勵磁系統

一般我們把根據電磁感應原理使發電機轉子形成旋轉磁場的過程稱為勵磁。此外，為發電機等“利用電磁感應原理工作的電氣設備”提供工作磁場也叫勵磁 。有時，向發電機轉子提供轉子電源的裝置也叫勵磁。

隨着電力建設的發展，中國電力系統行業已進入大網絡、高電壓、大機組的階段。大容量機組運行時的穩定性對於整體電網的穩定性和安全至關重要。然而，影響發電機穩定性最大的是電機勵磁系統。勵磁系統對於電網安全起到了非常重要的作用，它不僅是機組穩定運行的保證，也是整個電網中無功以及電壓調節的槓桿。 ^[1] 

1、維持發電機端電壓在給定值，當發電機負荷發生變化時，通過調節磁場的強弱來恆定機端電壓。

2、合理分配並列運行機組之間的無功分配。

2、提高電力系統的穩定性，包括靜態穩定性、暫態穩定性及動態穩定性。

同步發電機（synchronization dynamo）的勵磁系統主要由功率單元和調節器（裝置）兩大部分組成。　其中勵磁功率單元是指向同步發電機轉子繞組提供直流勵磁電流的勵磁電源部分，而勵磁調節器則是根據控制要求的輸入信號和給定的調節準則控制勵磁功率單元輸出的裝置。由勵磁調節器、勵磁功率單元和發電機本身一起組成的整個系統稱為勵磁系統控制系統。勵磁系統是發電機的重要組成部份，它對電力系統及發電機本身的安全穩定運行有很大的影響。 ^[2] 

直流電機的勵磁方式可分為他勵、並勵、串勵、復勵四類。 ^[2] 

旋轉式勵磁又包括直流交流和無刷勵磁。

靜止式勵磁包括電勢源靜止勵磁機和複合電源靜止勵磁機。

按發電機勵磁的交流電源供給方式

由與發電機同軸的交流勵磁機供電。系統又可分為四種方式:

1）交流勵磁機(磁場旋轉)加靜止硅整流器(有刷).

2）交流勵磁機(磁場旋轉)加靜止可控硅整流器(有刷).

3）交流勵磁機(電樞旋轉)加硅整流器(無刷).

4）交流勵磁機(電樞旋轉)加可控硅整流器(無刷).。

採用變壓器供電，當勵磁變壓器接在發電機的機端或接在單元式發電機組的廠用電母線上,稱為自勵勵磁方式,把機端勵磁變壓器與發電機定子串聯的勵磁變流器結合起來向發電機轉子供電的稱為自復勵勵磁方式。這種結合方法也有四種:

1）直流側並聯

2）直流側串聯

3）交流側並聯

4）交流側串聯

1.根據發電機負荷的變化相應的調節勵磁電流，以維持機端電壓為給定值；

2.控制並列運行各發電機間無功功率分配；

3.提高發電機並列運行的靜態穩定性；

4.提高發電機並列運行的暫態穩定性；

5.在發電機內部出現故障時，進行滅磁，以減小故障損失程度；

6.根據運行要求對發電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。

這種勵磁方式的發電機具有專用的直流發電機，這種專用的直流發電機稱為直流勵磁機，勵磁機一般與發電機同軸，發電機的勵磁繞組通過裝在大軸上的滑環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點，是過去幾十年間發電機主要勵磁方式，具有較成熟的運行經驗。缺點是勵磁調節速度較慢，維護工作量大，故在10MW以上的機組中很少採用。 ^[2] 

現代大容量發電機有的採用交流勵磁機提供勵磁電流。交流勵磁機也裝在發電機大軸上，它輸出的交流電流經整流後供給發電機轉子勵磁，此時，發電機的勵磁方式屬他勵磁方式，又由於採用靜止的整流裝置，故又稱為他勵靜止勵磁，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恆壓裝置的交流發電機。為了提高勵磁調節速度，交流勵磁機通常採用100-200HZ的中頻發電機，而交流副勵磁機則採用400-500HZ的中頻發電機。這種發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有繞組，像個齒輪，因此，它沒有電刷，滑環等轉動接觸部件，具有工作可靠，結構簡單，製造工藝方便等優點。缺點是噪音較大，交流電勢的諧波分量也較大。 ^[2] 

在勵磁方式中不設置專門的勵磁機，而從發電機本身取得勵磁電源，經整流後再供給發電機本身勵磁，稱自勵式靜止勵磁。自勵式靜止勵磁可分為自並勵和自復勵兩種方式。自並勵方式它通過接在發電機出口的整流變壓器取得勵磁電流，經整流後供給發電機勵磁，這種勵磁方式具有結構簡單，設備少，投資省和維護工作量少等優點。自復勵磁方式除設有整流變壓外，還設有串聯在發電機定子迴路的大功率電流互感器。這種互感器的作用是在發生短路時，給發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，通過整流變壓器獲得的電壓電源和通過串聯變壓器獲得的電流源。 ^[2] 

自動調節勵磁系統可以看成為一個以電壓為被調量的負反饋控制系統。無功負荷電流是造成發電機端電壓下降的主要原因，當勵磁電流不變時，發電機的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用户對電能質量的要求，發電機的端電壓應基本保持不變，實現這一要求的辦法是隨無功電流的變化調節發電機的勵磁電流。 ^[2] 

發電機與系統並聯運行時，可以認為是與無限大容量電源的母線運行，要改變發電機勵磁電流，感應電勢和定子電流也跟着變化，此時發電機的無功電流也跟着變化。當發電機與無限大容量系統並聯運行時，為了改變發電機的無功功率，必須調節發電機的勵磁電流。此時改變的發電機勵磁電流並不是通常所説的“調壓”，而是隻是改變了送入系統的無功功率。 ^[2] 

並聯運行的發電機根據各自的額定容量，按比例進行無功電流的分配。大容量發電機應負擔較多無功負荷，而容量較小的則負提供較少的無功負荷。為了實現無功負荷能自動分配，可以通過自動高壓調節的勵磁裝置，改變發電機勵磁電流維持其端電壓不變，還可對發電機電壓調節特性的傾斜度進行調整，以實現並聯運行發電機無功負荷的合理分配。 ^[2] 

在改變發電機的勵磁電流中，一般不直接在其轉子迴路中進行，因為該回路中電流很大，不便於進行直接調節，通常採用的方法是改變勵磁機的勵磁電流，以達到調節發電機轉子電流的目的。 ^[2] 

常用方法有：改變勵磁機勵磁迴路的電阻，改變勵磁機的附加勵磁電流，改變可控硅的導通角等。

這裏主要講改變可控硅導通角的方法，它是根據發電機電壓、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，於是發電機的勵磁電流便跟着改變。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、無失靈區、輸出功率大、體積小和重量輕等優點。在事故情況下能有效地抑制發電機的過電壓和實現快速滅磁。

自動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。 ^[2] 

被測量信號（如電壓、電流等），經測量單元變換後與給定值相比較，然後將比較結果（偏差）經前置放大單元和功率放大單元放大，並用於控制可控硅的導通角，以達到調節發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脈衝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。

調差單元的作用是為了使並聯運行的發電機能穩定和合理地分配無功負荷。

穩定單元是為了改善電力系統的穩定而引進的單元 。勵磁系統穩定單元 用於改善勵磁系統的穩定性。

限制單元是為了使發電機不致在過勵磁或欠勵磁的條件下運行而設置的。

必須指出並不是每一種自動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有關。

自動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，廠用AC380v、廠用DC220v控制電源.廠用DC220v合閘電源；需要提供以下空接點，自動開機.自動停機.併網（一常開，一常閉）增，減；需要提供以下模擬信號，發電機機端電壓100V，發電機機端電流5A，母線電壓100V，勵磁裝置輸出以下繼電器接點信號；勵磁變過流，失磁，勵磁裝置異常等。

勵磁控制、保護及信號迴路由滅磁開關，助磁電路、風機、滅磁開關偷跳、勵磁變過流、調節器故障、發電機工況異常、電量變送器等組成。在同步發電機發生內部故障時除了必須解列外，還必須滅磁，把轉子磁場儘快地減弱到最小程度，保證轉子不過的情況下，使滅磁時間儘可能縮短，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性電阻滅磁和非線性電阻滅磁。

數字自動調節勵磁裝置

近十多年來，由於新技術，新工藝和新器件的湧現和使用，使得發電機的勵磁方式得到了不斷的發展和完善。在自動調節勵磁裝置方面，也不斷研製和推廣使用了許多新型的調節裝置。由於採用微機計算機用軟件實現的自動調節勵磁裝置有顯著優點，很多國家都在研製和試驗用微型機計算機配以相應的外部設備構成的數字自動調節勵磁裝置，這種調節裝置將能實現自適應調節。