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勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的一個重要組成部分，其主要任務(wù)是向發(fā)電機的轉(zhuǎn)子提供一個可調(diào)的勵磁直流電源，從而達(dá)到控制發(fā)電機機端電壓恒定，滿足發(fā)電機正常發(fā)電的需要。同時，勵磁系統(tǒng)還具有合理分配并聯(lián)機組無功功率和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要作用。因此，保證勵磁系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，提高勵磁設(shè)備的檢修試驗技術(shù)也至關(guān)重要。 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)檢修目前我國勵磁系統(tǒng)的種類很多，設(shè)備五花八門，技術(shù)水平參差不齊，給勵磁設(shè)備的檢修試驗帶來難度。為了規(guī)范和提高我國水電勵磁系統(tǒng)的檢修試驗技術(shù)水平，特編寫本篇作為電氣二次設(shè)備檢修技術(shù)的一部分。本篇主要指導(dǎo)常規(guī)直流勵磁系統(tǒng)的檢修，對于交流勵磁系統(tǒng)，可以作為檢修參考。目前，風(fēng)力發(fā)電機一般采用交流勵磁系統(tǒng)，通過控制三相轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流幅度、頻率和相位，即可以控制發(fā)電機的無功和有功功率輸出，從而實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組的變速恒頻運行。編寫發(fā)電機勵磁系統(tǒng)檢修試驗，以國內(nèi)大中型勵磁系統(tǒng)的A修為主線，適當(dāng)介紹一些運行維護(hù)和常見故障的處理方法。按照勵磁系統(tǒng)的主要部件來編寫檢修內(nèi)容，按照勵磁系統(tǒng)整體來編寫試驗內(nèi)容，其編排順序盡量與實際檢修試驗順序一致。第一節(jié)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的分類按照勵磁電源的不同，將勵磁系統(tǒng)分為直流勵磁機系統(tǒng)、交流勵磁機系統(tǒng)、無刷（旋轉(zhuǎn)）勵磁系統(tǒng)和靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。這種分類，基本反映了勵磁系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程。從直流勵磁機發(fā)展到交流勵磁機，從交流勵磁機又發(fā)展成兩個方向，小方向發(fā)展為無刷勵磁系統(tǒng)，大方向發(fā)展為自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。本勵磁檢修試驗技術(shù)主要針對自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。另外，發(fā)電機滅磁技術(shù)發(fā)展迅速，我國正在使用的滅磁類型和設(shè)備種類也很多，對此進(jìn)行簡單分類，有助于勵磁系統(tǒng)的檢修試驗技術(shù)的學(xué)習(xí)。下面對發(fā)電機各種勵磁系統(tǒng)和滅磁設(shè)備類型作一簡單介紹。在電力系統(tǒng)發(fā)展初期，同步發(fā)電機容量較小，勵磁電流通常由與發(fā)電機組同軸的直流發(fā)電機供給，用專門的直流發(fā)電機向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路提供勵磁電流，即直流勵磁機系統(tǒng)。直流勵磁機系統(tǒng)又分為自勵與他勵兩種方式。所謂自勵，就是勵磁電源取自發(fā)電機本身，而他勵的勵磁電源取自其他發(fā)電機或廠用電等。自勵直流勵磁系統(tǒng)原理圖如圖1－1所示。發(fā)電機（F）的轉(zhuǎn)子繞組（FLQ）由專門的自勵式直流勵磁機（L）供電， Rc為勵磁機磁場調(diào)節(jié)電阻。該勵磁系統(tǒng)可以手動調(diào)節(jié)Rc的大小，也可以由自動勵磁調(diào)節(jié)器改變勵磁機磁場電流，達(dá)到自動調(diào)節(jié)發(fā)電機端電壓的目的。直流勵磁機勵磁系統(tǒng)在我國老式機組上使用，其數(shù)量在不斷減少。原配用的機械式或電磁式自動調(diào)節(jié)器都已逐步淘汰，取而代之的是主要以絕緣柵極雙極晶體管IGBT為功率元件的半導(dǎo)體自動調(diào)節(jié)器。這種將IGBT串入直流勵磁機的磁場回路內(nèi)，通過改變IGBT導(dǎo)通時間與關(guān)斷時間的比例，來控制磁場電流的大小，稱作“開關(guān)式勵磁系統(tǒng)或開關(guān)式勵磁調(diào)節(jié)器”，其接線原理圖如圖1－2所示。這里，IGBT控制勵磁機（EL）的勵磁繞組（L2）電流，DXL是續(xù)流二極管，Rx是限流電阻，L1是發(fā)電機G的轉(zhuǎn)子繞組。圖1－2中的照片采用直流勵磁機的小型水電站廠房，在直流勵磁機下面才是發(fā)電機和水輪機，三者同軸。開關(guān)式勵磁調(diào)節(jié)器的優(yōu)點是：可利用直流機本身實現(xiàn)自并激，無需另配電源，因此，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，且勵磁電源可靠，不受電力系統(tǒng)電壓波動的影響。另外，不存在可控整流橋的觸發(fā)同步問題，控制簡便，運行可靠性高。
20世紀(jì)60年代初，國外開始在中型發(fā)電機上采用交流發(fā)電機加半導(dǎo)體整流器的勵磁方式，即交流勵磁機系統(tǒng)。交流勵磁機系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機組較為主要的勵磁方式。交流勵磁機系統(tǒng)的具體接線方式很多，但究其整流器的區(qū)別可以歸納為：同步發(fā)電機采用二極管整流勵磁，交流發(fā)電機（交流勵磁機）采用晶閘管整流勵磁。下面給出幾種典型的接線方式。1．他勵交流勵磁機系統(tǒng)（三機他勵勵磁系統(tǒng)）他勵交流勵磁機系統(tǒng)原理一如圖1－3所示。圖1－3中的照片是一個采用三機他勵方式的大型汽輪發(fā)電機，從左到右排列的設(shè)備是：汽輪機、發(fā)電機、交流主勵磁機、交流副勵磁機，四者同軸。交流主勵磁機（ACL）和交流副勵磁機（ACFL）都是交流發(fā)電機，均與同步發(fā)電機同軸。副勵磁機是自勵式的，其磁場繞組由副勵磁機機端電壓經(jīng)自動恒壓裝置控制。也有用永磁發(fā)電機作副勵磁機的，亦稱三機他勵勵磁系統(tǒng)。主勵磁機磁場繞組由自動勵磁調(diào)節(jié)器控制，采用晶閘管整流電路。主勵磁機定子繞組經(jīng)過二極管整流器向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流。自勵交流勵磁機系統(tǒng)沒有副勵磁機。交流勵磁機的勵磁電源是從該機（ACL）的出口電壓直接獲得。交流主勵磁機經(jīng)過二極管整流裝置向發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路提供勵磁電流；自動勵磁調(diào)節(jié)器控制晶閘管的觸發(fā)角，調(diào)整其輸出電流，控制主勵磁機的出口電壓。其原理接線二見圖1－4所示。圖1－5也是自勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng)，交流勵磁機的勵磁電源由發(fā)電機出口電壓經(jīng)勵磁變壓器后獲得，自動勵磁調(diào)節(jié)器控制晶閘管的觸發(fā)角，以調(diào)節(jié)交流勵磁機勵磁電流，交流勵磁機輸出電壓經(jīng)硅二極管整流后接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子，亦稱為兩機一變勵磁系統(tǒng)。上述交流勵磁機系統(tǒng)，勵磁機的電樞與整流裝置都是靜止的。雖然由硅整流元件或晶閘管代替了機械式換向器，但是靜止的勵磁系統(tǒng)需要通過滑環(huán)與發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路相連。滑環(huán)是一種轉(zhuǎn)動的接觸部件，仍然是勵磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。圖1－6是某大型水輪發(fā)電機碳炭刷和滑環(huán)照片。隨著巨型發(fā)電機組的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子電流大大增加，可能產(chǎn)生個別滑環(huán)過熱和冒火花的現(xiàn)象（俗稱碳刷打火現(xiàn)象）。為了解決大容量機組勵磁系統(tǒng)中大電流滑環(huán)的制造和維護(hù)問題，提高勵磁系統(tǒng)的可靠性，出現(xiàn)了一種無刷勵磁方式。這種勵磁方式整個系統(tǒng)沒有任何轉(zhuǎn)動接觸元件，故無刷勵磁系統(tǒng)也稱為旋轉(zhuǎn)勵磁系統(tǒng)，其原理圖見圖1－6所示，虛線框內(nèi)的設(shè)備安裝在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)，定子與轉(zhuǎn)子的能量傳遞通過磁感應(yīng)方式進(jìn)行，因而省去了發(fā)電機滑環(huán)和碳刷。無刷勵磁系統(tǒng)中，主勵磁機（ACL）電樞是旋轉(zhuǎn)的，它發(fā)出的三相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)的二極管整流橋整流后直接送發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路。由于主勵磁機電樞及其硅整流器與主發(fā)電機轉(zhuǎn)子都在同一根軸上旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)及電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件。無刷勵磁系統(tǒng)中的副勵磁機（PMG）是一個永磁式中頻發(fā)電機，它與發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)。主勵磁機的磁場繞組是靜止的，即它是一個磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機。無刷勵磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件，提高了運行可靠性和減少了機組維護(hù)工作量。但旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體無刷勵磁方式對硅元件的可靠性要求高，不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進(jìn)行滅磁，轉(zhuǎn)子電流、電壓及溫度不便直接測量等。這些都是不同于其他勵磁系統(tǒng)類型的新問題。盡管無刷勵磁系統(tǒng)也是采用交流勵磁機，很多人也將無刷勵磁系統(tǒng)歸納于交流勵磁機類型。但是，鑒于無刷勵磁系統(tǒng)的特殊性，這里單獨歸納為一種勵磁系統(tǒng)。
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