同步发电机无刷励磁系统的作用及关键技术分析

宫磊国电南瑞科技股份有限公司

同步发电机无刷励磁系统的作用及关键技术分析

宫磊
国电南瑞科技股份有限公司

无刷励磁系统是近年来频繁运用在发电机上的一种新型技术，具有转速恒定、功率因数可调整和高效运转的优点，具备维护成本低和可靠性高的特点。可以对抗易爆易燃的恶劣环境，对于此类发电的领域可以选择这种技术。

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中国是世上第二大发展中国家，也是世界上第二大能源生产国和消费的国家。虽然我国拥有的资源总量很大，但是由于人口的庞大，所以人均的资源配比还是处于比较低的水平，总的来说，我国还是处于能源匮乏的局面。所以作为能源之一的电能，又是人们生活中必备的能量，就显得格外重要。电能在实际生产中有很大的优势，具有适合较大规模生产、便于智能化控制、能够远程操控的优点。所以将无刷励磁系统引进同步发电机，可以增加发电机的工作效率。

一、无刷励磁系统的优点

无刷励磁技术在发电机领域的发展还是非常乐观的，为发电机工作效率带来明显提高。这是由无刷励磁系统的优点决定的，它有三大优点：第一，无刷励磁系统取消了炭刷和滑环，可以有效的减少停机事故的发生，节省维护时间并提高了励磁系统的稳定性，可以为庞大容量的核电机组提供强大的后援动力。第二，没有了炭粉和铜粉对电极组的污染，就可以提高电机的使用寿命。第三，可以为在易爆易燃的环境中工作减少危险，保证了工作人员的生命安全。

二、同步发电机无刷励磁系统的作用

1.可以控制发电机的端电压

同步发电机无刷励磁系统可以很好的控制发电机的端电压，可以在负荷变化的情况下，及时进行励磁电流的调节。发电机的无刷励磁电流由交流励磁机经旋转整流盘整流后提供，交流励磁机的励磁电流则由永磁机经调节装置中的可控硅全控桥整流后提供，励磁电流的大小由自励磁调节装置进行自动或手动调节，以满足发电机运行工况的要求。保证发电机工作处于一个安全的环境，可以给工作带来更高的效率。

2.可以限制定子电流

利用系统中的限制器可以防止发电机定子过热，当时间趋于零时，限制值在理论上可以趋向于无穷大，通过参数调整，可以得到接近于定子绕组的最大允许热能的反时限特性。定子电流限制器分欠励侧和过励侧两部分，其限制量均为定子电流的平均值。当发电机过励时，欠励侧定子电流限制器截止，反之亦然。通过检测负载的功率因数，可保证定子电流限制器双方向（过励和欠励）动作的正确性。显然，定子电流限制器不能影响发电机的有功电流分量。如果发电机的有功电流分量高于定子电流限制器的限制值，为避免误动作，限制器会自动将发电机无功功率调整为零。

3.失磁保护

发电机运行点在超出其稳定极限时，失励保护动作，跳发电机。由于同步发电机的稳定极限与机端电压有关，发电机工作点超过保护曲线时，触发定时器。经过可整定的延时后发出跳发电机命令，定时器延时启动信号也可用于报警，从而对整个发电机系统进行保护，使得发电站处于安全的工作环境。

三、同步发电机无刷励磁系统的关键技术

1.三相副励磁机

三相副励磁机采用永磁式中频发电机，具有良好的外特性，从发电机空载到强行励磁时，其端电压变化不超过10%额定值。配置用于报警的故障低电压、过电流检测继电器及电压、电流表计，三相副励磁机系16极旋转磁场装置，励磁机的机架装有带三相绕组的叠片铁心，转子由具有悬挂极的轮毂组成。每个极由10个独立的永久性磁铁组成，这些磁铁装在一个非磁性的金属壳内，并用螺栓固定在轮毂与外极靴之间。转子轮毂则热装在轴的自由端。

2.三相主励磁机

三相主励磁机适应带整流负载的要求，并有较大的储备容量，发电机出口三相短路或不对称短路时，励磁机不产生有害的变形或过热。三相主励磁机系一个6极旋转电枢装置，这6个极与激励和阻尼绕组安装在定子架内，磁场绕组位于叠片磁铁极上，在极靴上装有母线，其端部连接后形成阻尼绕组。两个极之间装有一个正交轴，用以测量励磁机的感应电流，转子由多层迭片组成。迭片通过贯穿螺栓在压缩环上压制而成，把三相绕组插入迭片转子的槽内，把绕组导体在铁芯长度的范围内进行交叉，然后用玻璃纤维带把转子绕组的端匝予以固定，在面对整流轮的一侧进行连接。绕组端被延伸到与整流环的三相导线相连接的集电环，注满合成树脂并且在凝固之后，整个转子热装到轴上。轴承位于风机后面，由汽轮机润滑油的供给系统进行强制润滑油润滑。

3.励磁机的冷却及干燥系统

励磁机是空气冷却及干燥的工具，冷却空气为闭式循环，并在横靠励磁机安装的两个冷却器装置中进行再冷却。整个励磁机装在冷却空气循环通过的机壳中，励磁机还安装干燥装置除湿器，旨在防止当汽轮发电机停机时，在励磁机内部或在盘车装置上形成凝结水。

4.自动电压调节器

自动电压调节器AVR的主要功能是精确地控制和调节发电机的机端电压和无功功率，它对励磁电压快速作出反应，响应时间为几个毫秒。主要由测量比较、综合放大和移相触发三个基本单元构成。测量比较单元用来测量经过变换的与发电机端电压成比例的直流电压，并与相应的电压整定值进行比较，得到偏差；电压偏差信号输入到综合放大单元，综合放大单元对测量等信号起综合放大作用；移相触发单元则根据输入的控制信号的变化，改变输出到可控硅的触发脉冲，改变导通角，从而控制可控硅的输出电压，以调节发电机的励磁电流。

总结

同步发电机无刷励磁系统在发电机工作中发挥了巨大的作用，充分利用核心技术，积极引进新技术，促进电力事业的发展，为我国电能资源的补充贡献了很大的力量。是一项利国利民的工程。

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