三相同步发电机励磁方式优化

同步发电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电流，以建立主磁场。所谓励磁方式是指同步发电机获得直流励磁电流的方式，而将供给励磁电流的装置称为励磁系统。励磁系统主要有两个组成部分：一是励磁功率部分，主要用于向同步发电机的励磁绕组提供直流电流的励磁电源；二是励磁调节部分，可以根据发电机电压及运行工况的变化，自动调节励磁功率单元输出的励磁电流的大小，以满足系统运行的要求。

发电机的励磁方式按励磁电源的不同分为三种方式：直流励磁机励磁方式、交流励磁机励磁方式与静止励磁方式。其中，交流励磁机励磁方式按整流器是否旋转又可分为：交流励磁机静止整流器励磁方式与交流励磁机旋转整流器励磁方式两种。

1.直流励磁机励磁方式

该励磁方式以直流发电机作为励磁机，并且与同步发电机同轴旋转，采用并励、他励或永磁励磁方式，输出的直流电流经电刷、滑环送入同步发电机转子励磁绕组。该励磁方式是通过励磁调节器改变直流励磁机的励磁电流大小，改变直流励磁机输出的电压高低，从而调节发电机的励磁电流，实现调节同步发电机的输出端电压与输出无功功率大小。如图3.8所示，为直流励磁机励磁系统工作原理图。

图3.8　直流励磁机励磁系统

2.交流励磁机静止整流器励磁方式

该励磁方式又称为三机励磁方式，同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机，系统的工作原理如图3.9所示。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励（有时采用永磁发电机）。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。

图3.9　交流励磁机静止整流器励磁系统

3.交流励磁机旋转整流器励磁方式

静止整流器的直流输出必须经电刷和集电环输送到旋转的励磁绕组，对大容量的同步发电机其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。如图3.10所示，为交流励磁机旋转整流器励磁系统工作原理图。

图3.10　交流励磁机旋转整流器励磁系统

图3.11　自励式静止半导体励磁系统

4.静止励磁方式

静止励磁方式型式较多，其中应用较多的是自并励励磁方式。该励磁方式的励磁电源取自发电机本身。发电机的励磁电流由并接在发电机端的励磁整流变压器经由晶闸管整流器、电刷、集电环提供，系统如图3.11所示。该系统由于取消了励磁机部分，整个励磁装置没有旋转部件，属于静止励磁方式的一种。

小　结

同步电机的主要特点是电枢电流的频率与转速之间的严格不变的关系，而直流电机和异步电机的转速是可以变动的。另外，同步电机基本上采用旋转磁极式，而直流电机却是旋转电枢式。

汽轮发电机的结构形式主要是由于转速高和容量大的特点，因此必须采用隐极结构，且转子直径小，各零部件机械强度要求高。(www.xing528.com)

由于水轮机多为立式低转速的，因此水轮发电机一般采用立式凸极结构，且极数多，体积较大。

同步发电机的发展方向为单机容量不断增大，冷却方式、冷却介质和电机所用材料不断改进。

习　题

（1）简述同步发电机的工作原理。

（2）水轮发电机与汽轮发电机结构上与什么不同，各有什么特点？

（3）同步发电机电枢绕组感应电动势的频率、磁极数及同步转速之间有何关系？试求下列电机的极数或转速：

1）一台汽轮发电机f=50Hz，n=1500r/min，磁极数为多少？

2）一台水轮发电机f=50Hz，p=48，转速为多少？

（4）试比较同步发电机各种励磁方式的特点及其使用范围？

（5）有一台QFS-300-2的汽轮发电机，UN=18kV，cosφ=0.8，fN=50Hz，试求：①发电机的额定电流；③发电机在额定运行时能发多少有功和无功功率？

（6）有一台TS854-210-40的水轮发电机，PN=100MW，UN=13.8kV，cosφ=0.9，fN=50Hz，求：①发电机的额定电流；③额定运行时能发多少有功和无功功率？③转速是多少？

综合实训

1.实训目标

（1）掌握同步电机正确使用方法。

（2）掌握同步电机的绕组结构和连接方式。

（3）掌握同步电机的拆装顺序。

2.实训要求

（1）能够正确安装和使用常用的同步电机。

（2）能熟练拆装同步电机。

（3）掌握电机常用仪表、工具的性能和使用方法。