【文章內容簡介】 間短路時，為避免事故繼續(xù)擴大,勵磁系統(tǒng)應能盡快地將發(fā)電機的勵磁電流減到盡可能小的程度，即滅磁。（3） 勵磁裝置本身應無失靈區(qū)，以利于提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定，并且動作應迅速，工作要可靠，調節(jié)過程要穩(wěn)定。（4） 為了保證勵磁繞組和整流器安全運行,對最大勵磁電流要有所限制,不得超過規(guī)定值。同時，考慮到發(fā)電機在欠勵情況下較易失步，為此對勵磁電流的最小值也必須有所限制。 勵磁系統(tǒng)的分類及選擇勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機勵磁繞組的供電電源，按供電方式的不同，勵磁系統(tǒng)可以分為它勵和自勵系統(tǒng)兩大類，下面分別加以說明。這種系統(tǒng)中，勵磁繞組和電樞繞組由同一電源供電，即不用勵磁機而由同步發(fā)電機本身提供勵磁電流。有如下三種：僅由同步發(fā)電機本身線端的電壓取得能量的稱為自并勵系統(tǒng)；由發(fā)電機本身線端的電壓及電流兩者取得能量的稱為自復勵系統(tǒng)；由發(fā)電機輔助諧波繞組提供勵磁電源的則稱為諧波勵磁系統(tǒng)。為了提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸電能力，國內外都采用串聯(lián)電容補償長距離輸電線路的電感，但補償度過高易發(fā)生同步發(fā)電機的自勵磁(自激)。為了改善配電網的電壓水平和送電能力，也可采用串補方法，但補償度過高同樣會引起自勵磁。因此，自勵磁問題成為一個迫切需要解決的問題，受到廣泛重視?！　《嗄陙?，不少學者對自勵磁進行了較深入的研究。特征方程分析法根據同步電機的基本方程，用運算電抗導出自勵磁特征方程，求特征方程的根分析自勵磁。基于同步電機的方程是五階微分方程，其自勵磁特征方程是相當冗長和繁雜的，不便使用。頻率分析法從某同步發(fā)電機端求電網等值電阻和等值電抗的頻率特性，等值電抗為零時的頻率就是電機發(fā)生自勵磁的串聯(lián)諧振點。對于計及發(fā)電機控制系統(tǒng)的自勵磁分析，由于階數的提高，以上方法更顯得無能為力?！　∮嬎銠C的出現和現代控制理論的發(fā)展為自勵磁研究提供了有力的工具。狀態(tài)方程分析法(下稱狀態(tài)法)是一種新的分析方法。狀態(tài)法首先建立描述自勵磁的狀態(tài)方程，然后根據狀態(tài)方程的系數矩陣進行自勵磁分析。此法數學模型清晰，計算準確，使用方便。由同步發(fā)電機本身以外的電源供電的勵磁系統(tǒng)稱為它勵式勵磁系統(tǒng)，且勵磁繞組與電樞繞組不連接。這種系統(tǒng)中的勵磁電源是勵磁機，它既可以是與電機同軸的直流發(fā)電機，也可以是帶有整流設備的交流發(fā)電機。下面將介紹它勵式勵磁系統(tǒng)。① 帶副勵磁機的它勵勵磁機勵磁系統(tǒng)：它與同步發(fā)電機同軸的主勵磁機是一臺它勵直流電機，主勵磁機的勵磁由另一臺同軸的副勵磁機供給。帶自動勵磁調節(jié)器的同軸直流電機勵磁系統(tǒng)：它的勵磁調節(jié)電阻不再手動調節(jié),它帶有自動的自動勵磁調節(jié)器,具有更快的電壓上升速度。② 隨著電力系統(tǒng)的單機容量和輸電距離的不斷增長，勵磁容量亦顯著加大。對于大容量發(fā)電機，特別是大容量的高速發(fā)電機，由于換向困難，直流勵磁機已難以滿足勵磁要求。為適應生產需要，隨著半導體技術的發(fā)展，出現了多種采用半導體整流器的勵磁系統(tǒng)，其中它勵式整流器勵磁系統(tǒng)機為大、中容量同步發(fā)電機所常用。無刷勵磁裝置主要由勵磁變壓器、陽極開關、三相可控硅全控整流橋、滅磁裝置、檢測勵磁電壓 和勵磁 電流的儀表 、防止過電壓和過電流的保護元件及勵磁調節(jié)器 等組成?？煽毓鑴畲叛b置主要為交流勵磁機定子繞組提供勵磁電流。該裝置輸入信號通過勵磁變壓器取 自于汽輪發(fā)電機機端，并經過可控硅三相全控整流橋整流，將三相交流電勢轉換成直流電勢來實現。交流勵磁機勵磁電流的大小是通過勵磁調節(jié)器來實現的。勵磁調節(jié)器設置有 自動調節(jié)和手動調節(jié) 2種方式。手動調節(jié)作為自動調節(jié)的輔助方式，當自動調節(jié)運行發(fā)生故障時可轉換成為手動調節(jié)運行，但采用手動調節(jié)運行時應防止過電壓產生。此外勵磁控制回路中還設有交流勵磁機滅磁裝置。滅磁方式分為 2種，一種是機組故障停機，由系統(tǒng)保護自動(或手動)分斷陽極開關，使交流勵磁機勵磁繞組的磁場能經并接于勵磁繞組兩端的滅磁電阻、二極管而釋放；另一種是在正常停機時采用逆變滅勵的方式進行滅勵。把交流勵磁機做成旋轉電樞式的同步發(fā)電機，并把它安裝在主發(fā)電機的同一轉軸上，然后把硅整流橋也固定在勵磁機的電樞上使其一起旋轉，這樣就組成了旋轉的交流整流勵磁系統(tǒng)。最大特點就是取消了滑環(huán)和碳刷，使整個勵磁系統(tǒng)沒有觸點，所以該系統(tǒng)又稱為無觸點勵磁或無刷勵磁系統(tǒng)。 設計注意事項由于現代同步發(fā)電機有許多供電負載都是電子設備或配備有電子設備的裝置，故對同步發(fā)電機動態(tài)性能要求較高，在主機設計時必須適當選者擇主機的瞬時電抗值以減少主機的時間參數。～。無刷發(fā)電機大多數都作為無人管理的自動化電站電源，故應能可靠地使配電的保護裝置動作，排除故障，提高自動化電站運行的可靠性。國內、外無刷發(fā)電機的技術要求中，均提出了應能維持3倍以上額定電流的短路電流，～3S的要求，在勵磁方式的選擇或勵磁系統(tǒng)的選擇設計中必須加以考慮。主發(fā)電機比較大，引起發(fā)熱比較厲害，則定子上需要有通風槽；發(fā)電機的容量比較大，其繞組要用截面積比較大電阻率比較小的扁銅線；且無刷發(fā)電機作為現代化電源，要求具有并聯(lián)運行的特性，固需要裝設阻尼繞組，以改善發(fā)電機的并聯(lián)運行性能，并使并聯(lián)運行趨于穩(wěn)定。在整個電機的設計過程中，要保證電機的各項性能——效率、溫升、電壓畸變率、損耗、轉矩、短路電流等指標要合乎要求。當有些指標不合乎要求時，要明白如何進行調整。如定子溫升過高，則：（1） 可降低Δ1一般可加厚銅線；（2） 降低A；（3） 加大hs/bs的比值；轉子溫升過高則可加大hm或be；最大轉矩不合格則可增加g，如還不行則可改變A/Bg的值等；通過以上的論證可得知該同步發(fā)電機具有符合設計要求的各種性能：（1） 定子繞組采用最佳短距和分布系數，采用斜槽結構，加之磁極形狀經過優(yōu)化設計，電壓波形遠遠優(yōu)于普通發(fā)電機，因而電壓波形完全合乎設計要求；（2） 瞬變電抗小，動態(tài)性能優(yōu)良等；（3） 發(fā)電機為F級絕緣，實際上溫升低于B級溫升，故過載能力大，絕緣壽命長，可靠性高。交流勵磁機是一個旋轉電樞式交流同步發(fā)電機，但由于它的工作特點和負載的特殊性，它與一般的同步發(fā)電機不大一樣。對磁路設計來說，交流勵磁機輸出電壓隨主發(fā)電機負載及工作溫度變化而大幅度變化著，相應交流勵磁機的感應電勢也應是幅度變化。為滿足主發(fā)電機的最大強勵要求，相應于勵磁機額定工作狀態(tài)的磁路工作點處在線性部分，即交流了勵磁機的額定工作狀態(tài)時的磁密要取得低。由于叫勵磁機的電樞具有電感，換相時電流不能突變，產生了換相角，因此有其獨特的電壓變比和電流變比。通常采用較小的短路比和較高的頻率來改善無刷發(fā)電機的動態(tài)特性。為減小負載電壓將及改善換相狀況，將換相角控制在300～500之間。另外交流勵磁機的極數最好不要為主機極數的整數倍。交流勵磁機在設計時應注意滿足勵磁系統(tǒng)對其提出的強勵、高反應速度及高可靠性的要求，因而要有一些特殊考慮。（1） 為提高勵磁系統(tǒng)反應的快速性，交流勵磁機勵磁繞組的時間常數應盡量小。為此，交流勵磁機轉子鐵心一般采用迭片式結構，以增大轉子鐵心渦流電阻，減小磁路內渦流阻尼作用及轉子附加鐵損。（2） ，通常勵磁機應設計得使其負載特性直到額定工況時仍保持線性，為此一般選取空載氣隙磁通密度B：，且要將電樞磁通密度控制在該硅鋼片磁化曲線的直線區(qū)域。（3） ，提高電壓增長速度，對影響交流勵磁機飽和程度的電機參數一短路比應盡量選得小一些，同時還可以降低交流勵磁機的造價。（4） 為減小換相壓降，換相角最好選取在300～400之間。（5） 為減小交流勵磁機定子線棒內頻率較高的非正弦波電流產生的附加損耗和趨表效應，定子線圈采用多股扁導線換位編織線棒。（6） 為提高交流勵磁機定子繞組的可靠性，當主機轉子繞組過電壓時，勵磁機定子絕緣不受破壞，勵磁機定子繞組絕緣應與主發(fā)電機轉子絕緣等級相同。（7） 為了改善無刷發(fā)電機的動態(tài)特性，交流勵磁機設計時，必須注意盡量選用較小的短路比（—）以提高勵磁機勵磁電流的瞬時靈敏度，縮短勵磁機的時間長數。較小的短路比，能使交流勵磁機設計得經濟些，縮小體積，減輕重量。其次短路比小，Xd大，這樣，在旋轉整流器的整流管出現短路故障情況下，可使短路電流不致過大，對其他整流管就起到了保護作用。（8） 由于交流勵磁機的電樞繞組是一個經過旋轉整流器大電感，加之由于勵磁機的電樞繞組內電抗的存在，使旋轉整流器換相時，電流不能突變，產生了換相角，因此有獨特的電壓變比和電流變比，而且使交流勵磁機相電流波形與正弦波相差很大。所以，交流勵磁機的計算主要應解決以下兩個問題：① 如何根據主發(fā)電機給定的直流勵磁電壓和直流勵磁電流，計算出交流勵磁機的輸出交流相電勢、相電流、及勵磁機的容量；② 如何計算交流勵磁機的電樞反應、功率因數及所需的勵磁磁勢。（9） 此外，為了改善無刷發(fā)電機的動態(tài)特性，應盡量選用較小的短路比，以提高勵磁機勵磁電流的瞬時靈敏度，縮短了勵磁機的時間常數，同時，選用較高的頻率也可以縮短勵磁機的時間常數。因此設計時必須注意以上所述的特殊性，除此以外，其設計的步驟和原則基本上和小型凸極同步發(fā)電機的設計相同。旋轉整流器是無刷發(fā)電機組交流勵磁機的重要組成部分，整流管的可靠性直接影響電流的整流效果，從而影響到發(fā)電機組的運行。旋轉整流器是電機故障率較高的部件。因為它工作在高溫、高速和有振動的場合，而且還有承受過電流過電壓沖擊的可能。電機受到外界干擾時，盡管由負載電流產生的定子旋轉磁場與轉子繞組間無相對運動。但隨著定子磁場幅值的突變，在轉子繞組中便會感應出變壓器電勢；而當電機負載不對稱時，定子繞組中將會流過負序電流，這個負序電流將在轉子磁場繞組中感應出