发电机原理及无刷励磁系统

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2、旋转磁场交流发电机原理模型
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3、发电机结构 发电机是由定子、转子、励磁机等部分组成
定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一 定规律排列的三相对称交流绕组。这种 同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和 绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。
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❖ 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上 绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙 中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁 场、转子磁场)。
发电机定子
采用永磁机，转子磁场
采用定子磁场方式
发电机转子
副励 主励
旋转二极管
发
灭磁开关
电 机
出
线
调节装置
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有刷励磁和无刷励磁的对比
①有刷励磁可以带有励磁机，也可以不带有励磁机，方便 灵活，使系统简单化。而且，有刷励磁系统的灭磁开关设 在靠近转子回路处，灭磁迅速。但是有刷励磁采用带有相 对运动的设备，在运行中，碳刷易磨损，而且碳刷磨损后 的粉末积存在滑环处，有可能造成短路。 ②无刷励磁必须带有励磁机，系统较复杂，但因设有独立 的励磁电源，励磁电压基本不受干扰，稳定性较高。同时， 因没有相对运动的部件，不产生磨损。但旋转二极管损坏 后维修较困难。同时，无刷励磁系统的灭磁开关设在励磁 机之前，不利于事故迅速灭磁。
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一、发电机基本原理：
中学物理学告诉我们：导体在磁场中运动、 并切割磁场中的磁力线时，导体中将会产生电流
—— 这就是最基本的发电机原理。 这说明，要发电必须同时满足两个条件： 1.） 要有产生磁力线的磁场； 2.） 运动的导体必须切割磁力线。
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1、固定磁场交流发电机原理
在磁场内放入矩形 线圈，线圈两端通向 两个滑环，滑环通过 电刷连接到输出线上 ，输出线端连有负载 电阻。 当线圈旋转时 ，根据电磁感应原理 ，线圈两端将会产生 感应电动势，当磁场 是均匀的，矩形线圈 作匀速旋转时，感应 电势按正弦规律变化 ，在负载电阻上有正 弦交流电通过。
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3、交流励磁系统
1）“两机”励磁系统
发电机定子
碳刷滑环
发电机转子
主励
发
灭磁开关
电
机
出
线
励磁电源
调节装置
优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢
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2）“三机”励磁系统
发电机定子
碳刷滑环
发电机转子
副励 主励
发
灭磁开关
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电 机
出
线
调节装置
组成：交流主励磁机和交流副励磁机都与发电机同轴。副励 磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后 供电。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁 系统。
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二、励磁系统
1.励磁解释： 为发电机“利用电磁感应原理工作的电气设备”提供工作磁
场叫励磁。 2.励磁装置：
是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能 起控制和调节作用的电气调控装置 3、励磁系统的作用
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。 励磁系统的主要作用有：
主励磁机是一台三相同步发电机，其磁场静止、电枢旋转，电 枢输出的三相交流电经同轴旋转的三相旋转整流装置整流为直流， 通入发电机磁场绕组，供给发电机励磁，因它取消了电刷和滑环所 以称为无刷励磁机。
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整流装置上共有6个整流二极管，每个桥臂上采用一
个二极管，组成三相全波整流桥，其中3个整流二极管
1）按励磁方式分： ①.自励 ②.他励
2）按励磁电源分类： ①直流励磁机励磁系统
②交流励磁机励磁系统 3）按励磁的接入方式分类：
①（旋转整流）无刷励磁 ②（静止整流）有刷励磁
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励磁系统
按供电方式分
他励式励磁系统
自励式励磁系统
按整流器是否旋转分
直流电机励磁系 整流器励磁系统 统(直流励磁机) 交流励磁机
特点：系统简单，发电机出口电压较稳定，励磁调节 11 器输出电流稳定，但需要起励电源。
他励系统示意图
发电机定子 发电机转子
碳刷滑环
发
电
机
出
线
调节装置 励磁电源
②他励：取消了励磁变压器等设备，系统更简化，直接 从厂用电接出一路电源作为励磁电源。
特点：不需要另接起励电源，但厂用电电压不稳定，容 易引起励磁电流的波动，造成发电机出口电压的波动。
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三、我厂发电机无刷励磁系统 1、无刷励磁系统原理
发电机组的励磁机由一台主励磁机和一台副励磁机组成，其 主励磁机采用一台三相交流无刷励磁机，副励磁机采用一台单相19 永磁发电机，转子通过法兰与同步发电机联接在一起。
G 三相同步发电机 EX 主励磁机 GS 副励磁机 V 三相旋转整 流装置 L1 同步发电机磁场绕组 L2 主励磁机磁场绕组 FU 副励磁机熔 断器
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控制并列运行发电机无功功率。 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，以减小故障危害。 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8。
1、励磁系统的分类：
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4.）按励磁的接入方式分
①交流励磁机-静止整流器励磁系统（有刷励磁） 即励磁电源通过碳刷滑环接入转子回路.
发电机定子 发电机转子 发 电 机 出 线
碳刷滑环 副励 主励
灭磁开关
调节装置
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②交流励磁机-旋转整流器励磁系统（无刷励磁） 在励磁系统接入方式上不采用碳刷滑环，而且将励磁调节装
置的整流部分与转动部分连接为一体。属于他励方式的演化形式 。
优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响
缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡
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交流电时大小和方向随时间作周期性变 化的，如果发电机励磁采用交流电源，就不 能在发电机转子上形成一个固定的磁场，而 变成了一个交变磁场。当发电机转子旋转时 ，这个交变磁场在发电机定子中只能形成一 个无序高频电压，不能满足用电需要。而直 流励磁在转子上形成一个固定磁场。
按功率引取方式分
自并励系 自复励系
统
统
谐波励磁 系统
按整流器是否旋转分
静止整流器励磁 旋转整流器励磁
系统
系统
按复合位置分
交流侧复合的自 直流侧复合的自
复励系统
复励系统10
2、按励磁方式分：
自励系统示意 图
发电机定子
发电机转子
碳刷滑环
发
电
机
出
励磁变
线
起励电源
调节装置
①.自励：即从发电机出口引出一条支路，通过励磁变压 器降压以后输入励磁调节器，励磁调节器的输出作为励磁电 源为转子磁场提供电流。