1、发电机原理及无刷励磁系统 中学物理学告诉我们：中学物理学告诉我们：导体在磁场中运动、导体在磁场中运动、并切割磁场并切割磁场中中的磁力线时，导体中将会产生电流的磁力线时，导体中将会产生电流 这就是最基本的发电机原理。这就是最基本的发电机原理。 这说明，要发电必须同时满足两个条件：这说明，要发电必须同时满足两个条件： 1.1.） 要有产生磁力线的磁场；要有产生磁力线的磁场； 2.2.） 运动的导体必须切割磁力线。运动的导体必须切割磁力线。一、发电机基本原理：一、发电机基本原理：1 1、固定磁场交流发电机原理固定磁场交流发电机原理 在磁场内放入矩形在磁场内放入矩形线圈，线圈两端通向线圈，线圈两端通向
2、两个滑环，滑环通过两个滑环，滑环通过电刷连接到输出线上，电刷连接到输出线上，输出线端连有负载电输出线端连有负载电阻。阻。 当线圈旋转时，当线圈旋转时，根据电磁感应原理，根据电磁感应原理，线圈两端将会产生感线圈两端将会产生感应电动势，当磁场是应电动势，当磁场是均匀的，矩形线圈作均匀的，矩形线圈作匀速旋转时，感应电匀速旋转时，感应电势按正弦规律变化，势按正弦规律变化，在负载电阻上有正弦在负载电阻上有正弦交流电通过。交流电通过。2 2、旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型3、发电机结构、发电机结构发电机是由定子、转子、励磁机等部分组成发电机是由定子、转子、励磁机等部分组成定子铁心的内
3、圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种定规律排列的三相对称交流绕组。这种 同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和 绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。 v 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁也称主磁场、转子磁场场、转子磁场)。1.1.
4、励磁解释：励磁解释： 为发电机为发电机“利用电磁感应原理工作的电气设备利用电磁感应原理工作的电气设备”提供工作磁提供工作磁场叫励磁场叫励磁。2.2.励磁装置：励磁装置： 是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置起控制和调节作用的电气调控装置3 3、励磁系统的作用励磁系统的作用 励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。身的安全稳定运行有很大的影响。励磁系统的主要作用有：励磁系统的主要作用有： 根据发电机
5、负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值。压为给定值。 控制并列运行发电机无功功率。控制并列运行发电机无功功率。 提高发电机并列运行的静态稳定性。提高发电机并列运行的静态稳定性。 提高发电机并列运行的暂态稳定性。提高发电机并列运行的暂态稳定性。 在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障危害危害。 根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。1、励磁系统的分类：、励磁系统的分类：1 1）按励磁方式分：）按励磁方式分： . .自
6、励自励 . .他励他励 2 2）按励磁电源分类：按励磁电源分类：w 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统3 3）按励磁的接入方式分按励磁的接入方式分类：类： （旋转整流）（旋转整流）无刷励磁无刷励磁 （静止整流）（静止整流）有刷励磁有刷励磁 . .自励：即从发电机出口引出一条支路，通过励磁变压自励：即从发电机出口引出一条支路，通过励磁变压器降压以后输入励磁调节器，励磁调节器的输出作为励磁电器降压以后输入励磁调节器，励磁调节器的输出作为励磁电源为转子磁场提供电流。源为转子磁场提供电流。 特点：系统简单，发电机出口电压较稳定，励磁调节特点：系统简单，发电机出口
7、电压较稳定，励磁调节器输出电流稳定，但需要起励电源。器输出电流稳定，但需要起励电源。发电机转子发电机转子调节装置起励电源发电机定子碳刷滑环励磁变发电机出线自自励系统示意励系统示意图图2 2、按励磁方式分：按励磁方式分： 他励：取消了励磁变压器等设备，系统更简化，直接他励：取消了励磁变压器等设备，系统更简化，直接从厂用电接出一路电源作为励磁电源。从厂用电接出一路电源作为励磁电源。 特点：不需要另接起励电源，但厂用电电压不稳定，容特点：不需要另接起励电源，但厂用电电压不稳定，容易引起励磁电流的波动，造成发电机出口电压的波动。易引起励磁电流的波动，造成发电机出口电压的波动。发电机转子发电机转子调节装
8、置发电机定子碳刷滑环发电机出线励磁电源他励系统示意图他励系统示意图发电机转子调节装置发电机定子主励主励灭磁开关灭磁开关发电机出线发电机出线1 1）“两机两机”励磁励磁系统系统碳刷滑环励磁电源优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢发电机转子调节装置发电机定子副励副励主励主励灭磁开关灭磁开关发电机出线发电机出线碳刷滑环2 2）“三机三机”励磁励磁系统系统组成：交流主励磁机和交流副励磁机都与发电机同轴。副励组成：交流主励磁机和交流副励磁机都与发电机同轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后磁机是自励式的，其磁场绕组由副
9、励磁机机端电压经整流后供电。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁供电。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。系统。 优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡 交流电时交流电时大小和方向随时间作周期性变大小和方向随时间作周期性变化的化的，如果发电机励磁采用交流电源，就不如果发电机励磁采用交流电源，就不能在发电机转子上形成一个固定的磁场，而能在发电机转子上形成一个固定的磁场，而变成了一个交变磁场。当发电机转子旋转时，变成了一个交变磁场。当发电机转子旋转
10、时，这个交变磁场在发电机定子中只能形成一个这个交变磁场在发电机定子中只能形成一个无序高频电压，不能满足用电需要。而直流无序高频电压，不能满足用电需要。而直流励磁在转子上形成一个固定磁场励磁在转子上形成一个固定磁场。交流励磁机交流励磁机-静止整流器励磁系统静止整流器励磁系统（有刷励磁有刷励磁） 即励磁电源即励磁电源通通过碳刷滑环接入转子回路过碳刷滑环接入转子回路.4 4. .）按励磁的接入方式分）按励磁的接入方式分发电机转子调节装置发电机定子副励副励主励主励灭磁开关灭磁开关发电机出线发电机出线碳刷滑环交流励磁机交流励磁机- -旋转旋转整流器励磁系统整流器励磁系统（无刷励磁无刷励磁） 在励磁系统接
11、入方式上不采用碳刷滑环，而且将励磁调节装在励磁系统接入方式上不采用碳刷滑环，而且将励磁调节装置的整流部分与置的整流部分与转动部分连接转动部分连接为一体。属于他励方式的演化形式。为一体。属于他励方式的演化形式。发电机转子调节装置发电机定子副励副励主励主励旋转二极管旋转二极管灭磁开关灭磁开关发电机出线发电机出线采用定子磁场方式采用定子磁场方式采用永磁机，转子磁场采用永磁机，转子磁场有刷励磁和无刷励磁的对比有刷励磁和无刷励磁的对比有刷励磁可以带有励磁机，也可以不带有励磁机，方便有刷励磁可以带有励磁机，也可以不带有励磁机，方便灵活，使系统简单化。而且，有刷励磁系统的灭磁开关设灵活，使系统简单化。而且，
12、有刷励磁系统的灭磁开关设在靠近转子回路处，灭磁迅速。但是有刷励磁采用带有相在靠近转子回路处，灭磁迅速。但是有刷励磁采用带有相对运动的设备，在运行中，碳刷易磨损，而且碳刷磨损后对运动的设备，在运行中，碳刷易磨损，而且碳刷磨损后的粉末积存在滑环处，有可能造成短路。的粉末积存在滑环处，有可能造成短路。无刷励磁必须带有励磁机，系统较复杂，但因设有独立无刷励磁必须带有励磁机，系统较复杂，但因设有独立的励磁电源，励磁电压基本不受干扰，稳定性较高。同时，的励磁电源，励磁电压基本不受干扰，稳定性较高。同时，因没有相对运动的部件，不产生磨损。但旋转二极管损坏因没有相对运动的部件，不产生磨损。但旋转二极管损坏后维
13、修较困难。同时，无刷励磁系统的灭磁开关设在励磁后维修较困难。同时，无刷励磁系统的灭磁开关设在励磁机之前，不利于事故迅速灭磁。机之前，不利于事故迅速灭磁。三、我厂三、我厂发电机发电机无刷励磁系统无刷励磁系统 发电机组的励磁机由一台主励磁机和一台副励磁机组成，其发电机组的励磁机由一台主励磁机和一台副励磁机组成，其主励磁机采用一台三相交流无刷励磁机，副励磁机采用一台单相主励磁机采用一台三相交流无刷励磁机，副励磁机采用一台单相永磁发电机，转子通过法兰与同步发电机联接在一起。永磁发电机，转子通过法兰与同步发电机联接在一起。1 1、无刷励磁无刷励磁系统原理系统原理孤立运行发电机组的特点：机组负荷、电压、周
14、波等参数随外界负荷的需求和性质的变化而变化，并且波动比较大。属于他励方式的演化形式。根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。L1 同步发电机磁场绕组 L2 主励磁机磁场绕组 FU 副励磁机熔断器缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡G 三相同步发电机 EX 主励磁机 GS 副励磁机 V 三相旋转整流装置即励磁电源通过碳刷滑环接入转子回路.） 要有产生磁力线的磁场；在励磁系统接入方式上不采用碳刷滑环，而且将励磁调节装置的整流部分与转动部分连接为一体。用电单位负荷增加，电压降低，周波降低交流励磁机-旋转整流器励磁系统（无刷励磁）但是有刷励磁采用带有相对运动的设备，在运行中，碳刷易
15、磨损，而且碳刷磨损后的粉末积存在滑环处，有可能造成短路。但是有刷励磁采用带有相对运动的设备，在运行中，碳刷易磨损，而且碳刷磨损后的粉末积存在滑环处，有可能造成短路。是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置属于他励方式的演化形式。2、旋转磁场交流发电机原理模型G G 三相同步发电机三相同步发电机 EX EX 主励磁机主励磁机 GS GS 副励磁机副励磁机 V V 三相旋转整三相旋转整流装置流装置L1 L1 同步发电机磁场绕组同步发电机磁场绕组 L2 L2 主励磁机磁场绕组主励磁机磁场绕组 FU FU 副励磁机熔副励磁机熔断器断器 主励磁机是一台三相同步
16、发电机，其磁场静止、电枢旋转，电主励磁机是一台三相同步发电机，其磁场静止、电枢旋转，电枢输出的三相交流电经同轴旋转的三相旋转整流装置整流为直流，枢输出的三相交流电经同轴旋转的三相旋转整流装置整流为直流，通入发电机磁场绕组，供给发电机励磁，因它取消了电刷和滑环所通入发电机磁场绕组，供给发电机励磁，因它取消了电刷和滑环所以称为无刷励磁机。以称为无刷励磁机。 整流装置上共有整流装置上共有6 6个整流二极管，每个桥臂上采用个整流二极管，每个桥臂上采用一个二极管，组成三相全波整流桥，其中一个二极管，组成三相全波整流桥，其中3 3个整流二极个整流二极管正极共同装在一个整流环上，管正极共同装在一个整流环上，
17、3 3个整流二极管负极共个整流二极管负极共同装在另一个整流环上。同装在另一个整流环上。L1 L1 主励磁机磁场绕组主励磁机磁场绕组 L2 L2 主励磁机电枢绕组主励磁机电枢绕组 L3 L3 同步同步发电机磁场绕组发电机磁场绕组L4 L4 同步发电机定子绕组同步发电机定子绕组 FU1FU16 6 快速熔断器快速熔断器 V1V16 6 整流二极管整流二极管机座是焊接件，其材料除机座圈是用铸钢外，其它均为机座是焊接件，其材料除机座圈是用铸钢外，其它均为Q235Q235钢板，电机共有个磁极，其铁芯由钢板叠压而成，钢板，电机共有个磁极，其铁芯由钢板叠压而成，磁极线圈绕成型后再用环氧树脂固定在铁芯上。磁极
18、线圈绕成型后再用环氧树脂固定在铁芯上。1、孤立运行发电机组的运行、孤立运行发电机组的运行 用电单位用电单位负荷增加，电压降低，周波降低负荷增加，电压降低，周波降低 汽轮发电机组的有功、无功输出都增加，转速降低汽轮发电机组的有功、无功输出都增加，转速降低 进汽量增加，维持额定转速进汽量增加，维持额定转速-一次调频，机组本身的功能一次调频，机组本身的功能-二次调频，人为的干预二次调频，人为的干预同时同时 孤立运行发电机组的特点：机组负荷、电压、周波等参孤立运行发电机组的特点：机组负荷、电压、周波等参数随外界负荷的需求和性质的变化而变化，并且波动比较数随外界负荷的需求和性质的变化而变化，并且波动比较
19、大。在机组调节过程中需要人为大。在机组调节过程中需要人为干预干预。四、发电机四、发电机孤立运行孤立运行和并网运行的特点和并网运行的特点2、发电机同大网并联运行时的调节、发电机同大网并联运行时的调节 发电机与大网并列运行后就被拉入同步，这时发电机的发电机与大网并列运行后就被拉入同步，这时发电机的电压、电压、周波比较稳定，单台机组运行工况的改变对整个系统运行影响不周波比较稳定，单台机组运行工况的改变对整个系统运行影响不大。大。 机组有功的调节是靠改变机组的进汽量进行的，而无功的调机组有功的调节是靠改变机组的进汽量进行的，而无功的调节是靠改变机组的励磁电流来实现的。节是靠改变机组的励磁电流来实现的。
