【正文】 自并激方式的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備和接線比較簡(jiǎn)單：由于無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，具有較高的可靠性；造價(jià)低；勵(lì)磁變壓器放置自由，縮短了機(jī)組長(zhǎng)度；勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度快。但對(duì)采用這種勵(lì)磁方式，人們普遍有兩點(diǎn)顧慮；第一，發(fā)電機(jī)近端短路時(shí)能否滿足強(qiáng)勵(lì)要求，機(jī)組是否失磁；第二， 8 由于短路電流的迅速衰減，帶時(shí)限的繼電保護(hù)可能會(huì)拒絕動(dòng)作。國(guó)內(nèi)外的分析和試驗(yàn)表明，這些問(wèn)題在技術(shù)上是可以解決的。自并勵(lì)方式愈來(lái)愈普遍地得到采用。國(guó)外某些公司甚 至把這種方式列為大型機(jī)組的定型勵(lì)磁方式。我國(guó)近年來(lái)在大型發(fā)電機(jī)上廣泛采用自并勵(lì)方式 。 、無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng) 上述交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)，勵(lì)磁機(jī)的電樞與整流裝置都是靜止的。雖然由硅整流元件或可控硅代替了機(jī)械式換向器，但是靜止的勵(lì)磁系統(tǒng)需要通過(guò)滑環(huán)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路相連?；h(huán)是一種轉(zhuǎn)動(dòng)的接觸部件，仍然是勵(lì)磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。隨著巨型發(fā)電機(jī)組的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子電流大大增加，可能產(chǎn)生個(gè)別滑環(huán)過(guò)熱和冒火的現(xiàn)象。為了解決大容量機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)中大電流滑環(huán)的制造和維護(hù)問(wèn)題，提高勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性，出現(xiàn)了一種無(wú)刷勵(lì)磁方式。這種勵(lì)磁方式整個(gè)系統(tǒng) 沒(méi)有任何轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件。其原理圖見(jiàn)圖 19。 PMGF 調(diào)節(jié) 器kz自動(dòng)勵(lì)磁PTFLQCTACL 圖 19無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)接線原理 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)中，主勵(lì)磁機(jī)（ ACL）電樞是旋轉(zhuǎn)的，它發(fā)出的三相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)的二極管整流橋整流后直接送發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路。由于主勵(lì)磁機(jī)電樞及其硅整流器與主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子都在同一根軸上旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)及電刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件。無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)中的副勵(lì)磁機(jī)（ PMG）是一個(gè)永磁式中頻發(fā)電機(jī)，它與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)。主勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)繞組是靜止的，即它是一個(gè)磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機(jī)。 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件，提高了運(yùn)行可靠性和減少了機(jī)組維護(hù)工作量。但旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體無(wú)刷勵(lì)磁方式對(duì)硅元件的可靠性要求高，不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進(jìn)行滅磁，轉(zhuǎn)子電流、電壓及溫度不便直接測(cè)量等。這些都是需要研究解決的問(wèn)題。 、 諧波勵(lì)磁系統(tǒng) 除了上述幾種勵(lì)磁方式外，還有一種介于自勵(lì)與它勵(lì)二者之間的所謂諧波勵(lì)磁系統(tǒng)。 在主發(fā)電機(jī)定子槽中嵌有單獨(dú)的附加諧波繞組。利用發(fā)電機(jī)合成磁場(chǎng)中的諧波分量，通常是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 9 利用三次諧波分量，在附加繞組中感應(yīng)出的諧波電勢(shì)，作為勵(lì)磁裝置的電源，經(jīng)半導(dǎo)體整流后供給發(fā)電機(jī)本身 的勵(lì)磁。諧波勵(lì)磁方式有一個(gè)重要的有益的特性，即諧波繞組電勢(shì)隨發(fā)電機(jī)負(fù)載變動(dòng)而改變。當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載增加或功率因數(shù)降低時(shí)，諧波繞組電勢(shì)隨之增高；反之，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載減小或功率因數(shù)增高時(shí)，諧波繞組電勢(shì)隨之降低。因此，這種諧波勵(lì)磁系統(tǒng)具有自調(diào)節(jié)特性，與發(fā)電機(jī)具有復(fù)勵(lì)的作用相似。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時(shí)，諧波繞組電勢(shì)增大，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)。這種勵(lì)磁方式的特點(diǎn)是，簡(jiǎn)單、可靠、快速。國(guó)內(nèi)一些制造單位曾分別在 萬(wàn) KW及以下的小容量機(jī)組上進(jìn)行研究試驗(yàn)。有些問(wèn)題，例如不同的發(fā)電機(jī)三次諧波繞組及發(fā)電機(jī)參數(shù)應(yīng)如何合理選擇等，還待進(jìn)一 步研究。諧波勵(lì)磁方式，在我國(guó)一些小容量發(fā)電機(jī)上已經(jīng)采用。 另外，勵(lì)磁系統(tǒng)方式還包括 P棒勵(lì)磁，直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁等其他方式。 10 第二章 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成原理 167。 21 勵(lì)磁系統(tǒng)的配置 、自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的基本配置 自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁變壓器、可控硅整流橋、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及起勵(lì)裝置、轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)與滅磁裝置等組成。圖 21為南瑞電氣控制公司 FWL/B型靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的接線原理框圖。 勵(lì)磁變壓器定子CT機(jī)端 電壓儀用PT 勵(lì)磁PT機(jī)端 電壓 定子 電流轉(zhuǎn)子電流CT同 步 電 壓同 步 電 壓初勵(lì)控制部分 AC380V湛江奧里油600MW汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)圖 圖 21FWL/B型靜止勵(lì)磁系統(tǒng)接線原理圖 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 11 1) 勵(lì)磁變壓器 勵(lì)磁變壓器為勵(lì)磁系統(tǒng)提供勵(lì)磁能源。對(duì)于自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁變壓器，通常不設(shè)自動(dòng)開關(guān)。高壓側(cè)可加裝高壓熔斷器，也可不加。 勵(lì)磁變壓器可設(shè)置過(guò)電流保護(hù)、溫度保護(hù)。容量較大的油浸勵(lì)磁變壓器還設(shè)置瓦斯保護(hù)。大多小容量勵(lì)磁變壓器一般自己不設(shè)保護(hù)。變壓器高壓側(cè)接線必須包括在發(fā)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)范圍之內(nèi)。 早期的勵(lì)磁變壓器一般都采用油浸式變壓器。近年來(lái)，隨著干式變壓器制造技術(shù)的進(jìn)步及考慮防火、維護(hù)等因素的影響，一般采用干式變壓器。對(duì)于大容量的勵(lì)磁變壓器，往往采用三個(gè)單相干式變壓器組合而成。勵(lì)磁變壓器的聯(lián)接 組別，通常采用 Y/△組別， Y/Y— 12組別通常不用。與普通配電變壓器一樣，勵(lì)磁變壓器的短路壓降為 4%～ 8%。 2) 可控硅整流橋 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)中的大功率整流裝置均采用三相橋式接法。這種接法的優(yōu)點(diǎn)是半導(dǎo)體元件承受的電壓低，勵(lì)磁變壓器的利用率高。三相橋式電路可采用半控或全控橋方式。這兩者增強(qiáng)勵(lì)磁的能力相同，但在減磁時(shí)，半控橋只能把勵(lì)磁電壓控制到零，而全控橋在逆變運(yùn)行時(shí)可產(chǎn)生負(fù)的勵(lì)磁電壓，把勵(lì)磁電流急速下降到零，把能量反饋到電網(wǎng)。在當(dāng)今的自并激勵(lì)磁系統(tǒng)中幾乎全部采用全控橋。 可控硅整流橋采用相控方式。對(duì)三相全 控橋，當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，控制角在 0o～ 90o之間為整流狀態(tài)（產(chǎn)生正向電壓與正向電流）；控制角在 90o～ 150o（理論上控制角可以達(dá)到180o考慮到實(shí)際存在換流重疊角，以及觸發(fā)脈沖有一定的寬度，所以一般最大控制角取 150o）之間為逆流狀態(tài)（產(chǎn)生負(fù)向電壓與正向電流）。因此當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)改變可控硅的控制角來(lái)調(diào)整勵(lì)磁電流的大小，以保證發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓恒定。 對(duì)于大型勵(lì)磁系統(tǒng)，為保證足夠的勵(lì)磁電流，多采用數(shù)個(gè)整流橋并聯(lián)。整流橋并聯(lián)支路數(shù)的選取原則為：（ N+1）（也有采用 N+2的，但考慮到現(xiàn)在可控硅以及 可控硅整流橋制造技術(shù)的日益成熟，采用 2橋冗余似乎已經(jīng)沒(méi)有必要）。 N為保證發(fā)電機(jī)正常勵(lì)磁的整流橋個(gè)數(shù)。即當(dāng)一個(gè)整流橋因故障退出時(shí)，不影響勵(lì)磁系統(tǒng)的正常勵(lì)磁能力。 3) 勵(lì)磁控制裝置 勵(lì)磁控制裝置包括自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器和起勵(lì)控制回路。對(duì)于大型機(jī)組的自并激勵(lì)磁系統(tǒng)中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，多采用基于微處理器的微機(jī)型數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，并與給定值進(jìn)行比較，當(dāng)機(jī)端電壓高于給定值時(shí)，增大可控硅的控制角，減小勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓回到設(shè)定值。當(dāng)機(jī)端電壓低于給定值時(shí)，減小可控硅的控制角，增大勵(lì)磁電流，維 持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為設(shè)定值。 12 4) 滅磁及轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù) 對(duì)于采用線性電阻或采用滅弧柵方式滅磁時(shí)，須設(shè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)裝置。而采用非線性電阻滅磁時(shí)，可以同時(shí)兼顧轉(zhuǎn)子的過(guò)電壓保護(hù)。因此，非線性電阻滅磁方式在大型發(fā)電機(jī)組，特別是水輪發(fā)電機(jī)組中得到了大量應(yīng)用。國(guó)內(nèi)使用較多的為高能氧化鋅閥片；而國(guó)外使用較多的為碳化硅電阻。 167。 22 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器基本組成原理 、 微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本工作原理 早期的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器無(wú)論是銀針式、碳阻式還是磁盤式，都屬于電磁反饋式的控制器，都是通過(guò)引入發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和電流的方式 實(shí)現(xiàn)電磁式反饋，從而改變發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)回路電阻的大小，進(jìn)而改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，以保持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓在設(shè)定值附近。 隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在不斷發(fā)展和完善，當(dāng)今的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器大多已經(jīng)采用微機(jī)作為硬件的載體，它已經(jīng)不再單純地提供自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的內(nèi)部同時(shí)提供了手動(dòng)調(diào)節(jié)功能、開環(huán)控制功能或稱純手動(dòng)功能。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行在自動(dòng)方式和手動(dòng)方式的基本工作原理相同，即通過(guò)比較測(cè)量反饋值與參考值（有別于設(shè)定值）的誤差，計(jì)算出控制電壓（自動(dòng)方式下還經(jīng)過(guò)一個(gè)欠勵(lì)限制環(huán)節(jié)），再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子電壓反饋產(chǎn)生可控硅的控制 角，輸出相對(duì)于同步電壓理想自然換流點(diǎn)有一定相位滯后的觸發(fā)脈沖。 、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)方式的閉環(huán)控制對(duì)象為機(jī)端電壓。當(dāng)調(diào)節(jié)器運(yùn)行在自動(dòng)方式且沒(méi)有發(fā)生欠勵(lì)限制時(shí)，如果發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓高于參考值，則調(diào)節(jié)器減小控制電壓，進(jìn)而增大可控硅的控制角，使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓下降，減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓回到參考值；如果發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓低于參考值時(shí)，調(diào)節(jié)器增大控制電壓，進(jìn)而減小可控硅的控制角，使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓上升，增大發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為參考值。其控制簡(jiǎn)圖如圖 22所示。圖中 Ugset為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓設(shè)定值， Ugact為發(fā)電機(jī)端電壓實(shí)際值， Uk為控制電壓， Vs為勵(lì)磁電源電壓， T c為發(fā)電機(jī)端電壓采樣時(shí)間常數(shù)， TF為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓反饋時(shí)間常數(shù)， PI為比例 積分控制， TSCR、 Tg分別為可控硅整流橋等效時(shí)間常數(shù)和發(fā)電機(jī)等效時(shí)間常數(shù)。 Ugact調(diào)差（無(wú)功電流補(bǔ)償）UkUsUgset11+T S C1g1+T S1F1+T SSCR11+T SPI電壓控制器欠勵(lì)限制器過(guò)勵(lì)限制器V/F限制器定子電流限制器MVs 圖 22發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制原理簡(jiǎn)圖 、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的手動(dòng)調(diào)節(jié)功能 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 13 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器手動(dòng)調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制對(duì)象為勵(lì)磁電流。當(dāng)調(diào)節(jié)器運(yùn)行在手動(dòng)方式時(shí)，如果發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流 高于設(shè)定值，則調(diào)節(jié)器減小控制電壓，既增大可控硅的控制角，進(jìn)而減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流回到設(shè)定值；如果發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流低于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器增大控制電壓，既減小可控硅的控制角，增大發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，維持發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流為設(shè)定值。其控制簡(jiǎn)圖如圖 23所示。圖中 Ifset和 Ifact分別表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的設(shè)定值和實(shí)際值。 1SCR1+T SPIFDU39。FsetIFsetUk1F1g1+T S1C1+T S電流控制器1+T SUgI勵(lì)磁電流限制器VsM 圖 23發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器手自動(dòng)控制原理簡(jiǎn)圖 當(dāng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作在自動(dòng)方式時(shí)，還有許多輔助限制保護(hù)功能（如圖 22所示）。勵(lì)磁控 制的參考值已不再僅僅是勵(lì)磁控制的設(shè)定值，而是綜合考慮了發(fā)電機(jī)定子電流限制、 V/F限制以及調(diào)差（無(wú)功電流補(bǔ)償）等作用后的參考值。這一參考值與發(fā)電機(jī)端電壓的誤差再與發(fā)電機(jī)的欠勵(lì)限制值做比較取其中的較大者（模型中的高值門）作為電壓控制器的輸入。 由于采用了微機(jī)作為勵(lì)磁控制器的載體，早期的那些通過(guò)硬件才能夠?qū)崿F(xiàn)的比較、限制、保護(hù)等功能已經(jīng)不再需要專門的硬件，都可以通過(guò)軟件來(lái)方便靈活地實(shí)現(xiàn)，因此使得勵(lì)磁控制器的硬件大為簡(jiǎn)化，可靠性得到大幅度提高。同時(shí)，由于采用軟件代替硬件使原先半導(dǎo)體器件存在的零漂、電位器的不準(zhǔn)確性、 電容參數(shù)的變化等等問(wèn)題不復(fù)存在，也使得勵(lì)磁控制的調(diào)試維護(hù)工作變得方便、容易。 、微機(jī)調(diào)節(jié)器的主要組成部分 隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除去因?yàn)榻涌诘确矫嬖黾訋?lái)硬件復(fù)雜程度上升外，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的硬件逐漸被簡(jiǎn)化，這主要因?yàn)?，原先需要通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的許多功能已經(jīng)完全可以由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而只需要提供足夠充分的模擬量信息接口，并把這些信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的模擬量信號(hào)并進(jìn)行采樣，然后把采樣的信息存放在一些變量中，供計(jì)算機(jī)使用即可。 可見(jiàn)，當(dāng)今的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，除了電源模塊、 CPU模塊、模擬量和開關(guān)量接口模塊以及勵(lì)磁調(diào)節(jié) 器必要的脈沖放大電路幾乎已不再需要特殊的外圍電路。 調(diào)節(jié)器的核心硬件包括：模擬信號(hào)的數(shù)字化采樣回路、 CPU的控制運(yùn)算和邏輯判斷回路以及數(shù)字式的移相觸發(fā)回路。還有一些輔助的電源回路等，具體簡(jiǎn)介如下： 14 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的調(diào)節(jié)、控制與限制功能，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中須取得與機(jī)組狀態(tài)變量有關(guān)的運(yùn)行參數(shù)作為反饋量，并依此進(jìn)行運(yùn)算。對(duì)這些反饋量的處理有兩種方式，即模擬量采樣和交流采樣。 對(duì)于模擬量采樣，一般采用模擬量變送器作為測(cè)量元件，模擬量變送器的輸出量為與輸入量成比例的直流電壓，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換接口電路，供計(jì)算機(jī)采樣。由 于這種方法容易實(shí)現(xiàn)，測(cè)量精度也可保證，因而早期的微機(jī)勵(lì)磁多采用這種方式。 變送器把交流量轉(zhuǎn)換成直流量時(shí)，為了保證足夠的精度，一般需要濾波電路；從提高勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的響應(yīng)速度方面考慮，應(yīng)盡量減少變送器的濾波時(shí)間常數(shù)。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定此時(shí)間常數(shù)不得大于 50ms。采用高頻有源濾波器可以方便地實(shí)現(xiàn)這一要求，時(shí)間常數(shù)僅為 7～ 10ms。模擬量變送器的不足之處在于電路硬件復(fù)雜，調(diào)整和維護(hù)量較多。 與模擬量采樣對(duì)應(yīng)的是交流采樣，通過(guò)交流接口將發(fā)電機(jī)電壓、電流互感器的二次電壓和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成與原信號(hào)在數(shù)量上成正比，但幅值較低的交流電 壓，供計(jì)算機(jī)進(jìn)行采樣處理，并經(jīng)運(yùn)算求出相關(guān)的發(fā)電機(jī)電壓、電流以及有功和無(wú)功功率。交流采樣技術(shù)是微機(jī)勵(lì)磁的關(guān)鍵技術(shù)和勵(lì)磁裝置數(shù)字化深度的標(biāo)志之一。 交流接口分別為電壓接口和電流接口兩種，兩者均為前置模擬通道，由信號(hào)幅度變換裝置、隔離屏蔽、模擬式低通濾波等部分組成。 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 15 167。 24 可控整流原理 利用電力半導(dǎo)體器件可以進(jìn)行電能的變換，其中整流電路可將交流電轉(zhuǎn)變成直流電供給直流負(fù)載，逆變電路又可將直流電轉(zhuǎn)換