眾所周知，同步發(fā)電機要用直流電流勵磁。發(fā)電機的基本原理就是：旋轉(zhuǎn)磁場掠過繞組，在繞組中產(chǎn)生電動勢，從而發(fā)出電力。而旋轉(zhuǎn)磁場就是勵磁電流通過轉(zhuǎn)子而產(chǎn)生的，所以勵磁對于發(fā)電機非常重要，對于一般發(fā)電機而言，沒有勵磁就不能發(fā)出電力，無論勵磁是永磁還是電磁。在以往的他勵式同步發(fā)電機中，其直流電流是有附設的直流勵磁機供給。

一、發(fā)電機的原理及勵磁系統(tǒng)的由來

1、發(fā)電機的工作原理

    大家都知道發(fā)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?yōu)殡娔茌敵�。同步發(fā)電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是發(fā)出電力的電樞，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子通常為隱極式，由勵磁繞組、鐵芯和軸、護環(huán)、中心環(huán)等組成。

    轉(zhuǎn)子的勵磁繞組通入直流電流，產(chǎn)生接近于正弦分布磁場（稱為轉(zhuǎn)子磁場），其有效勵磁磁通與靜止的電樞繞組相交鏈。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁場隨同一起旋轉(zhuǎn)、每轉(zhuǎn)一周，磁力線順序切割定子的每相繞組，在三相定子繞組內(nèi)感應出三相交流電勢。發(fā)電機帶對稱負載運行時，三相電樞電流合成產(chǎn)生一個同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場。定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互作用，會產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。從汽輪機輸入的機械轉(zhuǎn)矩克服制動轉(zhuǎn)矩而作功。

發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)專題講解，零基礎(chǔ)，一文全明白如圖所示：

    發(fā)電機可發(fā)出有功功率和無功功率。所以，調(diào)整有功功率就得調(diào)節(jié)汽機的進汽量。轉(zhuǎn)子磁場的強弱直接影響定子繞組的電壓，所以，調(diào)發(fā)電機端電壓或調(diào)發(fā)電機的無功功率必須調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流。發(fā)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(fā)電機的功率因數(shù)（力率），發(fā)電機的額定功率因數(shù)一般為0.85。供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子直流建立轉(zhuǎn)子勵磁的系統(tǒng)稱為發(fā)電機勵磁系統(tǒng)。

2、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)由來

   供給同步發(fā)電機勵磁電流的電源及其附屬設備統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。它一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個主要部分組成。勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流；而勵磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出。勵磁系統(tǒng)的自動勵磁調(diào)節(jié)器對提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機組的穩(wěn)定性具有相當大的作用。尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導致機組穩(wěn)定極限降低的趨勢，也促使勵磁技術(shù)不斷發(fā)展。

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

二、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用

勵磁系統(tǒng)的主要作用有：

1、維持發(fā)電機端電壓在給定值，當發(fā)電機負荷發(fā)生變化時，通過調(diào)節(jié)磁場的強弱來恒定機端電壓。

2、合理分配并列運行機組之間的無功。

3、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性及動態(tài)穩(wěn)定性。

4、提高發(fā)電機并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性；

5、在發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進行滅磁，以減小故障損失程度；

6、根據(jù)運行要求對發(fā)電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。

7、根據(jù)發(fā)電機負荷的變化相應的調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持機端電壓為給定值；

8、控制并列運行各發(fā)電機間無功功率分配；

9、提高發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性；

發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)專題講解，零基礎(chǔ)，一文全明白如圖所示：

三、勵磁系統(tǒng)發(fā)分類

   近年來發(fā)電機自動調(diào)節(jié)技術(shù)的不斷更新與進步，先后出現(xiàn)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(fā)電機同軸安裝；或經(jīng)皮帶傳動的不同軸安裝的直流勵磁機發(fā)出的直流電；以及交流勵磁機經(jīng)半導體整流后的直流電等，通過電刷、集電環(huán)向同步發(fā)電機勵磁組提供勵磁電流。直流勵磁機是一臺結(jié)構(gòu)完整的直流發(fā)電機，它多采用并勵式或復勵式自勵直流發(fā)電機。

2、自勵式勵磁方式

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

四、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的電氣調(diào)節(jié)特性

    經(jīng)過上面的闡述大家對發(fā)電機的原理、為什么要勵磁系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)的原理和作用有了初步的認識，但是要想徹底理解發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的精髓，知道這些是遠遠不夠的。我們要從勵磁系統(tǒng)的電氣調(diào)節(jié)原理來進一步了解勵磁系統(tǒng)。

    說到勵磁系統(tǒng)電氣調(diào)節(jié)原理無非三個參數(shù)：勵磁電流、電壓、無功和無功負荷。也就是說發(fā)電機正常工作，單機或并網(wǎng)都需要對勵磁系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)以便完成電壓、無功和無功負荷的動態(tài)調(diào)整。詳細說明如下：

1、電壓的調(diào)節(jié)

   自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)可以看成為一個以電壓為被調(diào)量的負反饋控制系統(tǒng)。無功負荷電流是造成發(fā)電機端電壓下降的主要原因，當勵磁電流不變時，發(fā)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(zhì)量的要求，發(fā)電機的端電壓應基本保持不變，實現(xiàn)這一要求的辦法是隨無功電流的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。

2、勵磁電流

   勵磁電流就是同步電機轉(zhuǎn)子中流過的電流（有了這個電流，使轉(zhuǎn)子相當于一個電磁鐵，有N極和S極），在正常運行時，這個電流是由外部加在轉(zhuǎn)子上的直流電壓產(chǎn)生的。當發(fā)電機單機運行時，勵磁調(diào)節(jié)器通過調(diào)整發(fā)電機的勵磁電流來調(diào)整發(fā)電機的端電壓，當電力系統(tǒng)中有多臺發(fā)電機并聯(lián)運行時，勵磁調(diào)節(jié)器通過調(diào)整勵磁電流來合理分配并聯(lián)運行發(fā)電機組間的無功功率，從而提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性。

3、無功負荷

    并聯(lián)運行的發(fā)電機根據(jù)各自的額定容量，按比例進行無功電流的分配。大容量發(fā)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(xiàn)無功負荷能自動分配，可以通過自動高壓調(diào)節(jié)的勵磁裝置，改變發(fā)電機勵磁電流維持其端電壓不變，還可對發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性的傾斜度進行調(diào)整，以實現(xiàn)并聯(lián)運行發(fā)電機無功負荷的合理分配。

4、無功功率

   發(fā)電機與系統(tǒng)并聯(lián)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(fā)電機勵磁電流，感應電勢和定子電流也跟著變化，此時發(fā)電機的無功電流也跟著變化。當發(fā)電機與無限大容量系統(tǒng)并聯(lián)運行時，為了改變發(fā)電機的無功功率，必須調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。此時改變的發(fā)電機勵磁電流并不是通常所說的“調(diào)壓”，而是只是改變了送入系統(tǒng)的無功功率。

發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)專題講解，零基礎(chǔ)，一文全明白如圖所示：

小編總結(jié)：

    總之發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機非常核心的裝置，通過勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)可以使發(fā)電機的輸出電壓、無功功率、無功負荷得到很好的調(diào)控。在發(fā)電機并網(wǎng)和解列過程中，勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)也起到非常關(guān)鍵的作用。作為搞電的你是否明白了發(fā)電機勵磁的電氣原理，希望通過本文的學習大家能夠?qū)Πl(fā)電機勵磁系統(tǒng)有一個系統(tǒng)性的知識框架。