步電機(jī)的運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)——把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能

電動(dòng)機(jī)——把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能補(bǔ)償機(jī)——沒有有功功率的轉(zhuǎn)換，只發(fā)出或吸收無功功率

同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，主要取決于定子合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)之間的夾角δ，δ稱為功率角

同步發(fā)電機(jī)的工作原理主磁場(chǎng)的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)。載流導(dǎo)體：三相對(duì)稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢(shì)或者感應(yīng)電流的載體。切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場(chǎng)）。交變電勢(shì)的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對(duì)稱交變電勢(shì)。通過引出線，即可提供交流電源。感應(yīng)電勢(shì)有效值：每相感應(yīng)電勢(shì)的有效值為感應(yīng)電勢(shì)頻率：感應(yīng)電勢(shì)的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n和極對(duì)數(shù)p，即

交變性與對(duì)稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱性。發(fā)電機(jī)原理1發(fā)電機(jī)原理2同步電機(jī)的勵(lì)磁方式直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁——直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或他勵(lì)接法。

整流器勵(lì)磁————靜止式旋轉(zhuǎn)式額定容SN——指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的輸輔出功率

額定電壓UN——指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電壓

額定電流IN——指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流

額定功率因數(shù)——指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)額定頻率fN——指額定運(yùn)行時(shí)電樞的頻率額定轉(zhuǎn)速nN——指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即為同步轉(zhuǎn)速

額定值

同步發(fā)電機(jī)電路畫法

空載運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)內(nèi)僅有由勵(lì)磁電流所建立的主極磁場(chǎng)。圖表示一臺(tái)四極電機(jī)空載時(shí)的磁通示意圖。從圖可見，主極磁通分成主磁通Φ0和漏磁通Φfσ兩部分，前者通過氣隙并與定子繞組相交鏈，后者不通過氣隙，僅與勵(lì)磁繞組相交鏈。主磁通所經(jīng)過的主磁路包括空氣隙電樞齒、電樞軛、磁極極身和轉(zhuǎn)子軛等五部分?？蛰d和負(fù)載時(shí)同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)空載運(yùn)行空載運(yùn)行當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主磁場(chǎng)將在氣隙中形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)（激磁電動(dòng)勢(shì)）

空載特性是同步電機(jī)的一條基本特性。如圖所示對(duì)稱負(fù)載時(shí)的電樞反應(yīng)電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波在氣隙中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的性質(zhì)(增磁、去磁或交磁)取決于電樞磁動(dòng)勢(shì)和主磁場(chǎng)在空間的相對(duì)位置。分析表明，此相對(duì)位置取決于激磁電動(dòng)勢(shì)E0和扭載電流I之間的相角差Ψ0(Ψ0稱為內(nèi)功率因數(shù)角)。下面分成兩種情況來分析。與同相時(shí)a)定子繞組電動(dòng)勢(shì)、電流和磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量圖與同相時(shí)b)時(shí)間矢量圖與同相時(shí)c)時(shí)-空統(tǒng)一矢量圖與同相時(shí)d)氣隙合成磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)的相對(duì)位置結(jié)論1

與同相時(shí)電樞反應(yīng)定子電流是有功電流（負(fù)載近似阻性負(fù)載），使氣隙磁場(chǎng)軸線位置發(fā)生偏移，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。與不同相時(shí)

a)滯后于時(shí)的空間矢量圖與不同相時(shí)

b)滯后時(shí)的時(shí)-空統(tǒng)一矢量圖結(jié)論2

滯后時(shí)的電樞反應(yīng)一般阻感性負(fù)載，電樞反應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；有去磁作用，使發(fā)電機(jī)的端電壓下降。要維持端電壓不變，應(yīng)增加勵(lì)磁電流。特別地，當(dāng)滯后900時(shí)，負(fù)載電流是感性無功電流，電樞磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子不形成電磁轉(zhuǎn)矩。電樞反應(yīng)有去磁作用，使發(fā)電機(jī)的輸出端電壓下降，要維持端電壓不變，應(yīng)增加勵(lì)磁電流。與不同相時(shí)

c)超前900時(shí)得時(shí)-空統(tǒng)一矢量圖返回結(jié)論3

超前900時(shí)電樞反應(yīng)負(fù)載電流是無功電流，電樞磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體不形成電磁轉(zhuǎn)矩，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不會(huì)產(chǎn)生電磁制動(dòng)作用。發(fā)電機(jī)輸出容性無功功率。電樞反應(yīng)有增磁作用，發(fā)電機(jī)的輸出電壓升高，要維持發(fā)電機(jī)的端電壓，要減少勵(lì)磁。同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)物理量的關(guān)系：不考慮磁飽和時(shí)隱極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程、相量圖和等效電路在時(shí)間相位上，滯后于

以90°電角度，若不計(jì)定子鐵耗,

與同相位，則將滯后于以90°電角度于是亦可寫成負(fù)電抗壓降的形式，即采用發(fā)電機(jī)慣例，以輸出電流作為電樞電流的正方向時(shí)，電樞的電壓方程為

因?yàn)殡姌蟹磻?yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea正比于電樞反應(yīng)磁通Φa不計(jì)磁飽和時(shí)，Φa又正比于電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa和電樞電流I，即可得式中，Xs稱為隱極同步電機(jī)的同步電抗，Xs=Xa+Xσ，它是對(duì)稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)表征電樞反應(yīng)和電樞漏磁這兩個(gè)效應(yīng)的一個(gè)綜合參數(shù)。不計(jì)飽和時(shí)，Xs是一個(gè)常值。圖6—15a和b表示與式(6—5)和式(6—7)相對(duì)應(yīng)的相量圖，圖6—15c表示與式(6—7)相應(yīng)的等效電路。從圖6—15c可以看出，隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路由激磁電動(dòng)勢(shì)和同步阻抗Ra+jXs串聯(lián)組成，其中E0表示主磁場(chǎng)的作用，Xs表示電樞反應(yīng)和電樞漏磁場(chǎng)的作用。考慮磁飽和時(shí)，由于磁路的非線性，疊加原理不再適用。此時(shí)，應(yīng)先求出作用在主磁路上的合成磁動(dòng)勢(shì)F，然后利用電機(jī)的磁化曲線

(空載曲線)求出負(fù)載時(shí)的氣隙磁通及相應(yīng)的氣隙電動(dòng)勢(shì)?？紤]磁飽和時(shí)再從氣隙電動(dòng)勢(shì)減去電樞繞組的電阻和漏抗壓降，使得電樞的端電壓，即相應(yīng)的矢量圖、相量圖和F～E間的關(guān)系如圖6—16a和6—16b所示。圖6-16a中既有電動(dòng)勢(shì)相量，又有磁動(dòng)勢(shì)矢量。故稱為電動(dòng)勢(shì)—磁動(dòng)勢(shì)圖?；蚍祷乜紤]到凸極電機(jī)氣隙的不均勻性，把電樞反應(yīng)分成直軸和交軸電樞反應(yīng)分別來處理的方法，就稱為雙反應(yīng)理論。凸極同步電機(jī)的氣隙是不均勻的，極面下氣隙較小，兩極之間氣隙較大，故直軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)λd(λd＝μ0／λd)要比交軸下單位面積的氣隙磁導(dǎo)λq(λq＝μ0／λq)大很多，如圖6—18a所示。當(dāng)正弦分布的電樞磁動(dòng)勢(shì)作用在直軸上時(shí)，由于λd較大，故在一定大小的磁動(dòng)勢(shì)下，直軸基波磁場(chǎng)的幅值Bad1相對(duì)較大。一、雙反應(yīng)理論凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖不考慮磁飽和時(shí)同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)物理量的關(guān)系：凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和相量圖

從氣隙電動(dòng)勢(shì)云減去電樞繞組的電阻和漏抗壓降，便得電樞的端電壓。采用發(fā)電機(jī)慣例，電樞的電壓方程為：，

6-9不計(jì)磁飽和時(shí)

和可以用相應(yīng)的負(fù)電抗壓降來表示6-10將式(6-10)代入式(6-9)，并考慮，可得

式中，Xd和Xq分別稱為直軸同步電抗和交軸同步電抗，它們是表征對(duì)稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電樞漏磁和直軸或交軸電樞反應(yīng)的一個(gè)綜合參數(shù)。上式就是凸極同步發(fā)電機(jī)的電壓方程。圖6-19表示與上式相對(duì)應(yīng)的相量圖。引入虛擬電動(dòng)勢(shì)，使可得6-12由式6-12相量圖如圖6-20所示。由圖6-20不難確定由式6-12可得凸極同步發(fā)電機(jī)的等效電路，如圖6-21所示。直軸和交軸同步電抗的意義由于電抗與繞組匝數(shù)的平方和所經(jīng)磁路的磁導(dǎo)成正比，所以如圖6-22所示。對(duì)于凸極電機(jī)，由于直軸下的氣隙較交軸下小，>，所以Xad>Xaq，因此在凸極同步電機(jī)中，Xd>Xq。對(duì)于隱極電機(jī)，由于氣隙是均勻的，故Xd≈Xq≈Xs

例題返回同步發(fā)電機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程功率方程和電磁功率

功率方程

若轉(zhuǎn)子勵(lì)磁損耗由另外的直流電源供給，則發(fā)電機(jī)軸上輸入的機(jī)械功率Pl扣除機(jī)械損耗和定子鐵耗后，余下的功率將通過旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和電磁感應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)換成定子的電功率，所以轉(zhuǎn)換功率就是電磁功率Pe，即

再從電磁功率Pe中減去電樞銅耗可得電樞端點(diǎn)輸出的電功率P2；即

電磁功率

電磁功率Pe為由圖6—23可見故同步電機(jī)的電磁功率亦可寫成上式的第一部分與感應(yīng)電機(jī)的電磁功率表達(dá)式相同，第二部分則是同步電機(jī)常用的。對(duì)于隱極同步電機(jī)，由于EQ＝E0，故有轉(zhuǎn)矩方程

把功率方程(6—14)除以同步角速度，可得轉(zhuǎn)矩方程

式中，T1為原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,Te為電磁轉(zhuǎn)矩,T0為空載轉(zhuǎn)矩，分別為：(6—18)返回同步電機(jī)參數(shù)的測(cè)定用空載特性和短路特性確定Xd

空載特性可以用空載試驗(yàn)測(cè)出。試驗(yàn)時(shí)，電樞開路(空載)，用原動(dòng)機(jī)把被試同步電機(jī)拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，改變勵(lì)磁電流If，并記取相應(yīng)的電樞端電壓U0(空載時(shí)即等于E0，直到U0≈1.25UN左右，可得空載特性曲線。

短路特性可由三相穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)測(cè)得，試驗(yàn)線路如圖6-24a所示。將被試同步電機(jī)的電樞端點(diǎn)三相短路，用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)被試電機(jī)到同步轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If使電樞電流I從零起一直增加到1.2IN左右，便可得到短路特性曲線，如圖6—24b所示。

短路時(shí)，，故，，而

所以

因?yàn)槎搪吩囼?yàn)時(shí)磁路為不飽和，所以這里的E0(每相值)應(yīng)從氣隙線上查出，如圖6—25所示，求出的Xd值為不飽和值。

(6—19)(6—20)

Xd的飽和值與主磁路的飽和情況有關(guān)。主磁路的飽和程度取決于實(shí)際運(yùn)行時(shí)作用在主磁路上的合成磁動(dòng)勢(shì)，因而取決于相應(yīng)的氣隙電動(dòng)勢(shì)；如果不計(jì)漏阻抗壓降，則可近似認(rèn)為取決于電樞的端電壓，所以通常用對(duì)應(yīng)于額定電壓時(shí)的Xd值作為其飽和值。為此，從空載曲線上查出對(duì)應(yīng)于額定端電壓UN時(shí)的勵(lì)磁電流If0，再從短路特性上查出與該勵(lì)磁電流相應(yīng)的短路電流，如圖6—26所示，這樣即可求出Xd(飽和)例題返回同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性一、同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性包括外特性、調(diào)整特性和效率特性。

外特性——外特性表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，且勵(lì)磁電流和負(fù)載功率因數(shù)不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓與電樞電流之間的關(guān)系：即n＝nS，If=常值，cosφ=常值時(shí)，U=f(I)。

圖6—30

表示帶有不同功率因數(shù)的負(fù)載時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的外特性。

調(diào)整特性——調(diào)整特性表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、負(fù)載的功率因數(shù)不變時(shí)，勵(lì)磁電流與電樞電流之間的關(guān)系；即n＝nS，U=UNΦ，cosφ=常值時(shí)，If=f(I)。

圖6—31表示帶有不同功率因數(shù)的負(fù)載時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性

效率特性——效率特性是指轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速、端電壓為額定電壓、功率因數(shù)為額定功率因數(shù)時(shí)，發(fā)電機(jī)的效率與輸出功率的關(guān)系；即n＝nS，U=UNΦ，cosφ=cosφN時(shí)，η=f(P2)。

返回同步電機(jī)的空載磁路返回同步電機(jī)的空載特性返回雙反應(yīng)理論圖6—18雙反應(yīng)理論雙反應(yīng)理論圖6—18雙反應(yīng)理論返回雙反應(yīng)理論隱極同步發(fā)電機(jī)的向量圖返回隱極同步發(fā)電機(jī)的向量（圖b）返回隱極同步發(fā)電機(jī)的等效電路返回電動(dòng)勢(shì)-磁動(dòng)勢(shì)圖返回由合成磁動(dòng)勢(shì)F確定氣隙電動(dòng)勢(shì)E空載曲線返回凸極同步發(fā)電機(jī)的向量圖返回角的確定返回凸極同步發(fā)電機(jī)的等效電路圖返回凸極同步電機(jī)電樞反磁通及所經(jīng)磁路及磁導(dǎo)返回直軸電樞磁導(dǎo)交軸電樞磁導(dǎo)從向量圖導(dǎo)出返回短路實(shí)驗(yàn)接線圖返回短路特性返回用空載和短路特性來確定返回

(飽和)的確定返回同步發(fā)電機(jī)的外特性cosΦ=0.8滯后cosΦ=1cosΦ=0.8超前返回圖6—31同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性cosΦ=0.8滯后cosΦ=1cosΦ=0.8超前返回旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的類型NS+隱極式返回NSNS+凸極式返回帶副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)GG副勵(lì)磁機(jī)主勵(lì)磁機(jī)同步發(fā)電機(jī)返回靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)交流副勵(lì)磁機(jī)交流主勵(lì)磁機(jī)不可控整流起器電壓調(diào)整器主發(fā)電機(jī)電壓互感器電流互感器可控整流起器自勵(lì)恒壓器返回NNoNoNoNNSoSoSSSSo主極主極同步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)補(bǔ)償機(jī)電動(dòng)機(jī)返回例6—2

有一臺(tái)25000kW、10.5kV(星形聯(lián)結(jié))、(滯后)的汽輪發(fā)電機(jī)，從其空載、短路試驗(yàn)中得到下列數(shù)據(jù)，試求同步電抗。從空載特性上查得：相電壓kV時(shí)，If0＝155A；從短路特性上查得：I＝IN＝1718A時(shí)，Ifk＝280A；從氣隙線上得查得：If＝280A時(shí)，kV解從氣隙線上查出，If＝280A時(shí)，激磁電動(dòng)勢(shì)；在同一勵(lì)磁電流下，由短路特性查出，短路電流I＝1718A；所以同步電抗為用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，，故從空載和短路特性可知，于是Xd(飽和)為

例6-1

一臺(tái)凸極同步發(fā)電機(jī)，其直軸和交軸同步電抗的標(biāo)幺值為，，電樞電阻略去不計(jì)，試計(jì)算該機(jī)在額定電壓、額定電流、(滯后)時(shí)激磁電動(dòng)勢(shì)的標(biāo)幺值(不計(jì)飽和)

解以端電壓作為參考相量虛擬電動(dòng)勢(shì)為即δ角為19．44°，于是電樞電流的直軸、交軸分量和激磁電動(dòng)勢(shì)分別為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)⑴勵(lì)磁系統(tǒng)的構(gòu)成供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。它分為勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)主要部分。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。概述勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的作用為：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?？刂撇⒘羞\(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無功功率分配。提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性。提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性。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。提高繼電保護(hù)的靈敏度。根據(jù)運(yùn)行要求對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行最大勵(lì)磁限制及最小勵(lì)磁限制。改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件。⑵勵(lì)磁系統(tǒng)的作用發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)之一

—電壓控制在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行工況下，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)維持發(fā)電機(jī)端電壓（或升壓變壓器高壓側(cè)電壓）在給定水平。相關(guān)指標(biāo)：調(diào)壓精度：是指在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器投入運(yùn)行，調(diào)差單元退出，電壓給定值不進(jìn)行人工調(diào)整的情況下，發(fā)電機(jī)負(fù)載從零變化到視在功率額定值以及環(huán)境溫度、頻率、電源電壓波動(dòng)等在規(guī)定的范圍內(nèi)變化時(shí)，所引起的發(fā)電機(jī)端電壓的最大變化，常用發(fā)電機(jī)額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示。發(fā)電機(jī)調(diào)壓靜差率：調(diào)壓靜壓率定義為自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差單元退出，電壓給定值不變，負(fù)載從額定視在功率減小到零時(shí)發(fā)電機(jī)端電壓變化率，它可由下式計(jì)算：

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)之二

—控制無功功率的分配當(dāng)發(fā)電機(jī)并入電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，它輸出的有功決定于從原動(dòng)機(jī)輸入的功率，而發(fā)電機(jī)輸出的無功則和勵(lì)磁電流有關(guān)。在發(fā)電機(jī)并入無窮大電網(wǎng)運(yùn)行的情況下，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流將改變發(fā)電機(jī)輸出的無功。實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的母線不會(huì)是無窮大母線，這時(shí)改變勵(lì)磁將會(huì)使發(fā)電機(jī)的端電壓和輸出無功都發(fā)生改變。但一般來說，發(fā)電機(jī)的端電壓變化較小，而輸出的無功卻會(huì)有較大的變化。保證并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組間合理的無功分配，是勵(lì)磁系統(tǒng)的重要功能。在研究并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間的無功分配問題時(shí)所涉及的主要概念之一是發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)差率。所謂發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)差率是指在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)差單元投入，電壓給定值固定，發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為零的情況下，發(fā)電機(jī)的無功負(fù)載從零變化到額定值時(shí)，用發(fā)電機(jī)端電壓百分?jǐn)?shù)表示的發(fā)電機(jī)端電壓變化率，通常由下式計(jì)算：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)之三

—提高同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性

暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在受到大擾動(dòng)，例如高壓輸電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生短路，或一臺(tái)主要發(fā)電機(jī)被切除，此時(shí)系統(tǒng)將發(fā)生較強(qiáng)烈的振蕩，一些同步發(fā)電機(jī)也可能失步。這種情況下的穩(wěn)定問題，即在大干擾作用后系統(tǒng)能否在新的平衡狀況下穩(wěn)定工作，稱為暫態(tài)穩(wěn)定問題。擾動(dòng)的另一種形式是負(fù)荷隨機(jī)地發(fā)生小的變化，即所謂小干擾。同步發(fā)電機(jī)在小干擾下的穩(wěn)定問題,稱為靜態(tài)穩(wěn)定問題。

動(dòng)態(tài)穩(wěn)定則是指電力系統(tǒng)受干擾后（包括小干擾和大干擾），在考慮了各種自動(dòng)控制裝置的作用情況下，長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性問題。（阻尼問題）勵(lì)磁調(diào)節(jié)可有效地提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，并在一定程度上改善暫態(tài)穩(wěn)定性（提高強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù)），但可能引入負(fù)阻尼，引發(fā)低頻振蕩。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)之四

—提高繼電保護(hù)動(dòng)作的靈敏度當(dāng)系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流不大，若系統(tǒng)此時(shí)發(fā)生短路故障，其短路電流較小，且隨時(shí)間衰減，以致帶時(shí)限的繼電保護(hù)不能正確工作。勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)就可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)，不僅有利于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性外，還因加大了電力系統(tǒng)的短路電流而使繼電保護(hù)的動(dòng)作靈敏度得到提高。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)之五

—快速滅磁當(dāng)發(fā)電機(jī)或升壓變壓器（采用單元式接線）內(nèi)部故障時(shí)，為了降低故障所造成的損害，要求這時(shí)發(fā)電機(jī)能快速滅磁。此外，當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓會(huì)異常升高，對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)尤其如此，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，由于機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)較大，發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的過速，對(duì)采用同軸勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)來說，它的端電壓正比于轉(zhuǎn)速的三次甚至四次方。因此，甩負(fù)荷可能造成發(fā)電機(jī)嚴(yán)重過壓。為防止發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓過份升高危及定子絕緣的程度，也要求勵(lì)磁系統(tǒng)有快速滅磁能力。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)之六

—改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件

前面已談到，維持發(fā)電機(jī)端電壓的恒定有利于維持電力系統(tǒng)的電壓水平。當(dāng)電力系統(tǒng)由于種種原因，出現(xiàn)短時(shí)低電壓時(shí)，勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)可以發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能，即大幅度地增加勵(lì)磁以提高系統(tǒng)電壓。從而可以改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件。

改善異步電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)條件為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)造條件

減少重負(fù)荷合閘時(shí)的電壓下降

重負(fù)荷跳閘時(shí)，減少系統(tǒng)電壓的上升

⑶對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求之一

—對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求

（1）要求勵(lì)磁功率單元有足夠的可靠性并具有一定的調(diào)節(jié)容量。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)依靠勵(lì)磁電流的變化進(jìn)行系統(tǒng)電壓和本身無功功率的控制。因此，勵(lì)磁功率單元應(yīng)具備足夠的調(diào)節(jié)容量，并留有一定的裕量，以適應(yīng)電力系統(tǒng)中各種運(yùn)行工況的要求。（2）具有足夠的勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度。前面已經(jīng)提到，從改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件和提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性來說，希望勵(lì)磁功率單元具有較大的強(qiáng)勵(lì)能力和快速的響應(yīng)能力。因此，在勵(lì)磁系統(tǒng)中勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度是兩項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。

對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求之二

—對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求

（1）系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能反映發(fā)電機(jī)電壓高低以維持發(fā)電機(jī)電壓在給定水平，并有足夠的電壓調(diào)節(jié)范圍。

（2）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能合理分配機(jī)組的無功功率，為此，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)差率可以在下列范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整：半導(dǎo)體型的為±10％；電磁型的為±5％。并能隨系統(tǒng)的要求而改變。（3）對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行，要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器沒有失靈區(qū)。（4）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵(lì)磁等控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件。（5）具有較小的時(shí)間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。（6）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)具有高度的可靠性，并且運(yùn)行穩(wěn)定。這在電路設(shè)計(jì)、元件選擇和裝配工藝等方面應(yīng)采取相應(yīng)的措施。（7）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)具有良好的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。（8）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡可能小，響應(yīng)速度快。（9）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢修方便，并應(yīng)盡量做到系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。

勵(lì)磁系統(tǒng)的分類勵(lì)磁系統(tǒng)的典型型式

①—直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

1960年以前，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁功率單元，一般均采用同軸的直流發(fā)電機(jī)，稱為直流勵(lì)磁機(jī)．勵(lì)磁控制單元?jiǎng)t多采用機(jī)電型或電磁調(diào)節(jié)器．隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展與同步發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大，這種勵(lì)磁系統(tǒng)已不能適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)和大容量機(jī)組的需要，直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁功率和響應(yīng)速度及勵(lì)磁電壓頂值不能滿足要求。

勵(lì)磁系統(tǒng)的典型型式

②—交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)1直流勵(lì)磁的換向器是影響安全運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，也是限制勵(lì)磁機(jī)容量的主要因