【文章內(nèi)容簡介】 行時 ,通過調(diào)節(jié)勵磁電流 ,能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓。若 并入電網(wǎng)運(yùn)行 ,因電壓由電網(wǎng)決定 ,不能改變 ,此時調(diào)節(jié)勵磁電流的結(jié)果是調(diào)節(jié) 了電機(jī)的功率因數(shù)和無功功率。 同步發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同 ,一般采用三相形式 ,只在某 些小型同步發(fā)電機(jī)中電樞繞組采用單 相。 同步發(fā)電機(jī)工作原理 主磁場的建立 :勵磁繞組通以直流勵磁電流 ,建立極性相間的勵磁磁場 ,即 建立起主磁場。 載流導(dǎo)體 :三相對稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組 ,成為感應(yīng)電勢或者感應(yīng)電流 的載體。 切割運(yùn)動 :原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) (給電機(jī)輸入機(jī)械能 ),極性相間的勵磁磁 場隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組 (相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵磁磁 場 )。 交變電勢的產(chǎn)生 :由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運(yùn)動 ,電樞繞組中 將會感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線 ,即可提 供交流電源。 感應(yīng)電勢頻率 :感應(yīng)電勢的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 和極對數(shù) p。 交變性與對稱性 :由于旋轉(zhuǎn)磁場極性相間 ,使得感應(yīng)電勢的極性交變 。由于 電樞繞組的對稱性 ,保證了感應(yīng)電勢的三相對稱性。 同步轉(zhuǎn)速 :從供電品質(zhì)考慮 ,由眾多同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率 應(yīng)該是一個不變的值 ,這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致 ,我國電網(wǎng) 的頻率為 50Hz。 勵磁系統(tǒng)概述 在我國乃至全世界 ,發(fā)電設(shè)備絕大部分都是同步發(fā)電機(jī) ,其發(fā)電量占總發(fā)電量的 90%以上 ,而同步發(fā)電機(jī)的重要組成部 分勵磁調(diào)節(jié)器又稱為勵磁控制器 ,是電力系統(tǒng)最 主要的自動控制裝置之一 ,它的特性好壞直接影響到同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定 性。勵磁系統(tǒng)一般由兩部分組成 (如圖 21 所示 ):一部分用于向發(fā)電機(jī)的磁場繞組提 供直流電流 ,以建立直流磁場 ,通常稱為勵磁功率輸出部分或稱為功率單元 ,實(shí)質(zhì)上 它是一個發(fā)電機(jī)專用的可控直流電源。另一部分用于在正常運(yùn)行或發(fā)生事故時調(diào)節(jié)勵磁 電流以滿足運(yùn)行的需要。這一部分包括勵磁調(diào)節(jié)器、強(qiáng)行勵磁、強(qiáng)行減磁和自動滅磁等。 一般稱為勵磁控制部分或控制單元或勵磁調(diào)節(jié)器。 勵磁調(diào)節(jié)器通過檢測發(fā)電 機(jī)的電壓、電流或其他狀態(tài)量 ,按給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則對勵磁 功率單元發(fā)出控制信號 ,控制勵磁功率單元的輸出 ,實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制功能。其最基本 的功能是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓或無功功率。 圖 21 同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖 由于大型機(jī)組的這些參量直接影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài) ,因此 ,在某種程度上也可 以說勵磁調(diào)節(jié)器也控制著系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài) ,特別強(qiáng)調(diào)的是 ,電力系統(tǒng)的定和勵磁控制方 式有密切聯(lián)系。 勵磁系統(tǒng)只是發(fā)電機(jī)組的組成部件 ,而發(fā)電機(jī)組是電力系統(tǒng)的重要組成元件 ,電力 系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng) ,其穩(wěn)定性分析是 十分復(fù)雜的。隨著社會的發(fā)展 ,電力系統(tǒng) 容量擴(kuò)大 ,大容量發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行 ,并且遠(yuǎn)離負(fù)荷中心 ,需要充分利用輸電線路的送 電能力 ,這些原因使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題更加突出 ,而電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要性不言而喻。 根據(jù)電力參數(shù)控制 ,電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性包括功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定。根據(jù) 干擾的大小 ,又可以分為靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定。失去功角穩(wěn)定 ,電力系統(tǒng)將發(fā)生振蕩 , 引起系統(tǒng)中樞紐點(diǎn)電壓、輸電設(shè)備中的電壓電流 ,以及輸送功率的大幅度波動 ,電力系 統(tǒng)因而不能向負(fù)荷正常供電 ,處理不當(dāng)會引起長時間大面積停電 :失去電壓穩(wěn)定的 后果 是電壓崩潰 ,導(dǎo)致大面積停電 。失去頻率穩(wěn)定導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰 ,引起電力系統(tǒng)大面積 停電。除了頻率穩(wěn)定 ,其余的穩(wěn)定性都與發(fā)電機(jī)組勵磁系統(tǒng)相關(guān)。 由于快速響應(yīng)勵磁控制、靜止無功補(bǔ)償器以及直流輸電系統(tǒng)的引入 ,為提高電力系 統(tǒng)穩(wěn)定性提供了先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。與此同時 ,由于它們的存在 ,電力系統(tǒng)出現(xiàn)了低頻 振蕩、次同步振蕩、軸系扭振等問題。這些問題又反過來促進(jìn)了對其機(jī)理和與勵磁相關(guān) 的控制策略的研究 ,也促進(jìn)了電力系統(tǒng)穩(wěn)定的研究。 勵磁系統(tǒng)的分類 在我國電力系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)主要有兩大類 ,分為 直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)和 半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)。 直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) 直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)是采用直流發(fā)電機(jī)作為勵磁電源 ,供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的勵磁 電流。其中直流發(fā)電機(jī)稱為直流勵磁機(jī)。直流勵磁機(jī)一般與發(fā)電機(jī)同軸 ,勵磁電流通過 換向器和電刷供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁電流 ,形成有碳刷勵磁。直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)又可分 為自勵式和它勵式。自勵與他勵的區(qū)別是對主勵磁機(jī)的勵磁方式而言的 ,他勵直流勵磁 機(jī)勵磁系統(tǒng)比自勵勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)多用了一臺副勵磁機(jī) ,因此所用設(shè)備增多 ,占用空間 大 ,投資大 ,但是提高了勵磁機(jī)的電壓增長速度 ,因而減小了勵磁機(jī)的時間常數(shù) ,他勵 直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)一般只用在水輪發(fā)電機(jī)組上。 圖 22 自勵直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)原理接線圖 上圖中 LH??電流互感器 。YH??電壓互感器 。 F ??同步發(fā)電機(jī) 。FLQ??同步發(fā)電機(jī)的勵磁線圈 。 L??直流勵磁機(jī) 。LLQ??直流勵磁機(jī)的勵磁線圈 。Rc??可調(diào)電阻 用直流勵磁機(jī)供電的勵磁系統(tǒng) ,在過去的十幾年間 ,是同步發(fā)電機(jī)的主要勵磁系統(tǒng)。 目前大多數(shù)中小型同步發(fā)電機(jī)仍采用這種勵磁系統(tǒng)。長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明 ,這種勵磁系 統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是 :具有獨(dú)立的不受外系統(tǒng)干擾的勵磁電源 ,調(diào)節(jié)方 便 ,設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用 也比較少。缺點(diǎn)是 :運(yùn)行時整流子與電刷之間火花嚴(yán)重 ,事故多 ,性能差 ,運(yùn)行維護(hù)困 難 ,換向器和電刷的維護(hù)工作量大且檢修勵磁機(jī)時必須停主機(jī) ,很不方便。近年來 ,隨 著電力生產(chǎn)的發(fā)展 ,同步發(fā)電機(jī)的容量愈來愈大 ,要求勵磁功率也相應(yīng)增大 ,而大容量 的直流勵磁機(jī)無論在換向問題或電機(jī)的結(jié)構(gòu)上都受到限制。因此 ,直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) 愈來愈不能滿足要求。目前 ,在 100MW 及以上發(fā)電機(jī)上很少采用。 半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng) 半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)是把交流電經(jīng)過硅元件或可控硅整流后 ,作為供給同步發(fā)電機(jī)勵磁 電流的直流電源。半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)分為靜止式和旋轉(zhuǎn)式兩種。 (1)靜止式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng) : 靜止式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)又分為自勵式和它勵式兩種。 1)自勵式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng) 自勵式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的勵磁電源直接由發(fā)電機(jī)端電壓獲得 ,經(jīng)過控制 整流后 ,送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路 ,作為發(fā)電機(jī)的勵磁電流 ,以維持發(fā)電機(jī)端電壓恒定的勵 磁系統(tǒng) ,是無勵磁機(jī)的發(fā)電機(jī)自勵系統(tǒng)。最簡單的發(fā)電機(jī)自勵系統(tǒng)是直接使用發(fā)電機(jī)的 端電壓作勵磁電流的電源 ,由自動勵磁調(diào)節(jié)器控制勵磁電流的大小 ,稱為自并勵可控硅 勵磁系統(tǒng) ,簡稱自并勵系統(tǒng)。自并勵系統(tǒng)中 ,除 去轉(zhuǎn)子本體極其滑環(huán)這些屬于發(fā)電機(jī)的 部件外 ,沒有因供應(yīng)勵磁電流而采用的機(jī)械轉(zhuǎn)動或機(jī)械接觸類元件 ,所以又稱為全靜止 式勵磁系統(tǒng)。下圖為無勵磁機(jī)發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)框圖 ,其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁電流電源由 接于發(fā)電機(jī)機(jī)端的整流變壓器 ZB提供 ,經(jīng)可控硅整流向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵磁電流 ,可控 硅元件 SCR 由自動勵磁調(diào)節(jié)器控制。系統(tǒng)起勵時需要另加一個起勵電源。 圖 23 無勵磁機(jī)發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)原理接線圖 無勵磁機(jī)發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是 :不需要同軸勵磁機(jī) ,系統(tǒng)簡單 ,運(yùn)行可靠性 高 。縮短了機(jī)組的長度 ,減少了基建投資及有 利于主機(jī)的檢修維護(hù) 。由可控硅元件直接 控制轉(zhuǎn)子電壓 ,可以獲得較快的勵磁電壓響應(yīng)速度 。由發(fā)電機(jī)機(jī)端獲取勵磁能量 ,與同 軸勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)相比 ,發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷時 ,機(jī)組的過電壓也低一些。其缺點(diǎn)是 :發(fā)電 機(jī)出口近端短路而故障切除時間較長時 ,缺乏足夠的強(qiáng)行勵磁能力對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影 響不如其它勵磁方式有利。由于以上特點(diǎn) ,使得無勵磁機(jī)發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)在國內(nèi)外電 力系統(tǒng)大型發(fā)電機(jī)組的勵磁系統(tǒng)中受到相當(dāng)重視。 2 )它勵式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng) 它勵式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)包括一臺交流主勵磁機(jī) JL 和一臺交流副勵磁機(jī) FL,三套整流 裝置。 兩臺交流勵磁機(jī)都和同步發(fā)電機(jī)同軸 ,主勵磁機(jī)為 100HZ 中頻三相交流發(fā)電機(jī) , 它的輸出電壓經(jīng)過硅整流裝置向同步發(fā)電機(jī)供給勵磁電流。副勵磁機(jī)為 500HZ 中頻三相 交流發(fā)電機(jī) ,它的輸出一方面經(jīng)可控硅整流后作為主勵磁機(jī)的勵磁電流 ,另一方面又經(jīng) 過硅整流裝置供給它自己所需要的勵磁電流。自動調(diào)勵的裝置也是根據(jù)發(fā)電機(jī)的電壓和 電流來改變可控硅的控制角 ,以改變勵磁機(jī)的勵磁電流進(jìn)行自動調(diào)壓。 圖 24 它勵式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)原理接線圖 它勵式半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是 :系統(tǒng)容量可以做得很大 ,勵磁機(jī)是交流發(fā)電機(jī)沒 有換向問題而且不 受電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的影響。缺點(diǎn)是 :接線復(fù)雜 ,有旋轉(zhuǎn)的主勵磁機(jī)和副 勵磁機(jī) ,啟動時還需要另外的直流電源向副勵磁機(jī)供給勵磁電流。 靜止勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) 靜止勵磁機(jī)是指從一個或多個靜止電源取得功率 ,使用靜止整流器向發(fā)電機(jī)提供直 流勵磁電源的勵磁