（2）正确说出同步电机的励磁方式及应用场合。
（3）正确说出同步电机不同励磁方式的工作原理。
同步电机运行时必须在励磁绕组中通入直流电，以便建立磁场，这个电流称为励磁电流，而供给励磁电流的整个系统称为励磁系统。励磁系统是同步电机的一个重要组成部分，它对电机运行有很大影响，如运行的可靠性、经济性以及同步电机的某些主要特性等都直接与励磁系统有关。
目前采用的励磁系统可分为两大类：一类是直流发电机励磁系统；另一类是交流整流励磁系统。但不论采用何种励磁系统，都应满足下列要求：
（1）能稳定地提供发电机从空载到满载（及过载）所需的励磁电流If。
（2）当电网电压减小时能快速强行励磁，提高系统的稳定性。
（3）当发电机内部发生短路故障时能快速灭磁。
（4）运行可靠、维护方便、简单、经济。
1.直流励磁机励磁系统
1）以并励直流发电机作主励磁机直流发电机励磁是将一台较小的直流并励发电机与主发电机共同装在一个转轴上，将直流发电机发出的直流电直接供给交流发电机的励磁绕组，如图13－15（a）所示。直流电首先经过直流发电机的电刷流出，然后又经过一对电刷流入交流发电机的励磁绕组。当改变并励直流发电机的励磁电流时，直流发电机的端电压改变，主发电机的励磁电流就发生改变，于是主发电机的输出电压或输出功率就相应发生了变化。
当电网发生故障，电网电压突然下降时，继电保护装置动作，立即闭合短路开关S而切除电阻Rf，使直流励磁机输出电压迅速大幅度提高，以适应系统对同步发电机的强励要求。
2）以他励直流发电机作主励磁机
对容量稍大的发电机，采用他励直流发电机作为主励磁机，主励磁机的励磁电流再由另外一台功率更小的直流励磁机供给，如图13－15（b）所示。该励磁方法可以使励磁电压增长速度加快，且在低压调节时很方便，电压也较稳定。但多了一台励磁机使设备复杂，降低了运行可靠性。
图13－15 同轴直流发电机励磁原理线路图
（a）并励直流发电机；（b）他励直流发电机
近年来，由于汽轮发电机单机容量增大，相应的励磁机容量也随之增大。例如，一台300 000 kW或500 000 kW的汽轮发电机，其励磁机容量竟达1 300～2 500 kW。因为转速高达3 000 r/min的大容量直流励磁机在制造上非常困难，所以大容量汽轮发电机不能采用同轴直流发电机励磁方式，而采用非同轴直流发电机励磁方式。这时，可采用直流励磁机与汽轮机通过降速齿轮系统相连接，或者由转速较低的异步电动机来带动直流励磁机完成励磁任务。
2.晶闸管整流励磁系统(www.xing528.com)
晶闸管整流励磁系统也称为静止交流整流励磁系统，可分为自励式和他励式两种。
1）晶闸管自励恒压励磁系统
其原理如图13－16所示。当发电机空载时，单独由晶闸管整流桥供给励磁电流；当发电机负载时，复励变流器经硅整流桥又给发电机提供复励电流，有了复励电流，就可以在一定程度上对发电机随负载而变化的电压进行调节。在电网发生短路故障的情况下，当电网电压突然下降时，由复励部分单独提供励磁电流，并能得到一定的强励效果。
在发电机负载时，由电压自动调整系统进行控制。电压自动调整系统通过电压互感器与电流互感器分别测得电压和电流的变化，通过自动电压调整器进行比较后，输出控制信号，送到晶闸管整流桥进行自动控制。
自励式晶闸管整流励磁法，是利用晶闸管整流特性，把同步发电机发出的交流电用晶闸管整流后供给同步机自身的励磁电流。因为晶闸管整流的输出电压是可以通过触发角大小进行调整的，非常方便，所以同步发电机的输出电压也可以方便地得到调整。这种方法的优点是励磁系统接线和设备简单，无转动部分，维护方便，可靠性高；缺点是需要使用一对电刷，且当电力系统内部出现短路故障时，其强励作用会受到影响。
图13－16 自励式静止晶闸管励磁系统原理图
2）晶闸管他励恒压励磁系统
这种励磁系统的原理如图13－17所示，它由交流励磁机、交流副励磁机、硅整流装置、自动电压调整器等部分组成。同步发电机的励磁电流是由与它同轴的交流励磁机经静止的硅整流器整流后供给的，而交流励磁机的励磁电流则由副励磁机（国内多采用1 000 Hz的中频发电机）通过晶闸管整流器整流后供给。至于副励磁机的励磁电流，开始可由外部直流电源供给，待电压建立后，则改由自励恒压装置供给（即转为自励方式），并保持电压恒定。自动调压器跟晶闸管自励恒压系统完全一样。
图13－17 他励式静止半导体励磁系统的原理图
为了使主发电机的励磁电流波形良好，反应速度快和减小励磁机的体积，常采用频率为100 Hz的三相同步发电机作励磁机。励磁机的定子绕组为三相星形接法，通过三相硅整流桥装置对主发电机励磁绕组供电。
这种励磁系统目前在国内外大容量机组上已广泛采用，它没有直流励磁机的电流换向问题，运行维护方便，技术性能良好，交流副励磁机也可采用永磁发电机，此时无须自励恒压装置。其主要缺点是整个装置较为复杂，且启动时有时需要另外的直流电源供电。
3.同轴交流发电机励磁系统
上述静止的晶闸管整流系统，虽然未采用直流励磁机，解决了换向器上可能出现的火花问题，但是主要发电机还存在着滑环和电刷，在要求防腐、防爆或励磁电流过大的场合，还是不适宜的。如果将交流励磁机制作成旋转电枢式的三相同步发电机，使交流励磁机的电枢与主发电机同轴旋转，硅整流装置也安装在主发电机的转轴上，则其原理线路如图13－18所示。
图13－18 无刷励磁系统原理图
这种方法是把同轴的直流发电机换成同轴的单相或三相交流发电机，此交流发电机发出的电，经硅整流装置整流后直接供给同步发电机的励磁绕组。硅整流管也固定在轴上，这就使励磁电流不经过电刷，所以叫无刷励磁。这种励磁方法的优点是无须使用电刷，消除了电刷故障，从而提高了工作的可靠性，使维护容易了。其缺点是转动部分的电压、电流难以测量。
其中自动电压调制器系统是根据主发电机的电压偏差和电流变化自动调整交流励磁机的励磁电流，以保证主发电机输出端电压的恒定的。
近年来，在较大容量汽轮发电机中，同轴交流发电机励磁系统正逐渐被推广使用。
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