发电机自励磁

自励磁现象乃是同步电机内部电磁能量交换的一种不稳定工作状态，可分为同步自励磁和异步自励磁。

发电机带空载长线路自励磁问题实质上是一种参数谐振现象。同步发电机的自励磁现象是指无励磁发电机在过大的电容性负荷下电压自发上升的现象，建立的电压值可能很高。当发电机空载带长线路时，相当于带了一个容性负载，如果发电机有剩磁，则机端会有一个幅值较小的电压，此电压加在容性负载上，系统将产生容性电流，该容性电流对发电机产生助磁效应。

随着励磁电流增大，机端电压增高，系统中的容性电流也将增大，助磁效应增强，机端电压又将上升。如此反复，机端电压将越来越高，但由于实际存在磁路的饱和特性，所以机端电压不会无限增大，而会稳定在某个定值，即最后有一个稳态结果。

因此可以说，所谓的发电机自励磁就是在电容性负荷条件下，发电机发出反应功率并建立了一个对应于某一饱和直轴同步电抗(饱和粕值)的稳态运行方式。所建立的电压的大小和线路的长度和发电机参数有关。当发电机参数一定时，线路越长，电压越高，甚至会达到非常大的数值，危及系统的正常运行和设备的安全。

发电机励磁系统是供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备的统称。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。

发电机励磁系统包括直流励磁机、无励磁机、交流励磁机等。近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。

自励系统又可分为并励和复励两种。并励指仅由同步电机的电压取得能量的自励系统，复励指由同步电机的电压及电流两者取得能量的自励系统。并励发电机进行自励的条件和起励过程如图1和图2所示。图1是并励直流发电机的原理接线图。图2为其起励过程。其中曲线1为发电机的磁化曲线Φ=f(If)。由于在一定转速下电机的感应电动势与磁通成正比,所以曲线1同时也就是电机的空载特性曲线E0=f(If)，即电机的感应电动势与励磁电流If之间的关系。而曲线2为励磁回路的电阻特性U=If·∑R,它表示励磁电流与电机电压之间的关系。它实际是一条斜率为ΣR的直线。其中∑R为励磁回路的总电阻，它包括励磁绕组的电阻和外加的调节电阻Rr。

电机自励的过程如下：电机以某一速度п旋转时,由于电机中有剩磁，会在电枢绕组中感应电动势Er。在此电动势作用下，在励磁回路中会产生一个励磁电流If1。如励磁绕组接法正确，If1所产生的磁通势将使电机中的磁场加强，电枢绕组中感应电动势进一步增加到E1，使励磁电流又将增大到If2。如此相互促进，直至电机空载特性和电阻特性的交点A。在这一点上,电机的端电压为U0，它所产生的励磁电流为If1，而在这个励磁电流If1下，电机产生的电动势正好为U0，电机就稳定工作在这一点。如果增大励磁回路的电阻∑R，电阻特性的斜率将增大，它与空载特性的交点下移，发电机的输出电压就下降。当电阻增大到某一临界值∑Rcr时，电阻特性3与发电机空载特性几乎相重合。此时电机电压将不确定。若电机温度和运行条件有一点变化，电压就会大幅度变化。如进一步增大电阻，发电机就不能自励建立电压。在要求电压能大范围调节的场合，如同步发电机的励磁机，可在磁极钢片中开一个小槽，使磁路中出现狭窄区域。这些区域在比较小的磁通下就开始饱和，使电机的空载特性变得比较弯曲,这样励磁回路电阻特性能在较大范围内和空载特性确定相交，从而获得较广的调压范围。

发电机在带负载时，负载电流在电机内阻上的电压降会使端电压下降。对于自并励电机，端电压的下降使励磁电流减少而导致电机端电压的进一步下降。为了克服这个缺点,发电机常采用复励，即除了并励绕组以外，再加一个串励绕组，串励绕组和负载电路串联。随着负载的增加，串励绕组的磁通势增大，使电机的感应电动势相应地增加，以补偿负载电流在内阻上的电压降，从而使电机的端电压能基本保持平稳。

异步发电机的自励交流励磁的异步发电机也可以进行自励。其交流励磁电流须由电容器供给,利用LC并联谐振的原理建立电压。与直流发电机一样，要实现自励，电机铁心中必须有剩磁，利用剩磁在电枢绕组中产生电动势对电容负载供电，输出容性电流。由于输出相位超前的容性电流，相当于输入滞后的感性电流，它具有助磁作用，使电机气隙磁场加强，从而增大电机的感应电动势和容性电流。最后由于磁路饱和的影响，电机的电压稳定在空载特性和电容特性的交点上。它建立电压的过程与自励直流发电机十分相似。只是用电容特性代替了电阻特性。电容特性的斜率为。为保证异步发电机能自励建压，需要有足够的电容，当电容小到临界值Ccr时,电容特性与无载特性重合，电机就不能稳定发电。再减小电容，电机就不能自励建立电压。

同步电机的励磁励磁系统除了应该能维持电机电压以外,还有其他一系列要求,如在调节系统的无功功率和在电力系统发生突然短路、突加负载及甩负载时，能对电机强行励磁或强行减磁，以提高电力系统运行的稳定性和可靠性，当电机内部发生短路事故时能对电机快速灭磁，以防止事故扩大，避免电机进一步损坏等。所以同步电机的励磁系统比较复杂，种类繁多，其分类列于表。

发电机自励磁系统组成

励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。如图所示：

其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。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。[1]

发电机自励磁主要作用

励磁系统的主要作用有：1）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；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）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 。2100433B

常规火电厂发电机的励磁方式主要有自并励静止励磁和三机励磁两大类，静止励磁中发电机的励磁电源取自于发电机机端，通过励磁变压器降压后供给可控硅整流装置，可控硅整流变成直流后，再通过灭磁开关引入至发电机的磁场绕组，整个励磁装置没有转动部件，属于全静态励磁系统；而三机励磁的原理是：主励磁机、副励磁机、发电机三机同轴，主励磁机的交流输出，经过二极管整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。主励磁机的励磁，由永磁副励磁机输出经可控硅整流器整流后供给。自动电压调节器根据汽轮发电机端电压互感器、电流互感器取得的调节信号，控制可控硅整流器输出的大小，实现机组励磁的自动调节。

励磁系统是发电机组重要设备，主要作用是调节励磁，以维持定子电压稳定；合理分配各台机组间无功功率；在发生短路时，强行励磁以提高系统动态稳定能力、提高输送功率极限、扩大静态稳定运行的范围。励磁系统对提高发电厂的自动化水平、发电机组运行的可靠性、电力系统的稳定性有着重要的作用。

随着现代科学技术的发展，励磁方式已从直流电机励磁发展到可控硅励磁，在微机自并励静止可控硅整流励磁系统中，发电机的励磁电流是由机端的励磁变压器经过可控硅整流装置整流后供给，自动励磁调节器直接调节发电机的励磁电流以实现自动调整发电机机端电压或无功功率，这种励磁系统具有调节速度快、调节精度高的特点，已成为励磁系统发展的主流 。

采用直流励磁机供电的励磁系统，在过去的十几年间，是同步发电机的主要励磁系统。长期的运行经验证明，这种励磁系统的优点是：具有独立的不受外系统干扰的励磁电源，调节方便。