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發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)專題講解,零基礎(chǔ),一文全明白

     眾所周知,同步發(fā)電機(jī)要用直流電流勵磁。發(fā)電機(jī)的基本原理就是:旋轉(zhuǎn)磁場掠過繞組,在繞組中產(chǎn)生電動勢,從而發(fā)出電力。而旋轉(zhuǎn)磁場就是勵磁電流通過轉(zhuǎn)子而產(chǎn)生的,所以勵磁對于發(fā)電機(jī)非常重要,對于一般發(fā)電機(jī)而言,沒有勵磁就不能發(fā)出電力,無論勵磁是永磁還是電磁。在以往的他勵式同步發(fā)電機(jī)中,其直流電流是有附設(shè)的直流勵磁機(jī)供給。

一、發(fā)電機(jī)的原理及勵磁系統(tǒng)的由來

1、發(fā)電機(jī)的工作原理

    大家都知道發(fā)電機(jī)的工作原理是利用導(dǎo)線切割磁力線感應(yīng)出電勢的電磁感應(yīng)原理,將原動機(jī)的機(jī)械能變?yōu)殡娔茌敵。同步發(fā)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是發(fā)出電力的電樞,轉(zhuǎn)子是磁極。定子由電樞鐵芯,均勻排放的三相繞組及機(jī)座和端蓋等組成。轉(zhuǎn)子通常為隱極式,由勵磁繞組、鐵芯和軸、護(hù)環(huán)、中心環(huán)等組成。

    轉(zhuǎn)子的勵磁繞組通入直流電流,產(chǎn)生接近于正弦分布磁場(稱為轉(zhuǎn)子磁場),其有效勵磁磁通與靜止的電樞繞組相交鏈。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子磁場隨同一起旋轉(zhuǎn)、每轉(zhuǎn)一周,磁力線順序切割定子的每相繞組,在三相定子繞組內(nèi)感應(yīng)出三相交流電勢。發(fā)電機(jī)帶對稱負(fù)載運(yùn)行時(shí),三相電樞電流合成產(chǎn)生一個(gè)同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場。定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互作用,會產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。從汽輪機(jī)輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩克服制動轉(zhuǎn)矩而作功。

發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)專題講解,零基礎(chǔ),一文全明白如圖所示:

同步發(fā)電機(jī)勵磁柜.jpg

    發(fā)電機(jī)可發(fā)出有功功率和無功功率。所以,調(diào)整有功功率就得調(diào)節(jié)汽機(jī)的進(jìn)汽量。轉(zhuǎn)子磁場的強(qiáng)弱直接影響定子繞組的電壓,所以,調(diào)發(fā)電機(jī)端電壓或調(diào)發(fā)電機(jī)的無功功率必須調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流。發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率幾何相加之和稱為視在功率。有功功率和視在功率之比稱為發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)(力率),發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)一般為0.85。供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直流建立轉(zhuǎn)子勵磁的系統(tǒng)稱為發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)。

2、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)由來

   供給同步發(fā)電機(jī)勵磁電流的電源及其附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。它一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)主要部分組成。勵磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵磁電流;而勵磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵磁功率單元的輸出。勵磁系統(tǒng)的自動勵磁調(diào)節(jié)器對提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)組的穩(wěn)定性具有相當(dāng)大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導(dǎo)致機(jī)組穩(wěn)定極限降低的趨勢,也促使勵磁技術(shù)不斷發(fā)展。

    同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)主要由功率單元和調(diào)節(jié)器(裝置)兩大部分組成。其中勵磁功率單元是指向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵磁電流的勵磁電源部分,而勵磁調(diào)節(jié)器則是根據(jù)控制要求的輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵磁功率單元輸出的裝置。由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機(jī)本身一起組成的整個(gè)系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)控制系統(tǒng)。

二、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的作用

勵磁系統(tǒng)的主要作用有:

1、維持發(fā)電機(jī)端電壓在給定值,當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí),通過調(diào)節(jié)磁場的強(qiáng)弱來恒定機(jī)端電壓。

2、合理分配并列運(yùn)行機(jī)組之間的無功。

3、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,包括靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性及動態(tài)穩(wěn)定性。

4、提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性;

5、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;

6、根據(jù)運(yùn)行要求對發(fā)電機(jī)實(shí)行最大勵磁限制及最小勵磁限制。

7、根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵磁電流,以維持機(jī)端電壓為給定值;

8、控制并列運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無功功率分配;

9、提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性;

發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)專題講解,零基礎(chǔ),一文全明白如圖所示:

同步發(fā)電機(jī)勵磁柜1.jpg

三、勵磁系統(tǒng)發(fā)分類

   近年來發(fā)電機(jī)自動調(diào)節(jié)技術(shù)的不斷更新與進(jìn)步,先后出現(xiàn)了多種形式的勵磁裝置。形成了多種勵磁方式,但歸納起來,不外乎他勵和自勵兩種方式:

1、他勵式勵磁方式

   他勵式勵磁方式是由與同步發(fā)電機(jī)同軸安裝;或經(jīng)皮帶傳動的不同軸安裝的直流勵磁機(jī)發(fā)出的直流電;以及交流勵磁機(jī)經(jīng)半導(dǎo)體整流后的直流電等,通過電刷、集電環(huán)向同步發(fā)電機(jī)勵磁組提供勵磁電流。直流勵磁機(jī)是一臺結(jié)構(gòu)完整的直流發(fā)電機(jī),它多采用并勵式或復(fù)勵式自勵直流發(fā)電機(jī)。

2、自勵式勵磁方式

   勵式勵磁方式就是利用整流器將同步發(fā)電機(jī)所發(fā)的交流電(或附加繞組、或諧波繞組產(chǎn)生的交流電)經(jīng)過整流后送入勵磁繞組。常見的自勵式勵磁方式有以下幾種類型:三相同步發(fā)電機(jī)、單相同步發(fā)電機(jī)。上述各種自勵式勵磁同步發(fā)電機(jī)均具有一定的恒壓能力,如果對發(fā)電機(jī)還有更高的恒壓要求時(shí),還可以在以上各種勵磁方式基礎(chǔ)上增加晶閘管自動調(diào)壓器或功率三極管自動調(diào)壓器,使同步發(fā)電機(jī)在額定負(fù)載范圍內(nèi),電壓調(diào)整率達(dá)到±3%的精度。

四、發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的電氣調(diào)節(jié)特性

    經(jīng)過上面的闡述大家對發(fā)電機(jī)的原理、為什么要勵磁系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)的原理和作用有了初步的認(rèn)識,但是要想徹底理解發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的精髓,知道這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們要從勵磁系統(tǒng)的電氣調(diào)節(jié)原理來進(jìn)一步了解勵磁系統(tǒng)。

    說到勵磁系統(tǒng)電氣調(diào)節(jié)原理無非三個(gè)參數(shù):勵磁電流、電壓、無功和無功負(fù)荷。也就是說發(fā)電機(jī)正常工作,單機(jī)或并網(wǎng)都需要對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)以便完成電壓、無功和無功負(fù)荷的動態(tài)調(diào)整。詳細(xì)說明如下:

1、電壓的調(diào)節(jié)

   自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)可以看成為一個(gè)以電壓為被調(diào)量的負(fù)反饋控制系統(tǒng)。無功負(fù)荷電流是造成發(fā)電機(jī)端電壓下降的主要原因,當(dāng)勵磁電流不變時(shí),發(fā)電機(jī)的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對電能質(zhì)量的要求,發(fā)電機(jī)的端電壓應(yīng)基本保持不變,實(shí)現(xiàn)這一要求的辦法是隨無功電流的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流。

2、勵磁電流

   勵磁電流就是同步電機(jī)轉(zhuǎn)子中流過的電流(有了這個(gè)電流,使轉(zhuǎn)子相當(dāng)于一個(gè)電磁鐵,有N極和S極),在正常運(yùn)行時(shí),這個(gè)電流是由外部加在轉(zhuǎn)子上的直流電壓產(chǎn)生的。當(dāng)發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí),勵磁調(diào)節(jié)器通過調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵磁電流來調(diào)整發(fā)電機(jī)的端電壓,當(dāng)電力系統(tǒng)中有多臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),勵磁調(diào)節(jié)器通過調(diào)整勵磁電流來合理分配并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間的無功功率,從而提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性。

3、無功負(fù)荷

    并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)根據(jù)各自的額定容量,按比例進(jìn)行無功電流的分配。大容量發(fā)電機(jī)應(yīng)負(fù)擔(dān)較多無功負(fù)荷,而容量較小的負(fù)則提供較少的無功負(fù)荷。為了實(shí)現(xiàn)無功負(fù)荷能自動分配,可以通過自動高壓調(diào)節(jié)的勵磁裝置,改變發(fā)電機(jī)勵磁電流維持其端電壓不變,還可對發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)特性的傾斜度進(jìn)行調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷的合理分配。

4、無功功率

   發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),可以認(rèn)為是與無限大容量電源的母線運(yùn)行,要改變發(fā)電機(jī)勵磁電流,感應(yīng)電勢和定子電流也跟著變化,此時(shí)發(fā)電機(jī)的無功電流也跟著變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)與無限大容量系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),為了改變發(fā)電機(jī)的無功功率,必須調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流。此時(shí)改變的發(fā)電機(jī)勵磁電流并不是通常所說的“調(diào)壓”,而是只是改變了送入系統(tǒng)的無功功率。

發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)專題講解,零基礎(chǔ),一文全明白如圖所示:

觸摸屏勵磁柜1.jpg

小編總結(jié):

    總之發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)非常核心的裝置,通過勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)可以使發(fā)電機(jī)的輸出電壓、無功功率、無功負(fù)荷得到很好的調(diào)控。在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)和解列過程中,勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)也起到非常關(guān)鍵的作用。作為搞電的你是否明白了發(fā)電機(jī)勵磁的電氣原理,希望通過本文的學(xué)習(xí)大家能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)有一個(gè)系統(tǒng)性的知識框架。


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