發電機的勵磁系統專題講解，零基礎，一文全明白

眾所周知，同步發電機要用直流電流勵磁。發電機的基本原理就是：旋轉磁場掠過繞組，在繞組中產生電動勢，從而發出電力。而旋轉磁場就是勵磁電流通過轉子而產生的，所以勵磁對於發電機非常重要，對於一般發電機而言，沒有勵磁就不能發出電力，無論勵磁是永磁還是電磁。在以往的他勵式同步發電機中，其直流電流是有附設的直流勵磁機供給。

一、發電機的原理及勵磁系統的由來

1、發電機的工作原理

大家都知道發電機的工作原理是利用導線切割磁力線感應出電勢的電磁感應原理，將原動機的機械能變為電能輸出。同步發電機由定子和轉子兩部分組成。定子是發出電力的電樞，轉子是磁極。定子由電樞鐵芯，均勻排放的三相繞組及機座和端蓋等組成。轉子通常為隱極式，由勵磁繞組、鐵芯和軸、護環、中心環等組成。

轉子的勵磁繞組通入直流電流，產生接近於正弦分佈磁場（稱為轉子磁場），其有效勵磁磁通與靜止的電樞繞組相交鏈。轉子旋轉時，轉子磁場隨同一起旋轉、每轉一週，磁力線順序切割定子的每相繞組，在三相定子繞組內感應出三相交流電勢。發電機帶對稱負載運行時，三相電樞電流合成產生一個同步轉速的旋轉磁場。定子磁場和轉子磁場相互作用，會產生制動轉矩。從汽輪機輸入的機械轉矩克服制動轉矩而作功。

發電機可發出有功功率和無功功率。所以，調整有功功率就得調節汽機的進汽量。轉子磁場的強弱直接影響定子繞組的電壓，所以，調發電機端電壓或調發電機的無功功率必須調節轉子電流。發電機的有功功率和無功功率幾何相加之和稱為視在功率。有功功率和視在功率之比稱為發電機的功率因數（力率），發電機的額定功率因數一般為0.85。供給發電機轉子直流建立轉子勵磁的系統稱為發電機勵磁系統。

2、發電機勵磁系統由來

供給同步發電機勵磁電流的電源及其附屬設備統稱為勵磁系統。它一般由勵磁功率單元和勵磁調節器兩個主要部分組成。勵磁功率單元向同步發電機轉子提供勵磁電流；而勵磁調節器則根據輸入信號和給定的調節準則控制勵磁功率單元的輸出。勵磁系統的自動勵磁調節器對提高電力系統並聯機組的穩定性具有相當大的作用。尤其是現代電力系統的發展導致機組穩定極限降低的趨勢，也促使勵磁技術不斷髮展。

同步發電機的勵磁系統主要由功率單元和調節器（裝置）兩大部分組成。如圖所示：其中勵磁功率單元是指向同步發電機轉子繞組提供直流勵磁電流的勵磁電源部分，而勵磁調節器則是根據控制要求的輸入信號和給定的調節準則控制勵磁功率單元輸出的裝置。由勵磁調節器、勵磁功率單元和發電機本身一起組成的整個系統稱為勵磁系統控制系統。

二、發電機勵磁系統的作用

勵磁系統的主要作用有：

1、維持發電機端電壓在給定值，當發電機負荷發生變化時，通過調節磁場的強弱來恆定機端電壓。

2、合理分配並列運行機組之間的無功。

3、提高電力系統的穩定性，包括靜態穩定性和暫態穩定性及動態穩定性。

4、提高發電機並列運行的暫態穩定性；

5、在發電機內部出現故障時，進行滅磁，以減小故障損失程度；

6、根據運行要求對發電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。

7、根據發電機負荷的變化相應的調節勵磁電流，以維持機端電壓為給定值；

8、控制並列運行各發電機間無功功率分配；

9、提高發電機並列運行的靜態穩定性；

三、勵磁系統發分類

近年來發電機自動調節技術的不斷更新與進步，先後出現了多種形式的勵磁裝置。形成了多種勵磁方式，但歸納起來，不外乎他勵和自勵兩種方式：

1、他勵式勵磁方式

他勵式勵磁方式是由與同步發電機同軸安裝；或經皮帶傳動的不同軸安裝的直流勵磁機發出的直流電；以及交流勵磁機經半導體整流後的直流電等，通過電刷、集電環向同步發電機勵磁組提供勵磁電流。直流勵磁機是一臺結構完整的直流發電機，它多采用並勵式或復勵式自勵直流發電機。

2、自勵式勵磁方式

自勵式勵磁方式就是利用整流器將同步發電機所發的交流電（或附加繞組、或諧波繞組產生的交流電）經過整流後送入勵磁繞組。常見的自勵式勵磁方式有以下幾種類型：三相同步發電機、單相同步發電機。上述各種自勵式勵磁同步發電機均具有一定的恆壓能力，如果對發電機還有更高的恆壓要求時，還可以在以上各種勵磁方式基礎上增加晶閘管自動調壓器或功率三極管自動調壓器，使同步發電機在額定負載範圍內，電壓調整率達到±3％的精度。

四、發電機勵磁系統的電氣調節特性

經過上面的闡述大家對發電機的原理、為什麼要勵磁系統、勵磁系統的原理和作用有了初步的認識，但是要想徹底理解發電機勵磁系統的精髓，知道這些是遠遠不夠的。我們要從勵磁系統的電氣調節原理來進一步瞭解勵磁系統。

說道勵磁系統電氣調節原理無非三個參數：勵磁電流、電壓、無功和無功負荷。也就是說發電機正常工作，單機或併網都需要對勵磁系統進行調節以便完成電壓、無功和無功負荷的動態調整。詳細說明如下：

1、電壓的調節

自動調節勵磁系統可以看成為一個以電壓為被調量的負反饋控制系統。無功負荷電流是造成發電機端電壓下降的主要原因，當勵磁電流不變時，發電機的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對電能質量的要求，發電機的端電壓應基本保持不變，實現這一要求的辦法是隨無功電流的變化調節發電機的勵磁電流。

2、勵磁電流

勵磁電流就是同步電機轉子中流過的電流（有了這個電流，使轉子相當於一個電磁鐵，有N極和S極），在正常運行時，這個電流是由外部加在轉子上的直流電壓產生的。當發電機單機運行時，勵磁調節器通過調整發電機的勵磁電流來調整發電機的端電壓，當電力系統中有多臺發電機並聯運行時，勵磁調節器通過調整勵磁電流來合理分配並聯運行發電機組間的無功功率，從而提高電力系統的靜態和動態穩定性。

3、無功負荷

並聯運行的發電機根據各自的額定容量，按比例進行無功電流的分配。大容量發電機應負擔較多無功負荷，而容量較小的負則提供較少的無功負荷。為了實現無功負荷能自動分配，可以通過自動高壓調節的勵磁裝置，改變發電機勵磁電流維持其端電壓不變，還可對發電機電壓調節特性的傾斜度進行調整，以實現並聯運行發電機無功負荷的合理分配。

4、無功功率

發電機與系統並聯運行時，可以認為是與無限大容量電源的母線運行，要改變發電機勵磁電流，感應電勢和定子電流也跟著變化，此時發電機的無功電流也跟著變化。當發電機與無限大容量系統並聯運行時，為了改變發電機的無功功率，必須調節發電機的勵磁電流。此時改變的發電機勵磁電流並不是通常所說的“調壓”，而是隻是改變了送入系統的無功功率。

小編總結：

總之發電機勵磁系統是發電機非常核心的裝置，通過勵磁系統的調節可以使發電機的輸出電壓、無功功率、無功負荷得到很好的調控。在發電機併網和解列過程中，勵磁系統的調節也起到非常關鍵的作用。作為搞電的你是否明白了發電機勵磁的電氣原理，希望通過本文的學習大家能夠對發電機勵磁系統有一個系統性的知識框架。