發(fā)電機勵磁原理和作用

勵磁系統是同步發(fā)電機的穩定運行的重要組成部分,其主要任務(wù)是通過(guò)調節勵磁繞組的電流來(lái)調節發(fā)電機轉子電流電壓來(lái)控制發(fā)電機機端電壓,滿(mǎn)足發(fā)電機正常發(fā)電的需要,同時(shí)控制發(fā)電機組間無(wú)功功率的合理分配,提高同步發(fā)電機并列運行的穩定性,可靠性。
同步發(fā)電機的勵磁系統主要由功率單元和調節器（裝置）兩大部分組成。

維持機端電壓
在發(fā)電機正常運行情況下,勵磁調節裝置應維持發(fā)電機端電壓或主變壓器高壓側電壓在給定水平。當發(fā)電機負荷變化時(shí),要保證發(fā)電機的端電壓為給定值則必須調節勵磁。

勵磁系統主要任務(wù)
1.維持發(fā)電機機端電壓在給定水平；
2.控制無(wú)功功率的分配；
3.提高同步發(fā)電機并聯(lián)運行的穩定性；
4.提高電力系統繼電保護裝置動(dòng)作準確性；
5.快速滅磁。
維持機端電壓
在發(fā)電機正常運行情況下,勵磁調節裝置應維持發(fā)電機端電壓或主變壓器高壓側電壓在給定水平。當發(fā)電機負荷變化時(shí),要保證發(fā)電機的端電壓為給定值則必須調節勵磁。

從發(fā)電機簡(jiǎn)化相量圖可知：Eq=Uf+jLXd
其中，Eq-發(fā)電機空載電勢；Uf-發(fā)電機機端電壓；If-發(fā)電機定子電流；Xd-發(fā)電機同步電抗。
由上式可知,在發(fā)電機空載電勢Eq恒定的情況下,發(fā)電機機端電壓Uf會(huì )隨發(fā)電機定子電流 If增加而降低,隨發(fā)電機定子電流 If降低而增加。要保證發(fā)電機的機端電壓Uf恒定,必須隨發(fā)電機負荷電流的增加或減小而增加或減小發(fā)電機的空載電勢Eq。而Eq是發(fā)電機勵磁電流IL的函數,若不考慮飽和,則空載電勢Eq和勵磁電流IL成正比。故在發(fā)電機運行中,隨著(zhù)發(fā)電機負荷電流變化,發(fā)電機的端電壓也將隨之變化,要使發(fā)電機的機端電壓維持在給定水平,需要通過(guò)勵磁裝置的調節作用,自動(dòng)增加或減少勵磁電流。
無(wú)功功率分配
當發(fā)電機并列于電力系統運行時(shí),它輸出的有功取決于原動(dòng)機輸入的機械功率,而輸出的無(wú)功則與發(fā)電機的勵磁電流有關(guān),實(shí)際運行中,發(fā)電機并列運行的母線(xiàn)不會(huì )是無(wú)窮大母線(xiàn),這時(shí)改變發(fā)電機勵磁會(huì )使發(fā)電機機端電壓和無(wú)功功率都發(fā)生變化,但端電壓變化較小,而無(wú)功功率會(huì )有較大的變化?？刂撇⒘羞\行的發(fā)電機之間的合理無(wú)功分配是勵磁調節裝置的一個(gè)重要功能。并列運行的發(fā)電機機組之間是如何合理分配無(wú)功功率的呢這與發(fā)電機機端電壓的調差率有關(guān)。發(fā)電機機端電壓的調差率是這樣來(lái)定義的勵磁裝置調差功能投入,發(fā)電機給定電壓不變,發(fā)電機功率因數為零的條件下,當發(fā)電機的無(wú)功負荷從零增加至額定時(shí),用發(fā)電機額定電壓百分數表示的機端電壓變化率K,即公式二：K(%)=(UF0-UFR)/UFE式中，K-發(fā)電機調差率；UFO-發(fā)電機空載機端電壓；UFE-發(fā)電機額定電壓；UER-發(fā)電機無(wú)功電流為定子額定電流時(shí)的機端電壓。
發(fā)電機機端電壓的調差率反映了在勵磁調節裝置作用下發(fā)電機機端電壓UFR隨無(wú)功輸出的變化率。發(fā)電機端電壓UF可能隨發(fā)電機輸出無(wú)功電流IR的加大而降低,即UF<ufo,這時(shí),稱(chēng)發(fā)電機有正的電壓調差也可能發(fā)電機端電壓uf可能隨發(fā)電機輸出無(wú)功電流ir的加大而升高,即uf>UFO,則稱(chēng)發(fā)電機有負的電壓調差;若發(fā)電機端電壓UF不隨發(fā)電機輸出無(wú)功電流IR的變化而變化,即UF=UFO稱(chēng)發(fā)電機沒(méi)有電壓調差,為無(wú)差調節。</ufo,這時(shí),稱(chēng)發(fā)電機有正的電壓調差也可能發(fā)電機端電壓uf可能隨發(fā)電機輸出無(wú)功電流ir的加大而升高,即uf>

<ufo,這時(shí),稱(chēng)發(fā)電機有正的電壓調差也可能發(fā)電機端電壓uf可能隨發(fā)電機輸出無(wú)功電流ir的加大而升高,即uf>當多臺發(fā)電機機端直接并聯(lián)在一起工作時(shí),為了使并聯(lián)機組間有穩定的無(wú)功分配,這些發(fā)電機都必須有正的電壓調差,且要求調差率K=3%~5%。若發(fā)電機是單元接線(xiàn),即它是通過(guò)升壓變壓器在高壓母線(xiàn)上并聯(lián),則要求發(fā)電機有負的調差,負調差的作用是部分補償無(wú)功電流在升壓變壓器上形成的壓降,從而使電廠(chǎng)高壓母線(xiàn)更加穩定。
提高運行穩定性
電力系統的穩定性問(wèn)題分為三類(lèi),即靜態(tài)穩定、暫態(tài)穩定及動(dòng)態(tài)穩定問(wèn)題。所謂靜態(tài)穩定是指電力系統受到小干擾作用是的穩定性,即受到小干擾作用后恢復原平衡狀態(tài)的能力而暫態(tài)穩定是指電力系統受到大干擾主要是短路作用是的穩定性,即在大干擾作用后系統能否在新的平衡狀態(tài)下穩定工作而動(dòng)態(tài)穩定是指電力系統受到干擾后包括小干擾和大干擾,在考慮了各種自動(dòng)控制裝置作用的情況下,長(cháng)過(guò)程的穩定性問(wèn)題。
運行的基本要求是并入系統的所有發(fā)電機要保持同步運行。系統運行中,隨時(shí)會(huì )遭受到各種擾動(dòng),要求自動(dòng)勵磁系統對電力系統的三類(lèi)穩定運行的改善都有顯著(zhù)的作用。靜態(tài)穩定性
若發(fā)電機的空載電動(dòng)勢Eq恒定,則發(fā)電機的有功功率Pf將隨功率角δ變化,通常將如△P/△t作為電力系統靜態(tài)穩定的判據,當如△P/△t時(shí),系統是穩定的,反之是不穩定的。對于無(wú)自動(dòng)勵磁調節的發(fā)電機來(lái)說(shuō),在△δ<90°占的情況下,系統是不穩定的。即穩定極限角為90°。
若發(fā)電機在運行中可自動(dòng)調節勵磁,則此時(shí)Eq為變化的值,當由于的增加引發(fā)的發(fā)電機定子電流增加使發(fā)電機機端電壓減小時(shí),勵磁調節裝置將調節勵磁電流使Eq增加,使發(fā)電機電壓穩定在一定水平,從而實(shí)現了靜態(tài)調節的功能。
暫態(tài)穩定性
當發(fā)電機受到大的擾動(dòng)時(shí),能否繼續保持同步運行,是暫態(tài)穩定研究的問(wèn)題。而提高勵磁系統的強行勵磁能力提高電壓強勵倍數及電壓上升速度通常被認為是提高電力系統暫態(tài)穩定的經(jīng)濟及有效的手段之一。與勵磁系統的強行勵磁關(guān)，主要以勵磁頂值電壓倍數、勵磁系統電壓響應時(shí)間、勵磁電壓響應比為考量。
動(dòng)態(tài)穩定
態(tài)穩定是研究電力系統受到擾動(dòng)后,恢復到原始平衡點(diǎn)或過(guò)渡到新的平衡點(diǎn)過(guò)程的穩定性?？梢岳斫鉃殡娏ο到y機電振蕩的阻尼問(wèn)題。當阻尼為正時(shí),動(dòng)態(tài)是穩定的當阻尼為負時(shí),動(dòng)態(tài)是不穩定的阻尼為零時(shí),是臨界狀態(tài)。對于零阻尼或很小的正阻尼,都是電力系統運行的不安全因素,應采取措施提高阻尼。
勵磁控制系統中的自動(dòng)電壓調節作用,是造成電力系統機電振蕩的阻尼變弱甚至變負的最重要的原因之一,在正常應用的范圍內,勵磁電壓調節器的負阻尼作用會(huì )隨著(zhù)開(kāi)環(huán)增益的增大而加強,而提高電壓調節精度的要求和提高動(dòng)態(tài)穩定的要求是矛盾的。目前采用PPS（電力胸膛穩定器）來(lái)提高電力系統的動(dòng)態(tài)穩定性。
提高繼保準確性
當電力系統發(fā)生短路時(shí),發(fā)電機的短路電流衰減較快,可能使發(fā)電機后備保護無(wú)法動(dòng)作,此時(shí)由于勵磁自動(dòng)調節系統對發(fā)電機進(jìn)行強勵作用,使發(fā)電機的短路電流甚至略有上升,這樣,使電力系統的短路電流大大加大,從而使繼電保護裝置動(dòng)作的靈敏度得到提高。
如何快速滅磁
當發(fā)電機或者升壓變壓器采用單元式接線(xiàn)內部故障時(shí),為了降低故障所造成的損害,要求發(fā)電機能夠快速滅磁,這樣防止轉子過(guò)壓,保證發(fā)電機在事故情況下的安全。
勵磁電流的獲取方式
直流發(fā)電機供電的勵磁方式
這種勵磁方式的發(fā)電機具有專(zhuān)用的直流發(fā)電機，這種專(zhuān)用的直流發(fā)電機稱(chēng)為直流勵磁機，勵磁機一般與發(fā)電機同軸，發(fā)電機的勵磁繞組通過(guò)裝在大軸上的滑環(huán)及固定電刷從勵磁機獲得直流電流。
這種勵磁方式具有勵磁電流獨立，工作比較可靠和減少自用電消耗量等優(yōu)點(diǎn)，是過(guò)去幾十年間發(fā)電機主要勵磁方式，具有較成熟的運行經(jīng)驗。缺點(diǎn)是勵磁調節速度較慢，維護工作量大，故在10MW以上的機組中很少采用。
交流勵磁機供電的勵磁方式
現代大容量發(fā)電機有的采用交流勵磁機提供勵磁電流。交流勵磁機也裝在發(fā)電機大軸上，它輸出的交流電流經(jīng)整流后供給發(fā)電機轉子勵磁，此時(shí)，發(fā)電機的勵磁方式屬他勵磁方式，又由于采用靜止的整流裝置，故又稱(chēng)為他勵靜止勵磁，交流副勵磁機提供勵磁電流。
交流副勵磁機可以是永磁機或是具有自勵恒壓裝置的交流發(fā)電機。為了提高勵磁調節速度，交流勵磁機通常采用100——200HZ的中頻發(fā)電機，而交流副勵磁機則采用400——500HZ的中頻發(fā)電機。
這種發(fā)電機的直流勵磁繞組和三相交流繞組都繞在定子槽內，轉子只有齒與槽而沒(méi)有繞組，像個(gè)齒輪，因此，它沒(méi)有電刷，滑環(huán)等轉動(dòng)接觸部件，具有工作可靠，結構簡(jiǎn)單，制造工藝方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是噪音較大，交流電勢的諧波分量也較大。
無(wú)勵磁機的勵磁方式
在勵磁方式中不設置專(zhuān)門(mén)的勵磁機，而從發(fā)電機本身取得勵磁電源，經(jīng)整流后再供給發(fā)電機本身勵磁，稱(chēng)自勵式靜止勵磁。自勵式靜止勵磁可分為自并勵和自復勵兩種方式。自并勵方式它通過(guò)接在發(fā)電機出口的整流變壓器取得勵磁電流，經(jīng)整流后供給發(fā)電機勵磁，這種勵磁方式具有結簡(jiǎn)單，設備少，投資省和維護工作量少等優(yōu)點(diǎn)。
自復勵磁方式除沒(méi)有整流變壓外，還設有串聯(lián)在發(fā)電機定子回路的大功率電流互感器。這種互感器的作用是在發(fā)生短路時(shí)，給發(fā)電機提供較大的勵磁電流，以彌補整流變壓器輸出的不足。這種勵磁方式具有兩種勵磁電源，通過(guò)整流變壓器獲得的電壓電源和通過(guò)串聯(lián)變壓器獲得的電流源。
在改變發(fā)電機的勵磁電流中，一般不直接在其轉子回路中進(jìn)行，因為該回路中電流很大，不便于進(jìn)行直接調節，通常采用的方法是改變勵磁機的勵磁電流，以達到調節發(fā)電機轉子電流的目的。常用的方法有改變勵磁機勵磁回路的電阻，改變勵磁機的附加勵磁電流，改變可控硅的導通角等。
這里主要講改變可控硅導通角的方法，它是根據發(fā)電機電壓、電流或功率因數的變化，相應地改變可控硅整流器的導通角，于是發(fā)電機的勵磁電流便跟著(zhù)改變。這套裝置一般由晶體管，可控硅電子元件構成，具有靈敏、快速、無(wú)失靈區、輸出功率大、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
在事故情況下能有效地抑制發(fā)電機的過(guò)電壓和實(shí)現快速滅磁。自動(dòng)調節勵磁裝置通常由測量單元、同步單元、放大單元、調差單元、穩定單元、限制單元及一些輔助單元構成。被測量信號（如電壓、電流等），經(jīng)測量單元變換后與給定值相比較，然后將比較結果（偏差）經(jīng)前置放大單元和功率放大單元放大，并用于控制可控硅的導通角，以達到調節發(fā)電機勵磁電流的目的。
同步單元的作用是使移相部分輸出的觸發(fā)脈沖與可控硅整流器的交流勵磁電源同步，以保證控硅的正確觸發(fā)。調差單元的作用是為了使并聯(lián)運行的發(fā)電機能穩定和合理地分配無(wú)功負荷。
穩定單元是為了改善電力系統的穩定而引進(jìn)的單元。勵磁系統穩定單元用于改善勵磁系統的穩定性。限制單元是為了使發(fā)電機不致在過(guò)勵磁或欠勵磁的條件下運行而設置的。必須指出并不是每一種自動(dòng)調節勵磁裝置都具有上述各種單元，一種調節器裝置所具有的單元與其擔負的具體任務(wù)有關(guān)。
自動(dòng)調節勵磁的組成部件有機端電壓互感器、機端電流互感器、勵磁變壓器；勵磁裝置需要提供以下電流，廠(chǎng)用AC380v、廠(chǎng)用DC220v控制電源.廠(chǎng)用 DC220v合閘電源；需要提供以下空接點(diǎn)，自動(dòng)開(kāi)機.自動(dòng)停機.并網(wǎng)（一常開(kāi)，一常閉）增，減；需要提供以下模擬信號，發(fā)電機機端電壓100V，發(fā)電機機端電流5A，母線(xiàn)電壓100V，勵磁裝置輸出以下繼電器接點(diǎn)信號；勵磁變過(guò)流，失磁，勵磁裝置異常等?！　?br style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;"/>勵磁控制、保護及信號回路由滅磁開(kāi)關(guān)，助磁電路、風(fēng)機、滅磁開(kāi)關(guān)偷跳、勵磁變過(guò)流、調節器故障、發(fā)電機工況異常、電量變送器等組成。在同步發(fā)電機發(fā)生內部故障時(shí)除了必須解列外，還必須滅磁，把轉子磁場(chǎng)盡快地減弱到最小程度，保證轉子不過(guò)的情況下，使滅磁時(shí)間盡可能縮短，是滅磁裝置的主要功能。根據額定勵磁電壓的大小可分為線(xiàn)性電阻滅磁和非線(xiàn)性電阻滅磁。</ufo,這時(shí),稱(chēng)發(fā)電機有正的電壓調差也可能發(fā)電機端電壓uf可能隨發(fā)電機輸出無(wú)功電流ir的加大而升高,即uf>