交流励磁发电机

性能特点

　　由于增加了其励磁控制的自由度, 该类电机具有超越传统同步发电机的性能, 它们是:

　　(1) 良好的稳定性及转速适应能力。交流励磁发电机稳态运行时, 其转子励磁频率可根据所需电机的转速加以控制, 因此当水电站采用这种电机前期发电时, 仅需控制转子励磁频率就能达到改变电机转速的目的, 以适应水头、流量的变化, 使整个发电期皆有较高的能量效率及水机的寿命。动态过程中, 由于电网频率与电机转速解耦, 即系统的频率与电机运动的转速成为可控的柔性联接, 利于定、转子磁场再同步, 提高了电机的稳定性与电网运行的可靠性。

　　(2) 独立的有功、无功调节能力。交流励磁发电机, 励磁磁场的大小及相对转子的位置决定子励磁电压的大小、频率及其与定子电压的相位, 采用适当的控制策略后, 可使发电机输出的有功、无功独立调节, 且无功功率的调节是一个纯粹的电磁过程, 过渡过程短, 同时交流励磁发电机可按电网的要求运行于不同有功、无功的组合状态。

　　(3) 较强的进相运行能力。由于增加了励磁控制的自由度, 使励磁磁场相对转子的位置成为可控, 超高压长线轻载时, 交流励磁发电机可深度吸收无功而不失去稳定, 因此它具有解决电站因无功过剩而出现的持续工频过电压, 并不需要附加其它设备, 且能使电站在优化的电压下运行, 提高了设备运行的可靠性, 减少了能量损失。

　　由于交流励磁发电机在运行上具有上述优点,展显了其广阔的应用前景, 因此近十多年受到许多国家的学者和工程界的关注。

工作方式

　　交流励磁发电机主要的 运行方式有以下三种:

　　1) 运行于变速恒频方式;

　　2) 运行于无功大范围调节的方式;

　　3) 运行于 发电-电动方式.

与线绕电机的区别

　　绕线电动机的转子铁心是不绝缘的, 交流励磁发电机的铁心是绝缘的, 主要是交流励磁发电机需要考虑转 子交流励磁的工况,而绕线电机一般工作在转差率不高的异步状态. 使用绕线电动机替代交流励磁发电机的问题就是转子涡流损耗较大,调速工作的范围非常有 限,太宽的调速将导致转子励磁交流频率高,损耗就大了.

　　此外绕线电机的绕线转子线路的绝缘是很低的,正常工作时电机的无功必须依赖电网补充. 作为交流励磁发电机使用时,如果电机需要向电网发无功,则励磁的电压会比较大,可能会超出电 机的极限引起击穿事故.

　　使用绕线电机替代交流励磁发电机是可行的,但调速范围要远远小于真正的交流励磁发电机. 使用绕线电机替代主要是常规异步电机的漏磁要比发电机的大, 磁场气隙也比较大. 此外绕 线电机因为转子不绝缘, 相当于存在一个阻尼绕组, 导致转子交流励磁磁场被涡流部分抵消 (也会影响暂态过程),要接近交流励磁发电机的状态,就只能在额定转速附近试验,转速调整的 范围就很小,绕组励磁频率很低,没有意义.励磁频率越高,涡流影响越大,偏差也越大, 影响实验结果. 在调速运行时, 转子与定子磁场存在差速, 相当于一个磁场从转子表面扫过, 会导致转子产生涡流,也会引起定子的功率损耗.要改造绕线电机几乎等于买几个新的,非 常不划算了.

励磁原理

　　利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。交流励磁发电机由定子和转子两部分组成。定子是发出电力的电枢，转子是磁极。定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。汽轮发电机的极数多为两极的，也有四极的。

　　转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场（称为转子磁场），其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。从汽轮机输入的机械转矩克服制动转矩而作功。发电机可发出有功功率和无功功率。所以，调整有功功率就得调节汽机的进汽量。转子磁场的强弱直接影响定子绕组的电压，所以，调发电机端电压或调发电机的无功功率必须调节转子电流。

　　发电机的有功功率和无功功率几何相加之和称为视在功率。有功功率和视在功率之比称为发电机的功率因数（力率），发电机的额定功率因数一般为0.85。

　　供给发电机转子直流建立转子励磁的系统称为发电机励磁系统。大型发电机励磁方式分为：①它励励磁系统；②自并激励磁系统。它励励磁是由一台与发电机同轴的交流发电机产生交流电，经整流变成直流电，给发电机转子励磁。自并激励磁是将来自发电机机端的交流电经变压器降压，再整流变成直流电，作为发电机转子的励磁。