自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)概況

勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組重要設(shè)備，主要作用是調(diào)節(jié)勵(lì)磁，以維持定子電壓穩(wěn)定；合理分配各臺機(jī)組間無功功率；在發(fā)生短路時(shí)，強(qiáng)行勵(lì)磁以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定能力、提高輸送功率極限、擴(kuò)大靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的范圍。勵(lì)磁系統(tǒng)對提高發(fā)電廠的自動(dòng)化水平、發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要的作用。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，勵(lì)磁方式已從直流電機(jī)勵(lì)磁發(fā)展到可控硅勵(lì)磁，在微機(jī)自并勵(lì)靜止可控硅整流勵(lì)磁系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流是由機(jī)端的勵(lì)磁變壓器經(jīng)過可控硅整流裝置整流后供給，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直接調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓或無功功率，這種勵(lì)磁系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)精度高的特點(diǎn)，已成為勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)展的主流 。

采用直流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁系統(tǒng)，在過去的十幾年間，是同步發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)。長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，這種勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：具有獨(dú)立的不受外系統(tǒng)干擾的勵(lì)磁電源，調(diào)節(jié)方便。

勵(lì)磁系統(tǒng)故障時(shí)有發(fā)生，主要存在如下問題：

（1）由于原勵(lì)磁裝置運(yùn)行時(shí)間久、機(jī)件老化、缺陷漸多，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

（2）調(diào)節(jié)器元器件老化、板件損壞時(shí)有發(fā)生，備品供應(yīng)困難。

（3）改變工況運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)性能差，特別是在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，強(qiáng)勵(lì)經(jīng)常不能滿足電網(wǎng)電壓和系統(tǒng)運(yùn)行的要求。

（4）換向器和電刷的維護(hù)工作量大，運(yùn)行中更換碳刷時(shí)需要帶電作業(yè)，且檢修勵(lì)磁機(jī)時(shí)必須停主機(jī)，很不方便；另外粉塵、噪音等對作業(yè)人員有一定的危害。

（5） 運(yùn)行時(shí)整流子與電刷之間火花嚴(yán)重并伴有跳動(dòng)，整流子換相工況惡化，曾經(jīng)出現(xiàn)過環(huán)火，使機(jī)組被迫停機(jī)。整流子發(fā)生換相故障時(shí)又會對整流子表面產(chǎn)生灼傷和損壞，絕緣性能下降。

（6） 勵(lì)磁繞組出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象，電氣性能下降，引起勵(lì)磁接地等故障，直接影響機(jī)組的正常運(yùn)行。勵(lì)磁回路絕緣下降，出現(xiàn)接地故障無法消除被迫停機(jī)，切換到備用勵(lì)磁機(jī)運(yùn)行。

總之，這種同軸直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式，由于直流勵(lì)磁機(jī)碳刷的使用，導(dǎo)致運(yùn)行維護(hù)量增大，相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由于制造工藝及其技術(shù)原因，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)的時(shí)候，存在調(diào)節(jié)速度慢、不夠穩(wěn)定及調(diào)節(jié)精度低等缺點(diǎn) 。

常規(guī)火電廠發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式主要有自并勵(lì)靜止勵(lì)磁和三機(jī)勵(lì)磁兩大類，靜止勵(lì)磁中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源取自于發(fā)電機(jī)機(jī)端，通過勵(lì)磁變壓器降壓后供給可控硅整流裝置，可控硅整流變成直流后，再通過滅磁開關(guān)引入至發(fā)電機(jī)的磁場繞組，整個(gè)勵(lì)磁裝置沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，屬于全靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)；而三機(jī)勵(lì)磁的原理是：主勵(lì)磁機(jī)、副勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)三機(jī)同軸，主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出，經(jīng)過二極管整流器整流后，供給汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，由永磁副勵(lì)磁機(jī)輸出經(jīng)可控硅整流器整流后供給。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)端電壓互感器、電流互感器取得的調(diào)節(jié)信號，控制可控硅整流器輸出的大小，實(shí)現(xiàn)機(jī)組勵(lì)磁的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

經(jīng)過大量的調(diào)研和比較，電廠決定采用自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，選用GEC-2E型全數(shù)字式非線性勵(lì)磁裝置，該裝置綜合運(yùn)用了同步發(fā)電機(jī)的現(xiàn)代勵(lì)磁控制理論，從輸入通道的交流采樣到控制脈沖的輸出全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，沒有模擬環(huán)節(jié)，無電位器調(diào)整。全數(shù)字化大大提高了精度和可靠性，維護(hù)十分方便。

GEC- 2E 型全數(shù)字式非線性勵(lì)磁裝置主要適用于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，由勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜、功率柜、滅磁開關(guān)柜、切換操作柜、勵(lì)磁變壓器等構(gòu)成。勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜內(nèi)安裝的是勵(lì)磁控制器，是勵(lì)磁反饋的核心部分。功率柜內(nèi)安裝的是由大功率可控硅組成的三相全控整流橋，根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小，由兩個(gè)功率柜向發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流。滅磁開關(guān)柜內(nèi)安裝的是滅磁開關(guān)和非線性過壓保護(hù)裝置，切換操作柜主要完成主備勵(lì)切換等功能。

GEC- 2E 的基本配置是全雙置，即配備完全獨(dú)立的兩個(gè)控制器及相應(yīng)的電源回路，兩套調(diào)節(jié)器互為備用運(yùn)行，每套調(diào)節(jié)器均能滿足包括強(qiáng)勵(lì)在內(nèi)的發(fā)電機(jī)各種運(yùn)行工況對勵(lì)磁的要求 。2100433B

并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在DC自激電動(dòng)機(jī)分類之下。磁場繞組與電樞繞組并聯(lián)。即，電樞電流與磁場電流有不同支流電流。并勵(lì)繞組兩端電壓就是轉(zhuǎn)子繞組兩端電壓，其值較高，但勵(lì)磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞制，其匝數(shù)繞得很多，因此具有較大的電阻，使通過它的勵(lì)磁電流較小。

直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)公式

假設(shè)，DC電流供電量是E，電流是Itotal 有兩個(gè)支流，Ia是電樞電流，流經(jīng)Ra。 Ish是磁場電流，流經(jīng)Rsh。

所以，可以得到，I_total = I_a I_sh。

整理一下，可以得到，

通常情況下，電機(jī)是保持運(yùn)行狀態(tài)的。DC電流是常數(shù)，所以，Ish也是常數(shù)。

但是我們知道，I_sh ∝ Φ。 field flux和Ish是正相關(guān)的關(guān)系。所以field flux也是常數(shù)。所以，并勵(lì)電機(jī)也叫做constant flux motor。

直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)組成

重點(diǎn)是 電樞繞組和磁場繞組 并聯(lián)。

直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性

1. 速度的自我調(diào)節(jié)

在有負(fù)荷與無負(fù)荷的情況下，電機(jī)的速度不變?？蓪?shí)現(xiàn)電機(jī)速度的自我調(diào)節(jié)（self-speed regulation）.

在無負(fù)荷的情況下，設(shè)速度為N rpm。加上負(fù)荷之后，最初，電機(jī)的速度確實(shí)會降低，但是根據(jù)，E_b ∝ N。

根據(jù)

用圖形來總結(jié)其速度，可參照下圖

反電動(dòng)勢(counter emf or the back emf Eb)的降低導(dǎo)致凈電壓的增加。因?yàn)镋_net = E ? E_{b（E是常數(shù)）}。當(dāng)凈電壓增加的時(shí)候，電樞電流增加，從而，扭矩增加。因?yàn)镮_a ∝ Τ。電樞電流和扭矩是正比例關(guān)系。

這種變化，最終會導(dǎo)致下圖的產(chǎn)生。

扭矩的增加導(dǎo)致速度的增加。這樣的話，抵消了負(fù)荷速度的減少。所以，最終，速度特性會如下圖所示

從此圖可看出，并勵(lì)電機(jī)最終實(shí)現(xiàn)了速度的自我調(diào)節(jié)。2100433B