同步發電機無刷勵磁系統的作用及關鍵技術分析

宮磊國電南瑞科技股份有限公司

同步發電機無刷勵磁系統的作用及關鍵技術分析

宮磊
國電南瑞科技股份有限公司

無刷勵磁系統是近年來頻繁運用在發電機上的一種新型技術，具有轉速恒定、功率因數可調整和高效運轉的優點，具備維護成本低和可靠性高的特點。可以對抗易爆易燃的惡劣環境，對于此類發電的領域可以選擇這種技術。

同步發電機；無刷勵磁系統；作用；技術

中國是世上第二大發展中國家，也是世界上第二大能源生產國和消費的國家。雖然我國擁有的資源總量很大，但是由于人口的龐大，所以人均的資源配比還是處于比較低的水平，總的來說，我國還是處于能源匱乏的局面。所以作為能源之一的電能，又是人們生活中必備的能量，就顯得格外重要。電能在實際生產中有很大的優勢，具有適合較大規模生產、便于智能化控制、能夠遠程操控的優點。所以將無刷勵磁系統引進同步發電機，可以增加發電機的工作效率。

一、無刷勵磁系統的優點

無刷勵磁技術在發電機領域的發展還是非常樂觀的，為發電機工作效率帶來明顯提高。這是由無刷勵磁系統的優點決定的，它有三大優點：第一，無刷勵磁系統取消了炭刷和滑環，可以有效的減少停機事故的發生，節省維護時間并提高了勵磁系統的穩定性，可以為龐大容量的核電機組提供強大的后援動力。第二，沒有了炭粉和銅粉對電極組的污染，就可以提高電機的使用壽命。第三，可以為在易爆易燃的環境中工作減少危險，保證了工作人員的生命安全。

二、同步發電機無刷勵磁系統的作用

1.可以控制發電機的端電壓

同步發電機無刷勵磁系統可以很好的控制發電機的端電壓，可以在負荷變化的情況下，及時進行勵磁電流的調節。發電機的無刷勵磁電流由交流勵磁機經旋轉整流盤整流后提供，交流勵磁機的勵磁電流則由永磁機經調節裝置中的可控硅全控橋整流后提供，勵磁電流的大小由自勵磁調節裝置進行自動或手動調節，以滿足發電機運行工況的要求。保證發電機工作處于一個安全的環境，可以給工作帶來更高的效率。

2.可以限制定子電流

利用系統中的限制器可以防止發電機定子過熱，當時間趨于零時，限制值在理論上可以趨向于無窮大，通過參數調整，可以得到接近于定子繞組的最大允許熱能的反時限特性。定子電流限制器分欠勵側和過勵側兩部分，其限制量均為定子電流的平均值。當發電機過勵時，欠勵側定子電流限制器截止，反之亦然。通過檢測負載的功率因數，可保證定子電流限制器雙方向（過勵和欠勵）動作的正確性。顯然，定子電流限制器不能影響發電機的有功電流分量。如果發電機的有功電流分量高于定子電流限制器的限制值，為避免誤動作，限制器會自動將發電機無功功率調整為零。

3.失磁保護

發電機運行點在超出其穩定極限時，失勵保護動作，跳發電機。由于同步發電機的穩定極限與機端電壓有關，發電機工作點超過保護曲線時，觸發定時器。經過可整定的延時后發出跳發電機命令，定時器延時啟動信號也可用于報警，從而對整個發電機系統進行保護，使得發電站處于安全的工作環境。

三、同步發電機無刷勵磁系統的關鍵技術

1.三相副勵磁機

三相副勵磁機采用永磁式中頻發電機，具有良好的外特性，從發電機空載到強行勵磁時，其端電壓變化不超過10%額定值。配置用于報警的故障低電壓、過電流檢測繼電器及電壓、電流表計，三相副勵磁機系16極旋轉磁場裝置，勵磁機的機架裝有帶三相繞組的疊片鐵心，轉子由具有懸掛極的輪轂組成。每個極由10個獨立的永久性磁鐵組成，這些磁鐵裝在一個非磁性的金屬殼內，并用螺栓固定在輪轂與外極靴之間。轉子輪轂則熱裝在軸的自由端。

2.三相主勵磁機

三相主勵磁機適應帶整流負載的要求，并有較大的儲備容量，發電機出口三相短路或不對稱短路時，勵磁機不產生有害的變形或過熱。三相主勵磁機系一個6極旋轉電樞裝置，這6個極與激勵和阻尼繞組安裝在定子架內，磁場繞組位于疊片磁鐵極上，在極靴上裝有母線，其端部連接后形成阻尼繞組。兩個極之間裝有一個正交軸，用以測量勵磁機的感應電流，轉子由多層迭片組成。迭片通過貫穿螺栓在壓縮環上壓制而成，把三相繞組插入迭片轉子的槽內，把繞組導體在鐵芯長度的范圍內進行交叉，然后用玻璃纖維帶把轉子繞組的端匝予以固定，在面對整流輪的一側進行連接。繞組端被延伸到與整流環的三相導線相連接的集電環，注滿合成樹脂并且在凝固之后，整個轉子熱裝到軸上。軸承位于風機后面，由汽輪機潤滑油的供給系統進行強制潤滑油潤滑。

3.勵磁機的冷卻及干燥系統

勵磁機是空氣冷卻及干燥的工具，冷卻空氣為閉式循環，并在橫靠勵磁機安裝的兩個冷卻器裝置中進行再冷卻。整個勵磁機裝在冷卻空氣循環通過的機殼中，勵磁機還安裝干燥裝置除濕器，旨在防止當汽輪發電機停機時，在勵磁機內部或在盤車裝置上形成凝結水。

4.自動電壓調節器

自動電壓調節器AVR的主要功能是精確地控制和調節發電機的機端電壓和無功功率，它對勵磁電壓快速作出反應，響應時間為幾個毫秒。主要由測量比較、綜合放大和移相觸發三個基本單元構成。測量比較單元用來測量經過變換的與發電機端電壓成比例的直流電壓，并與相應的電壓整定值進行比較，得到偏差；電壓偏差信號輸入到綜合放大單元，綜合放大單元對測量等信號起綜合放大作用；移相觸發單元則根據輸入的控制信號的變化，改變輸出到可控硅的觸發脈沖，改變導通角，從而控制可控硅的輸出電壓，以調節發電機的勵磁電流。

總結

同步發電機無刷勵磁系統在發電機工作中發揮了巨大的作用，充分利用核心技術，積極引進新技術，促進電力事業的發展，為我國電能資源的補充貢獻了很大的力量。是一項利國利民的工程。

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