发电机原理及无刷励磁系统

1、 中学物理学告诉我们：中学物理学告诉我们：导体在磁场中运动、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：这说明，要发电必须同时满足两个条件： 1.1.） 要有产生磁力线的磁场；要有产生磁力线的磁场； 2. 2.） 运动的导体必须切割磁力线。运动的导体必须切割磁力线。 一、发电机基本原理：一、发电机基本原理： 1 1、固定磁场交流发电机原理、固定磁场交流发电机原理 在磁场内放入矩形在磁场内放入矩形 线圈，线圈两端通向线圈，线圈两端通向 两个滑环，

2、滑环通过两个滑环，滑环通过 电刷连接到输出线上，电刷连接到输出线上， 输出线端连有负载电输出线端连有负载电 阻。阻。 当线圈旋转时，当线圈旋转时， 根据电磁感应原理，根据电磁感应原理， 线圈两端将会产生感线圈两端将会产生感 应电动势，当磁场是应电动势，当磁场是 均匀的，矩形线圈作均匀的，矩形线圈作 匀速旋转时，感应电匀速旋转时，感应电 势按正弦规律变化，势按正弦规律变化， 在负载电阻上有正弦在负载电阻上有正弦 交流电通过。交流电通过。 2 2、旋转磁场交流发电机原理模型旋转磁场交流发电机原理模型 3、发电机结构、发电机结构 发电机是由定子、转子、励磁机等部分组成发电机是由定子、转子、励磁机等部

3、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 定规律排列的定规律排列的三相对三相对称交流绕组。这种称交流绕组。这种 同步电机的定子又同步电机的定子又称为称为电枢，定子铁心和电枢，定子铁心和 绕组又称为电枢铁绕组又称为电枢铁心和心和电枢绕组。电枢绕组。 v 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上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，称为励磁磁场中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁也称主磁 场、转子

4、磁场场、转子磁场)。 1.1.励磁解释：励磁解释： 为发电机为发电机“利用电磁感应原理工作的电气设备利用电磁感应原理工作的电气设备”提供工作磁提供工作磁 场叫励磁。场叫励磁。 2.2.励磁装置：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起控制和调节作用的电气调控装置 3 3、励磁系统的作用、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。身的安全稳定运行有很大的影响。 励磁系统的

5、主要作用有：励磁系统的主要作用有： 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。压为给定值。 控制并列运行发电机无功功率。控制并列运行发电机无功功率。 提高发电机并列运行的静态稳定性。提高发电机并列运行的静态稳定性。 提高发电机并列运行的暂态稳定性。提高发电机并列运行的暂态稳定性。 在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障危害。在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障危害。 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。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。 1、励磁系统的分类：、励磁系统的分

6、类： 1 1）按励磁方式分：）按励磁方式分： . .自励自励 . .他励他励 2 2）按励磁电源分类：按励磁电源分类： 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统 3 3）按励磁的接入方式分类：按励磁的接入方式分类： （旋转整流）（旋转整流）无刷励磁无刷励磁 （静止整流）有刷励磁（静止整流）有刷励磁 . .自励：即从发电机出口引出一条支路，通过励磁变压自励：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。源为转子磁场提供电流。 特点：系统简单

7、，发电机出口电压较稳定，励磁调节特点：系统简单，发电机出口电压较稳定，励磁调节 器输出电流稳定，但需要起励电源。器输出电流稳定，但需要起励电源。 发电机转子发电机转子 调节装置 起励电源 发电机定子 碳刷滑环 励磁变 发电机出线 自励系统示意自励系统示意 图图 2 2、按励磁方式分：、按励磁方式分： 他励：取消了励磁变压器等设备，系统更简化，直接他励：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。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

8、电压的波动。易引起励磁电流的波动，造成发电机出口电压的波动。 发电机转子发电机转子 调节装置 发电机定子 碳刷滑环 发电机出线 励磁电源 他励系统示意图他励系统示意图 发电机转子 调节装置 发电机定子 主励主励 灭磁开关灭磁开关 发电机出线发电机出线 1 1）“两机两机”励磁系统励磁系统 碳刷滑环 励磁电源 优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢 发电机转子 调节装置 发电机定子 副励副励主励主励 灭磁开关灭磁开关 发电机出线发电机出线 碳刷滑环 2 2）“三机三机”励磁系统励磁系统 组成：交流主励磁机和交流副励磁机都与发电机同轴。

9、副励组成：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。系统。 优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响优点：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，易引发轴系振荡缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡 交流电时大小和方向随时间作周期性变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，就不化的，如果发电机励磁采用交流电源，就不

10、能在发电机转子上形成一个固定的磁场，而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，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。励磁在转子上形成一个固定磁场。 交流励磁机交流励磁机-静止整流器励磁系统（有刷励磁）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即励磁电源通过碳刷滑环接入转子回路. 4.4.）按励磁的接入方式分）按励磁的接入方式分 发电机转子 调节

11、装置 发电机定子 副励副励主励主励 灭磁开关灭磁开关 发电机出线发电机出线 碳刷滑环 交流励磁机交流励磁机- -旋转整流器励磁系统（无刷励磁）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。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。 发电机转子 调节装置 发电机定子 副励副励主励主励 旋转二极管旋转二极管 灭磁开关灭磁开关 发电机出线发电机出线 采用定子磁场方式采用定子磁场方式 采用永磁机，转子磁场采用永磁机，转子磁场 有刷励磁和无

12、刷励磁的对比有刷励磁和无刷励磁的对比 有刷励磁可以带有励磁机，也可以不带有励磁机，方便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。的粉末积存在滑环处，有可能造成短路。 无刷励磁必须带有励磁机，系统较复杂，但因设有独立无刷励磁必须带有励磁机，系统较复杂，

13、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，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。机之前，不利于事故迅速灭磁。 三、我厂发电机无刷励磁系统三、我厂发电机无刷励磁系统 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主

14、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 永磁发电机，转子通过法兰与同步发电机联接在一起。永磁发电机，转子通过法兰与同步发电机联接在一起。 1 1、无刷励磁系统原理、无刷励磁系统原理 G G 三相同步发电机三相同步发电机 EX EX 主励磁机主励磁机 GS GS 副励磁机副励磁机 V V 三相旋转整三相旋转整 流装置流装置 L1 L1 同步发电机磁场绕组同步发电机磁场绕组 L2 L2 主励磁机磁场绕组主励磁机磁场绕组 FU FU 副励磁机熔副励磁机熔 断器断器 主励磁机是一台三相同步发电机，其磁场静止、电枢旋转，电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

15、相交流电经同轴旋转的三相旋转整流装置整流为直流，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。以称为无刷励磁机。 整流装置上共有整流装置上共有6 6个整流二极管，每个桥臂上采用个整流二极管，每个桥臂上采用 一个二极管，组成三相全波整流桥，其中一个二极管，组成三相全波整流桥，其中3 3个整流二极个整流二极 管正极共同装在一个整流环上，管正极共同装在一个整流环上，3 3个整流二极管负极共个整流二极管负极共 同装在另一个整流环上。同装在另一个整流环上。

16、 L1 L1 主励磁机磁场绕组主励磁机磁场绕组 L2 L2 主励磁机电枢绕组主励磁机电枢绕组 L3 L3 同步同步 发电机磁场绕组发电机磁场绕组 L4 L4 同步发电机定子绕组同步发电机定子绕组 FU1FU16 6 快速熔断器快速熔断器 V1V16 6 整流二极管整流二极管 机座是焊接件，其材料除机座圈是用铸钢外，其它均为机座是焊接件，其材料除机座圈是用铸钢外，其它均为 Q235Q235钢板，电机共有个磁极，其铁芯由钢板叠压而成，钢板，电机共有个磁极，其铁芯由钢板叠压而成， 磁极线圈绕成型后再用环氧树脂固定在铁芯上。磁极线圈绕成型后再用环氧树脂固定在铁芯上。 2.3.1.2 2.3.1.2 配

17、汽轮发电机的励磁机二个接线盒位于电机机配汽轮发电机的励磁机二个接线盒位于电机机 座二侧。从发电机端看，交流无刷励磁机接线盒在左侧，座二侧。从发电机端看，交流无刷励磁机接线盒在左侧， 永磁机接线盒在右侧。配燃气轮发电机的励磁机只有一永磁机接线盒在右侧。配燃气轮发电机的励磁机只有一 个接线盒。个接线盒。 2.3.1.3 2.3.1.3 定子机座内壁里面放有二只加热器。停机期间定子机座内壁里面放有二只加热器。停机期间 建议投入加热器，以保证机内相对湿度不大于建议投入加热器，以保证机内相对湿度不大于50%50%，防止，防止 由于潮湿引起电机绝缘电阻降低。由于潮湿引起电机绝缘电阻降低。 2.3.2 2.

18、3.2 转子部分：转子部分： 1、孤立运行发电机组的运行、孤立运行发电机组的运行 用电单位负荷增加，电压降低，周波降低用电单位负荷增加，电压降低，周波降低 汽轮发电机组的有功、无功输出都增加，转速降低汽轮发电机组的有功、无功输出都增加，转速降低 进汽量增加，维持额定转速进汽量增加，维持额定转速 -一次调频，机组本身的功能一次调频，机组本身的功能 -二次调频，人为的干预二次调频，人为的干预 同时同时 孤立运行发电机组的特点：机组负荷、电压、周波等参孤立运行发电机组的特点：机组负荷、电压、周波等参 数随外界负荷的需求和性质的变化而变化，并且波动比较数随外界负荷的需求和性质的变化而变化，并且波动比较 大。在机组调节过程中需要人为干预。大。在机组调节过程中