6.4 同步电机的励磁系统（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

6.4 同步电机的励磁系统 同步精品课堂 电机与变压器 高教版 1 学习目标 掌握同轴直流发电机励磁系统 掌握晶闸管整流励磁系统 掌握并学会晶闸管他励恒压励磁系统的内容 知识目标 能力目标 新知学习 一 、同轴直流发电机励磁系统 同步电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电，以便建立磁场，这个电流称为励磁电流， 而供给励磁电流的整个系统称为励磁系统。 励磁系统是同步电机的一个重要组成部分，它对电机运行有很大影响，如运行的可靠性、经济性以及同步电机的某些主要特性等都直接与励磁 系统有关。 01 02 新知学习 一 、同轴直流发电机励磁系统 目前采用的励磁系统可分为两大类：一类是直流发电机励磁系统；另一类是交流整流励磁系 统。但不论何种励磁系统，都应满足下列要求： 励磁系统要有足够的功率，电流与电压均应留有一定的裕度。 当负载变化时，要有足够的励磁调节范围及调节的稳定性。 励磁系统要简单可靠、调节方便和便于检修。 02 01 03 新知学习 一 、同轴直流发电机励磁系统 直流发电机励磁法是将一台较小的直流并励发电机与主机同装在一个轴上，直流发电机发 出的直流电，直接供给交流发电机的励磁绕组，如图(a) 所示。 新知学习 一 、同轴直流发电机励磁系统 当需要改变并励直流发电机的 励磁电流时，直流发电机的端电压改变，主机的励磁电流就发生改变，于是主机的输出电压或输 出功率发生了变化。 直流电首先经过直流发电机 的电刷流出，然后又经过一对电刷流入交流发电机的励磁绕组。 新知学习 一 、同轴直流发电机励磁系统 当电网发生故障，电网电压突然下降时，继电器保护装置动作，立即闭合短路开关S 而切除电阻R,, 使直流励磁机输出电压迅速大幅度升高，以适应系统对同步发电机的强励要求，如图(a) 所示。 新知学习 一 、同轴直流发电机励磁系统 对容量稍大的发电机，采用他励直流发电机作为主励磁机，主励磁机的励磁电流再由另外一台 功率更小的直流励磁机供给，如图(b) 所示。 新知学习 一 、同轴直流发电机励磁系统 此种励磁方法，可以使励磁电压增长速度加快， 且在低压调节时很方便，电压也较稳定。但多了一台励磁机，使设备复杂，降低了运行可靠性。 近年来，由于汽轮发电机单机容量增大，相应的励磁机容量也随之增大。 例如，一台300000 kW 或500000 kW的汽轮发电机，其励磁机容量竟达1300~2500 kW。因为转速高达3000 r/min 的大容量直流励磁机在制造上非常困难，所以大容量汽轮发电机，不能采用同轴直流发电机励磁 方式，而采用非同轴直流发电机励磁方式。这时，可采用直流励磁机与汽轮机通过降速齿轮系统 相连接，或者由转速较低的异步电动机来带动直流励磁机来完成励磁任务。 新知学习 二 、晶闸管整流励磁系统 1.晶闸管自励恒压励磁系统 直流励磁电流由二极管整流桥供给，与同步发电机同轴的交流主励磁机(复励变流器)是整 流装置的交流电源。自励式静止晶闸管励磁系统原理图如图所示。 新知学习 二 、晶闸管整流励磁系统 当发电机空载时，单独由晶闸管整流桥供给励磁电流；当发电机负载时，复励变流器经硅整 流桥又给发电机提供复励电流，有了复励电流，就可以在一定程度上对发电机随负载而变化的电 压进行自动调节。 除此以外，图中还简要地画出了电压自动调整系统的控制线路。它由电压互感器和电流互 感器分别测得电压和电流的变化，通过自动电压调整器进行比较后，输出控制信号，送至晶闸管 整流桥进行自动控制。 在电网发生短路故障的情况下，电网电压突然下降时，由复励部分单独提供励 磁电流，并能得到一定的强磁效果。 自励式晶闸管整流励磁法 新知学习 二 、晶闸管整流励磁系统 自励式晶闸管整流励磁法，是利用晶闸管整流特性，把同步发电机发出的交流电用晶闸管整 流后供给同步机自身的励磁电流。 另外，同步发电机必须有足够的剩磁。 因为晶闸管整流的输出电压是可以调整的，而且很方便，所以 同步发电机的输出电压也可以方便地得到调整。这种方法的优点是不需要小型同轴发电机。缺 点是需要使用一对电刷。 自励式晶闸管整流励磁法 新知学习 二 、晶闸管整流励磁系统 2.晶闸管他励恒压励磁系统 他励式静止硅整流励磁系统原理图如图所示，它由交流励磁机、交流副励磁机、硅整流 装置和自动电压调整器等部分构成。 新知学习 二 、晶闸管整流励磁系统 其作用原理如下：同步发电机的励磁电流，是由与它同轴的 交流励磁机经静止的硅整流器整流后供给，而交流励磁机的励磁电流则由副励磁机(国内多采用 1000 Hz的中频发电机)通过晶闸管整流器整流后供给。 自动调压器跟晶闸管自励恒压系统完全一样。 至于副励磁机的励磁电流，开始可由外部直流电源供给，待电压建立后，则改由自励恒压装置供给(即转为自励方式),并保持电压恒 定。 晶闸管他励恒压励磁系统 新知学习 二 、晶闸管整流励磁系统 为了使主发电机的励磁电流波形良好，反应速度快和减小励磁机的体积，常采用频率为100 Hz的三相同步发电机作励磁机。 这种励磁系统目前在国内外大容量机组上已广泛采用，它没有直流励磁机的电流换向问题， 运行维护方便，技术性能良好，交流副励磁机也可采用永磁发电机，此时无需自励恒压装置。其 主要缺点是整个装置较为复杂，且启动时有时需要另外的直流电源供电。 励磁机的定子绕组为三相星形(Y) 联结，通过三相硅整流 桥装置对主发电机励磁绕组供电。 晶闸管他励恒压励磁系统 新知学习 三 、同轴交流发电机励磁系统 1 这种方法是把同轴的直流发电机换成同轴的单相或三相交流发电机，此交流发电机发出 的电，经硅整流装置整流后直接供给同步发电机的励磁绕组。硅整流管也固定在轴上，这就使 励磁电流不经过电刷，所以称为无刷励磁。 这种励磁方法的优点是无需使用电刷，消除了电刷 故障，从而提高了工作的可靠性，使维护容易了。其缺点是转动部分的电压、电流难于 测量。 其中，自动电压调整器系统是根据主发电机的电压偏差和电流变化自动调整交流励磁机的 励磁电流，以保证主发电机输出端电压的恒定。 近年来，在较大容量汽轮发电机中，同轴交流发电机励磁系统正逐渐被推广使用。 2 3 新知学习 四 、三次谐波励磁系统 PART 01 所谓谐波励磁，实际上是利用发电机气隙磁场中的三次及其整数倍次谐波进行自励磁，通常 简称谐波励磁。 PART 03 更由于极靴下气隙不均等，所以主磁场呈现的波形为一平顶波，或称形波。 PART 02 凸极式同步电机主磁极的励磁绕组大多为集中式的，因而在空载时，其主磁极在空间的磁 场分布为一矩形。 新知学习 四 、三次谐波励磁系统 这平顶波可分解为一个正弦基波和一系列奇次谐波，其中以三次谐波含量最大。凸极电机 主磁极磁场的波形如图所示。 新知学习 四 、三次谐波励磁系统 因为谐波绕组各元件间相隔60°电角度，发电机在额定 转速下，基波在谐波绕组中的电动势之和为0,而谐波绕组产生3f的交流电动势，经整流后，供给 发电机励磁绕组，如图6-21所示。 1—同步发电机；2—励磁绕组；3—谐波绕组；4—硅桥 式整流；5—调节电阻；6—集电环；7一直流电源 新知学习 四 、三次谐波励磁系统 PART 01 这种方法的优点是，提高了发电机的效率，利用三次谐波，节约了设备投资。 PART 03 三次谐 波绕组是静止的，整流设备的安装和维修比较容易，所以这种励磁方法在小容量的机组上多被 采用。 PART 02 当发电机 负载发生变化时，三次谐波的电动势也随之发生变化，能起到自动稳定电压的作用。 1.同步电机励磁系统的主要作用是什么？ A. 提供电机的启动扭矩 B. 维持发电机端电压在给定值 C. 增加电机的效率 D. 控制电机的转速 课堂练习 答案：B. 维持发电机端电压在给定值 解析：同步电机励磁系统的主要作用是维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压。 2.以下哪个不是同步电机励磁系统的一部分？ A. 励磁电源 B. 励磁调节器 C. 转子位置传感器 D. 励磁电流限制器 课堂练习 答案：C. 转子位置传感器 解析：同步电机励磁系统通常不包括转子位置传感器，因为它不是励磁系统的核心组件。励磁系统主要包括励磁电源和励磁调节器，以及用于保护和控制的电流限制器。 3.同步电机励磁系统中的“强励”指的是什么？ A. 增加励磁电流以提高发电机的输出电压 B. 减少励磁电流以降低发电机的输出电压 C. 快速切断励磁电流以应对过载情况 D. 维持励磁电流不变以保持稳定的输出电压 课堂练习 答案：A. 增加励磁电流以提高发电机的输出电压 解析：强励是指在电力系统短路故障母线电压降低时，为提高电力系统的稳定性，迅速将发电机励磁增加到最大值。 4.同步电机励磁系统通常不采用哪种类型的励磁方式？ A. 直流发电机励磁 B. 交流发电机励磁 C. 晶闸管励磁 D. 永磁体励磁 课堂练习 答案：D. 永磁体励磁 解析：同步电机励磁系统通常不采用永磁体励磁方式，因为永磁体励磁主要用于小容量电机，而同步电机励磁系统更多地依赖于直流或交流发电机励磁，以及晶闸管励磁等方式。 5.同步电机励磁系统在发电机内部出现故障时的主要作用是什么？ A. 增加励磁电流以提高磁场强度 B. 减少励磁电流以降低磁场强度 C. 切断励磁电流以进行灭磁 D. 维持励磁电流不变以保持磁场稳定 课堂练习 答案：C. 切断励磁电流以进行灭磁 解析：在发电机内部出现故障时，励磁系统的主要作用是进行灭磁，以减小故障损失程度。这通常通过切断励磁电流来实现，以尽快地减弱转子磁场。 6.以下哪种励磁方式是将励磁电源直接取自于发电机端电压的？ A. 直流励磁机励磁 B. 交流励磁机整流励磁 C. 自并励励磁 D. 无刷励磁 课堂练习 答案：C. 自并励励磁 解析：自并励励磁方式是指励磁电源直接取自于发电机的端电压，这种方式简单且常用于小型同步发电机 。 7.无刷励磁系统的主要优点是什么？ A. 减少了励磁系统的维护成本 B. 提高了励磁电流的稳定性 C. 增加了发电机的输出功率 D. 降低了发电机的运行温度 课堂练习 答案：A. 减少了励磁系统的维护成本 解析：无刷励磁系统通过取消滑环和碳刷，减少了励磁系统的维护成本，并且提高了系统的可靠性 。 8.在励磁系统中，调差系数是用来描述什么的？ A. 励磁电流的变化率 B. 无功负荷电流变化时端电压的相对变化 C. 励磁电压与励磁电流之间的关系 D. 励磁系统响应负载变化的速度 课堂练习 答案：B. 无功负荷电流变化时端电压的相对变化 解析：调差系数是用来描述当无功负荷电流从零变至额定值时，发电机端电压的相对变化，它是衡量励磁系统性能的一个重要参数。 课堂小结 1.简述凸极电机主磁极磁场的波形。 2.简述三次谐波的单相桥式全波整流电路。 3.简述无刷励磁系统原理。 作业布置 感谢观看 $$