发电机原理及构造——发电机的励磁系统 众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 左图为常用的电抗移相相复励励磁系统线路图。由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK 移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 左图为三次谐波原理图，对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 由左图可以看出，可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（A VR），控制可控硅的导通角来调节励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。 四、无刷励磁原理 无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。它是利用交流励磁机，其定子上的剩磁或永久磁铁（带永磁机）建立电压，该交流电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发电机建压。自动电压调节器（A VR）能根据输出电压的微小偏差迅速地减小或增加励磁电流，维持发电机的所设定电压近似不变。 中小型三相同步发电机的技术发展概况 一．概述 中小型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及新能源――风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。它对边（疆）老（区）贫（穷）地区实现电气化，提高该地区经济发展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。移动电站对国防设施、工程建设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也是不可缺少的关键装备之一。应急备用电站在突发事件中的防灾、救护保障人民的生命和财产的安全有着不可替代的作用。开发绿色能源、可再生能源、减少大气二氧化碳的含量，小水电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成部分。 我国小型同步发电机的第一代产品是1956年电工局在上海组织的统一设计并于1957年完成的TSN、TSWN系列农用水轮发电机。第二代产品是在进行了大量试验研究和调查研究的基础上于1965年开始的T2系列小型三相同步发电机统一设计，该水平达到六十年代国际先进水平，为B级绝缘的有刷三相同步发电机。在这段时间还开发了ST系列有刷单相同
同步电动机的起动 1.同步电机的基本原理 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。 图1.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其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三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。 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，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场（也称主磁场、转子磁场）气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 除了转场式同步电机外，还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分 布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。图中用AX BY CZ三个在空间错开120分布的线圈代表三相对称交流绕组。 —OO + ―-定子铁心』2—转子* 3—滑环F 4—电刷"5—磁力线 图1.1同步电机结构模型 1.1工作原理 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主
磁场。 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。感应电势有效值：每相感应电势的有效值为E o =4.44fN 感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n和极对数p，即 f=p n/60 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 1.2同步转速 同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz，故有： n=60f/p=3000/p 要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min ，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。 1.3运行方式 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 分析表明，同步电机运行于哪一种状态，主要取决于定子合成磁场与转子主极磁场之间
旋转电机中产生磁场的方式。现代电机大都以电磁感应为基础，在电机中都需要有磁场。这个磁场可以由永久磁铁产生，也可以利用电磁铁在线圈中通电流来产生。电机中专门为产生磁场而设置的线圈组称为励磁绕组。由于受永磁材料性能的限制，利用永久磁铁建立的磁场比较弱，它主要用于小容量电机。但是随着新型永磁材料的出现，特别是高磁能积的稀土材料如稀土钴、钕铁硼的出现，容量达百千瓦级的永磁电机已开始研制。 一般的电机多采用电流励磁。励磁的方式分为他励和自励两大类。 他励由独立的电源为电机励磁绕组提供所需的励磁电流。例如用独立的直流电源为直流发电机的励磁绕组供电；由交流电源对异步电机的电枢绕组供电产生旋转磁场等等。前者为直流励磁，后者为交流励磁。同步电机按电网的情况,可以是转子的励磁绕组直流励磁,也可以定子上由电网提供交流励磁，一般以直流励磁为主。如直流励磁不足，则从电网输入滞后的无功电流对电机补充励磁；如直流励磁过强，则电机就向电网输出滞后的无功电流,使电机内部磁场削弱。采用直流励磁时,励磁回路中只有电阻引起的电压降,所需励磁电压较低,励磁电源的容量较小。采用交流励磁时，由于励磁线圈有很大的电感电抗，所需励磁电压要高得多，励磁电源的容量也大得多。 他励式励磁电源，原来常用直流励磁机。随着电力电子技术的发展，已较多地采用交流励磁机经半导体整流后对励磁绕组供电的方式励磁。励磁调节可以通过调节交流励磁机的励磁电流来实现；也可以在交流励磁机输出电压基本保持不变的情况下，利用可控整流调节。后者调节比较快速，还可以方便地利用可控整流桥的逆变工作状态达到快速灭磁和减磁，从而取消常用的灭磁开关。前一种方式，整流元件为二极管，如把它和交流励磁机电枢绕组、同步电机励磁绕组一起都装在转子上，则励磁电流就可以直接由交流励磁机经整流桥输入励磁绕组,不再需要集电环和电刷，可构成无刷励磁系统,为电机的运行、维护带来很多方便。当然整流元件、快速熔断器等器件在运行中均处于高速旋转状态，要承受相当大的离心力，
2009-06-02 18:58 by:有限元来源:广州有道有限元ANSYS软件是世界上著名的大型通用有限元分析计算软件，具有强大的求解器和后处理功能，为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个良好的工作平台，更使我们从繁琐单调的常规有限元分析计算中解脱出来。 无轴承异步电机是在普通电机的定子中再嵌入悬浮控制绕组，通过悬浮绕组磁场对原有绕组磁场的作用，改变了气隙磁场的对称分布，将在转子上产生可控磁悬浮力，实现了转子的悬浮运行。因此，讨论无轴承电机的运行机理，必须从分析电机中的电磁力着手。无轴承异步电机中转子受到了洛仑兹力和麦克斯韦力两种不同的电磁力。计算的方法通常有等效磁路法、近似解析法、位势磁通法和有限元法。在磁场分布和变化比较复杂且非线性严重的情况下，有限元法精度最高，而使用ANSYS软件既保证了有限元分析的高精度，又大大降低了计算量。本文所讨论的无轴承异步电机具有非线性饱和磁路，磁场变化复杂。因此，非常适合用ANSYS进行分析。 1 A NSYS软件简介 ANSYS软件有以下特点：使用方便、涉及面广、易学易用，高效方便的绘图功能，灵活多样的剖分网格形状，疏密程度，多种可选择的迭代求解器，强大的后处理功能。 1．1 A NSYS电磁场分析 ANSYS程序可用来分析电磁场多方面问题，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线、力等。可有效地分析多种设备，如发电机、电动机、螺线管传动器、开关等。 ANSYS程序提供了丰富的线性和非线性材料的表达方式，包括各向同性或正交各向异性的线性磁导率，材料的B．H曲线和永磁体的退磁曲线。后处理功能允许用户显示磁力线、磁通密度和磁场强度并进行力、力矩、源输入能量、端电压和其它参数的计算。 1．2 A NSYS软件的分析计算步骤 (1)创建无轴承异步电机有限元分析模型； (2)定义和分配材料，网格剖分； (3)施加边界条件和载荷，并求解； (4)查看并保存计算结果。 2 A NSYS分析无轴承异步电机的实例 为了进一步详细i兑明ANsYs软件在无轴承异步电机电磁分析中的应用，无轴承异步电机采用48齿三相2对极结构，集中式绕组，以额定功率为120w，额定电压380V，额定转速为3000r/min的无轴承异步电机为例： 定子外半径475mm 气隙0．5mm 定子内半经260mm 定子槽数48
励磁柜 介绍一些同步电动机励磁柜的基本知识，希望大家能了解并多交流一下同步电动机励磁柜的基本知识。 一.KJLF11 具有以下特点： 1.转子励磁采用三相全控整流固接励磁线路； 2.与同步电动机定子回路没有直接的电气联系；3.实现了按同步电动机转子滑差，顺极性自动投励。按到达亚同步转速（95%）时投入励磁，使同步电动机拖入同步运行； 4.具有电压负反馈自动保持恒定励磁； 5.起动与停车时自动灭磁，并在同步电动机异步运行时具有灭磁保护； 6.可以手动调节励磁电流，电压进行功率因数调整，整流电压可以从额定值的10%至125%连续调节；7.交流输入电源与同步电动机定子回路来自同一段母线；8.同步电动机正常停车5 秒钟之内，本设备整流电路和触发电路的同步电源不容许断电；9.灭磁电阻RFD1 和RFD2 的阻值为所配的转子励磁绕组直流电阻的 5 倍，其长期容许电流为同步电动机额定励磁电流的15%；10.当同步机矢步运行时，可以发出矢步信号，用于报警或跳闸；11.输入电源为380V. 二.保护电路：（1）.过压保护：1.同步电动机异步运行时，转子感应过电压由灭磁环节将放电电阻RFD1-2 接入，消除开路过电压。 2.主电路可控硅元件的换向过电压由并接于元件两端的阻容电路吸收。（RC4-9) 3.整流变压器一次侧分，合闸引起的操作过电压由RC1-3 组成的阻容吸收装置来抑制。4.为使同相两桥臂上可控硅元件合理的分担自直流侧的过电压，设置了R10-15 均压电阻来保护。（2）过电流保护： 1.与可控硅串联的快速熔断器是作为直流侧短路保护用，快熔熔断时，保护环节可发出声响报警信号，跳开同步电动机定子侧电源开关，切断励磁。 2.短路电流发生在整流变压器二次侧时，其一次侧空气开关脱扣器顺动，切断电源。 3.直流侧过负荷时，空气开关脱扣器或热继电器动作。但整定值应保证强励磁30 秒内不动作。 三. 励磁线路各环节的工作电压均由同步电源变压器供给，其工作原理如下：同步电动机起动过程中，灭磁环节工作，使转子感应交变电流两半波都通过放电电阻，保证电机的正常起动。起动过程中，整流电路可控硅处于阻断状态，当电
同步电动机的工作原理 同步电动机 转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机。其转子转速n 与磁极对数p、电源频率f之间满足n=f/p。转速n决定于电源频率f，故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。具有运行稳定性高和过载能力大等特点。常用于多机同步传动系统、精密调速稳速系统和大型设备(如轧钢机)等。 同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因数的。 同步电动机在结构上大致有两种： 1、转子用直流电进行励磁。它的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励，在大多数同步电动机中，直流发电机是装在电动机轴上的，用以供应转子磁极线圈的励磁电流。 由于这种同步电动机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。鼠笼绕组放在转子的周围，结构与异步电动机相似。 当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生了一个旋转磁
场，鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流，从而使电动机旋转起来。电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。 2、转子不需要励磁的同步电机 转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上，也能运用于多相电源上。这种电动机中，有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似，同时有一个鼠笼转子，而转子的表面切成平面。所以是属于显极转子，转子磁极是由一种磁化钢做成的，而且能够经常保持磁性。鼠笼绕组是用来产生启动转矩的，而当电动机旋转到一定的转速时，转子显极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。显极的极性是由定子感应出来的，因此它的数目应和定子上极数相等，当电动机转到它应有的速度时，鼠笼绕组就失去了作用，维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极，使之同步 同步电动机的起动方法： 同步电动机只有在定子旋转磁场与转子励磁磁场相对静止时，才能得到平均电磁转矩。如将静止的同步电动机励磁后直接投入电网，这时定子旋转磁场与转子磁场间以同步转速n1作相对运动，转子受到交变的脉动转矩，其平均值为零，电机不能起动。所以必须借助其他方式来起动。
并励直流电动机【有硬的机械特性】、转速随负载变化小、磁通为一常值，转矩随电枢电流成正比变化，相同情况下，【起动转矩比串励电动机小】，【适用于转速要求稳定，而对起动转矩无特别要求的负载】。 串励直流电动机【有软的机械特性】、转速随负载变化较大、负载轻转速快、负载重转速慢、 转矩近似与电枢电流的平方成正比变化，【起动转矩比并励电动机大】，【适用于要求起动转矩特别大，而对转速的稳定无要求的运输拖动机械】。 汽车上采用串励直流电动机，它具有以下特点。 ①启动转矩大。串励式直流电动机的电磁转矩在磁路未饱和时与电枢电流的平方成正比。在启动瞬间，由于启动机的阻力矩很大，启动机处于完全制动的情况下，转速为0，因电枢反应引起的反电动势也为0，此时电枢电流达到最大值，产生最大转矩，从而使发动机易于启动。 ②轻载转速高，重载转速低。 还有一个优点就是采购成本低.当然缺点也有,比如噪音大,转速小,有刷电 机还要定期更换碳刷 直流电机按照励磁种类可以分为：串励，并励，复励和他励。串励只是直流电机其中的一种励磁方式而已。他的结构就是励磁回路和电枢回路相串联，励磁电流和电枢电流相同。 定义 定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。 直流电机的结构 由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 1. 定子 （1）主磁极 主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。铁心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上， 1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极
电励磁双凸极电机的建模与仿真方法研究 目录 摘要 (3) Abstract (4) 第一章绪 论………………………………………………………………………… (5) 1.1电励磁双凸极电机的发 展 (5) 1.2飞机发电系统的发 展 (6) 1.3课题研究的目的和内 容 (6) 第二章电励磁双凸极电机 (7) 2.1 电励磁双凸极电机的结 构 (7) 2.2 电励磁双凸极发电机的数学模 型 (7) 2.3 发电运行工作原 理 (8) 第三章电磁场有限元分析简介 (11)
3.1 电磁场基本理论 (11) 3.1.1 麦克斯韦方程 (11) 3.1.2 一般形式的电磁场微分方程 (12) 3.1.3 电磁场中常见的边界条件 (13) 3.2 电磁场求解的有限元法 (14) 3.2.1 一维有限元法 (14) 3.2.2 电磁场解后处理 (16) 第四章电励磁双凸极电机模型的建立 (17) 4.1 建模工具的探讨 (17) 4.2 电机模型的建立 (17) 4.2.1 定转子模型 (17) 4.2.2 绕组模型 (18) 4.2.3 电机材料的分配 (19) 4.2.4 励磁电流方向和大小的判定 (19) 4.2.5 相绕组电流方向和大小的判
定 (20) 4.2.6 给定边界条件 (21) 4.2.7 其它条件的设定 (22) 第五章电励磁双凸极电机的静态特性 (23) 5.1 双凸极电机的空载磁链与电势 (24) 5.2 空载特性 (25) 5.3 负载特性 (27) 第六章总结与展望 (28) 致谢 (29) 参考文献 (30) 附录 (31)
同步电动机励磁系统常见故障分析 作者：陆业志 本文结合KGLF11型励磁装置，对其在运行中的常见故障进行分析。 1 常见故障分析 (1)开机时调节6W，励磁电流电压无输出。 原因分析：励磁电流电压无输出，肯定是晶闸管无触发脉冲信号，而六组脉冲电路同时无触发脉冲很可能是移相插件接触不良，或者同步电源变压器4T损坏，造成没有移相给定电压加到六组脉冲电路的1V1基极回路上，从而六组脉冲电路无脉冲输出导致晶闸管不导通。 (2)励磁电压高而励磁电流偏低。 原因分析：这是个别触发脉冲消失或是个别晶闸管损坏的缘故。个别触发脉冲消失可能是脉冲插件接触不良。另外图1中三极管1V1、单极晶体管2VU及小晶闸管9VT损坏，或者是电容2C严重漏电或开路。如果主回路中晶闸管1VT～6VT中有某一个开路或是触发极失灵，同样会导致输出励磁电流偏低的现象。 (3)合励磁电路主开关时，励磁电流即有输出。 原因分析：这是由于图1所示脉冲电路中的三极管1V1集电极-发射极之间漏电，即使移相电路还未送来正确的控制电压，也会导致1C充电到2VU导通的程度。2VU即输出触发使小晶闸管9VT导通，2C经9VT放电而发出脉冲令1VT、3VT、6VT之一触发导通，使转子励磁电路中流过直流电流。 (4)同步电动机起动时，励磁不能自行投入。 原因分析：励磁不能自行投入。肯定是自动投励通道电路中断或工作不正常，因此可能是投励插件与插座间接触不良，或是图2所示投励电路中的三极管3V1、单结晶体管4VU工作不正常，电容5C漏电、电位器W′损坏。另外是移相插件同样有接触不良现象，或者是图3所示移相电路的小晶闸管10VT损坏等等。 (5)运行过程中励磁电流电压上下波动。 原因分析：引起励磁电流电压输出不稳的原因很多，主要有1)脉冲插件可能存在接触不良，造成个别触发脉冲时有时无。2)图1所示脉冲电路的电位器4W松动，使三极管1V1电流负反馈发生变化，造成放大器工作点不稳定，从而影响晶闸管主回路输出的稳定性。另外，如果电容2C漏电或单结晶体管2VU及三极管1V1性能不良，也会引起触发脉冲相位移动。3)图3所示移相电路的电位器6W松动或接触不良，将会使移相控制电压Ed间歇性消失，引起励磁电流电压输出大幅度波动。另外，如果稳压管7VS、8VS损坏，都会使Ey随电网电压波动而波动，使Ed输出波动，造成晶闸管主回路直流输出不稳。 (6)励磁装置输出电压调不到零位。
发电机励磁方式有哪几种有何特点？ 发电机的励磁有五种方式：他励方式、自励方式、混合式励磁、转子绕组双轴励磁及定子绕组励磁方式。 （1）他励方式。这种励磁方式，发电机的励磁不是同步发电机本身供给，而是由其他电源供给。根据电源形式的不同，通常有如下几种： 1）同轴直流励磁机供电的励磁方式。这是小容量发电机普遍使用的一种励磁方式，其优点是励磁可靠，调节方便，但换向器和电刷设备的维护量大。 2）不同轴直流励磁机供电的励磁方式，如采用单独供电的感应电机拖动或经减速齿轮与发电机大轴连接的低速直流发电机，当转速在1000r/min以下时，可应用在大容量的机组上，但结构复杂，应用不多。对水轮发电机，因转速低，故直流发电机的换向不是主要问题，但在过低转速下，容量太大的直流发电机也存在着结构上困难。 3）同轴交流励磁机－静止整流器供电的励磁方式（可控或不可控）。这是交流发电机和整流装置的组合，适用在较大容量的发电机上。 4）同轴交流励磁机－旋转整流器供电供电的励磁方式。无刷励磁系统主要由同轴交流励磁机与主轴一起旋转的硅整流装置组成。同轴交流励磁机的三相交流绕组装在转子上，而直流励磁绕组则装在定子上，这样励磁机发出的交流经旋转硅整流装置整流后，通入主发电机的励磁绕组，不需要换向器、电刷和滑环等设备。它解决了大容量机组励磁系统中大电流滑动接触的滑环制造和维护的问题，结构简单、维护方便、因而可靠性高。但也存在一些问题： 装在高速旋转大轴上的硅整流元件和附属设备在运行中承受很大的离心力，因而存在机械强度上的问题。 发电机励磁回路的监测问题。 快速灭磁问题。 整流元件的保护问题，当励磁回路元件故障时，无法使用备用励磁机。 5）不同轴交流励磁机供电的励磁方式。如采用经齿轮减速器与发电机轴连接的静止可控整流。 6）单独供电的硅整流励磁方式（可控或不可控）。 （2）自励方式。这种励磁方式，发电机的励磁由同步发电机本身发出的交流经整流后供给。一般有如下两种： 1）自励静止半导体供电的励磁方式。将同步发电机本身发出的工频电压降压隔离后，经晶闸管整流桥供给发电机励磁绕组。这种励磁方式在发电机启动时，需借助外部直流电源供给少量励磁，使发电机建起少量电压，而后再自励到额定电压，因此需要起励设备。在外部短路时，因电压下降，为保证发电机有较大的励磁，需另设电
2．无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理。 2．1结构：由主磁机、永磁副励磁机、旋转整流盘、空气冷却器、硅整流器、AVR等组成。 主励：三相、200Hz、2760KVA、417V、2820A、cos∮0. 9、 8极 副励：三相、400Hz、90KVA、250V、208A、cos∮0.95、 16极 f=pn/60 旋转整流装置：全波不可控硅整流有熔断器及过电压保 护，直流输出：2450KW 500V 4900N 副励磁机为旋转磁极式，发出的电流送到主励磁机的定子作为主励磁机的励磁电流，由于主励磁机为旋转 电枢式，电枢发出的电流通过转轴中孔送到旋转整流盘， 经整流后送至转子线圈从而达到对发电机励磁。 2．2 发电机励磁电流的调节过程 △由副励磁机——可控硅——AVR调节器——作为主励磁机定子励磁电流——来调节主励旋转电枢的输出电流— —送至旋转整流盘——转子绕组 △静止的永励副励磁机的电枢送出400Hz的电源，通过励磁电压调节器中的三相全控桥式可控硅整流器形成可调的 直流电源到交流励磁机的磁场绕组。
通过控制全控桥整流器的导通角来调节交流励磁机的磁场电流，从而达到调节发电机励磁电流的目的。 当DAVR故障时，由厂用电经工频手动励磁调节装置整流 后提供。发电机励磁。 工作原理 发电机的励磁电流由交流励磁机经旋转整流盘整流后提供，交流励磁机的励磁电流则由永磁机经调节装置中 的可控硅全控桥整流后提供，励磁电流的大小由自励磁调 节装置进行自动或手动调节，以满足发电机运行工况的要 求。 2.3 无刷励磁系统特点 2.3.1 励磁机与发电机同轴，电源独立，不受电力系统干扰 2.3.2 没有滑环和电刷，根除了碳粉污染，噪音低，维护简单2.3.3 具备高起始、响应持久、能有效地提高电力系统稳定性2.3.4 选扎整流盘设计合理、电流和电压余量大，运行可靠 2.3.5 采用双重数字AVR、功能齐全、故障追忆功能强 无刷励磁系统原理框图 整流盘及电路 整流盘采用双盘结构，一个正极盘，另一个负极盘。 整流盘与转轴间绝缘可靠、固定合理，能承受各种短路力矩的冲击而不产生位移。 电路接线是：励磁机电枢八个Y支路中心点通过短
直流电动机的励磁方式 直流电动机定子磁极的产生有两种，一种是用永久磁铁，另一种是给定子励磁绕组通入直流电。按励磁绕组与电枢绕组连接方式的不同可分为他励和自励两种。 他励指励磁与电枢回路在电气上相独立，自励则两者有直接的电气联系。自励多应用于小功率电机，而他励方式则多应用于中、大功率电机。自励的励磁方式又包括：并励、串励、复励等，其中复励又有积复励和差复励之分。直流电机的励磁方式如图所示： 图中，Ia为电枢电流，If为励磁电流。 图（a）为他励方式。励磁绕组与电枢绕组无联接关系，用外加电流进行励磁。 他励直流电机的励磁电流在运行中不能太小，易超速运行 图（b1）为并励方式。励磁绕组与电枢绕组共用同一直流电源，并且励磁绕组与电枢绕组呈并联关系。在性能上讲，他励与并励电机性能接近，具有较硬的机械特性，转速随负载变化小，磁通为一常值，转
矩随电枢电流成正比变化。但起动转矩小于串励电机。 他励与并励电机具有较硬的机械特性，转速随负载变化小，调速范围广，适用于转速要求稳定，而对起动转矩无特别要求的负载。如轧机、金属切削机床、纺织印染和印刷机械等。 并励直流电机的励磁绕组在运行中不能断开，否则易发生飞车。 图（b2）为串励方式。励磁线圈与电枢线圈相串联并共用电源，励磁电流即为电枢电流。串励直流电机具有软的机械特性，转速随负载的轻重变化较大，转矩近乎与电枢电流的平方成正比。起动转矩较他励、并励直流电机大 串励电机适用于要求起动转矩特别大，而对转速的稳定无要求的负载。主要用于起重及交通运输机械上。 串励电机不允许空载运行，易发生飞车。 图（b3a）、（b3b）为复励方式。复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，一为与电枢并联的并励绕组，一为与电枢串联的串励绕组。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若相反，称为差复励。复励直流电机具有并励和串励电机的“折中或复合”特点，其特性介于并励和复励电机之间。 复励直流电机适用于起动转矩较大，转速变化不大的负载，如冶金辅助机械、空气压缩机等。
电机电磁噪声的分析 定转子的槽配合的选择对电磁噪音的影响很大，选择合适的槽配合是降低电磁噪音最有效、最经济的方法，因此，在选择定转子槽配合时要慎重。要避免出现幅值较大，次数较低的力波，幅值较大的定转子齿谐波磁场由定转子槽数决定，由电机学，可知定转子一阶齿谐波作用产生的力波次数m 为， ()()12m Z p Z p =±+±±+ 式中1Z 、2Z - 定、转子槽数、p -极对数 定子相带谐波与转子一阶齿谐波作用产生的力波次数（对定子60 相带整数槽绕组）为： ()()26m Kp p Z p =+±±+ 式中012K =±±?、、 定转子二阶齿谐波作用产生的力波次数为： ()()1222m Z p Z p =±+±±+ 在设计时，应尽量避免定转子槽配合产生较低的m ，另外齿谐波幅值随转子槽数增大而减小。因此，为了降低电机的电磁噪音，在选择定转子槽数时应采用远槽多槽配合，即 2Z 与 1Z 相差较大及21Z Z ?， 电动机二维（力波频率与力波阶次）电磁噪声理论 由异步电动机气隙磁密波的作用,在定子铁心齿上产生的磁力有径向和切向两个分量。 径向分量使定子铁心产生的振动变形是电磁噪声的主要来源；
切向分量是与电磁转矩相对应的作用力矩,它使齿对其根部弯曲,并产生局部振动变形,这是电磁噪声的一个次要来源； 电磁噪声一般在极数较多、功率较大的电机中比较明显,并且是引起负载时噪声增大的重要原因。 三相异步电动机运行时，气隙中存在基波与一系列谐波磁场，它们相互作用除产生引起转矩的切向力外，还会产生许多高次、频率且各不相同的旋转径向电磁力波，这些径向力波作用在定转子上，使它发生径向周期性变形，即产生频率等于径向力波频率的振动，该振动传到机座，引起机座的振动，从而又使机座周围的空气脉动而引起电磁噪声，电机本身都有固有的振动频率，当径向力波频率与电机的固有频率相同或相近时，就会引起共振，产生很大的电磁噪音。 笼型异步电动机电磁噪声的频带通常为700 ～4000Hz 。在这个频率范围内,人的耳朵有很高的灵敏度,因而引起强烈的噪声感觉,严重时表现为十分刺耳的啸叫声。 降低电动机电磁噪声的基本条件，除了使力波频率远离电动机固有频率这一传统条件以外，电动机二维电磁噪声理论又增加一个使力波阶数不等于模态振型阶数这个新条件。因此，二维电磁噪声理论给电动机槽配合的选择提供了两个可以达到降低噪声的选择条件。 Y系列电动机的主要模态振型阶数大多数是2阶的，所以异步电机避免产生高电磁噪声的经验是消除2阶力波，二维电磁噪声理论给予异步电动机设计中槽配合的选择增加了必须考虑降低电磁噪声的新内容： 1.计算电磁力波阶数和力波频率； 2.计算电动机结构的模态参数，特别是模态频率和模态振型阶数；
发电机的励磁系统 同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场，而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。 一、发电机获得励磁电流的方式： 1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW 以上的机组中很少采用。 2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ 的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠、结构简单、维护方便等优点。 3、无励磁机的励磁方式：在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少
直流电机的工作原理和结构 直流电机是本课程学习的最后一种机种，在前面讲述变压器、异步电机、同步电机的过程中，我们不断地采用了归纳、类比、找出异同点的讲授方法，是希望大家通过这样的学习，能逐步训练自己掌握一种善于不断归纳、总结；善于采用类比、比较、找出异同点的学习方法，这种分析问题、解决问题的方法不但对学习电机、对学习其他课程、甚至对将来参加工作都是十分有用的，这是一种良好的学习、工作、生活方法和习惯。在学习直流电机过程中，我们继续尝试采用这样的方法。 直流电机分直流发电机和直流电动机，其中：直流发电机是把机械能转变为直流电能、直流电动机是把直流电能转变为机械能。 与前面介绍过的各种电机比较，它们各有异同之处： 1.由于发电机都是把机械能转变为电能，因此机械转矩都是驱动转矩、电磁转矩都是制动转矩，因此直流发电机的转矩平衡方程式将与交流（同步）发电机相同，均为：T 1＝T +T 0；所对应的功率平衡方程式也将相同：P 1＝P M ＋P 0；其中：T 1＝ 119550P P n =Ω；T ＝9550M M P P n =Ω； T 0＝009550p p n =Ω；n 是转子转速，对同步机n ＝n 1。相异的只是P M 的表达式有所不同。 同理，由于电动机都是把电能转变为机械能，因此电磁转矩都是驱动转矩、机械转矩都是制动转矩，因此直流电动机的转矩平衡方程式应与异步电动机、同步电动机相同，均为：T ＝T 2+T 0；其中：T 2＝229550P P n =Ω；T 0＝009550p p n =Ω；n 是转子转速；T ＝119550M M P P n =Ω，n 1是转子旋转磁场的转速，对直流机和同步机也是转子转速，相异的同样是三种机种的P M 表达式各有区别。 比如：已学过的异步机P M ＝''2 223r I s ；隐极同步机P M ＝3 U 1 I 1cos φ＝3；而直流电动 机的将为：P M ＝E a I a 。 2．由于无论任何旋转机种，电磁转矩都是电磁力乘以半径，电磁力就是载流导体在磁场
1 同步电机 8.1 同步电机原理和结构 1．同步发电机原理简述 （1）结构模型： 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。最常用的转场式同步电机的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三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。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，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场（也称主磁场、转子磁场）。除了转场式同步电机外，还有转枢 式同步发电机，其磁极安装于定子上，而交流 绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的 转子充当了电枢。图8-1-1给出了典型的转场 式同步发电机的结构模型。图中用AX 、BY ， CZ 共3个在空间错开120°电角度分布的线 圈代表三相对称交流绕组。 （2）工作原理 同步电机电枢绕组是三相对称交流绕组，当 原动拖动转子旋转时，通入三相对称电流后，会产生高速旋转磁场，随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场），会在其中感应出大小和方向按周期性变化的交变电势，每相感应电势的有效值为， E 0＝4.44f N Фf k w （8-1-1） 式中 f ——电源频率；Фf ——每极平均磁通； N ——绕组总导体数；k w ——绕组系数； E 0是由励磁绕组产生的磁通Фf 在电枢绕组中感应而得，称为励磁电势（也称主电势、空载电势、转子电势）。由于三相电枢绕组在空间分布的对称性，决定了三相绕组中的感应电势将在的时间上呈现出对称性，即在时间相位上相互错开1/3周期。通过绕组的出线端将三相感应电势引出后可以作为交流电源。可见，同步发电机可以将原动机提供给转子的旋转机械能转化为三相对称的交变电能。 感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即 图8-1-1 同步电机结构模型 60pn f
发电机励磁方式及自并励励磁系统发电机静止励磁绻统特点及存在问题的探讨刘志宏湖南华润电力麤碱湟有限公司湖南资兴415000 杨红湖南省电力勘测设计院湖南长溙410007 郭景斌湖南省电力试验研究所湖南长溙410007 摘要自并激静止励磁绻统近年来在国内大型湽轮发电机组中得到越来越广滛的应用。简要说明了该励磁绻统的构成、性能特点和设计选型，分析探讨了采用该绻统后存在的试验、践滢和过电压等问题和影响。关键词自并激励磁绻统践滢过电压 0 引言随着发电机容量的不断增大，对励磁绻统的要湂越来越高。传统的直流励磁机励磁因大电流下的火花问题无滕使用，三机励磁绻统则因绻统复杂、机组轴绻稳定性等问题而受到越来越多的限制;自并激静止励磁绻统以其接线简单、可靠性高、工程造价低、踃节响应速度快、灭磁效果好的特点而得到越来越广滛的应用。特别是随着电子技术的不断发幕和大容量可控硅制造渴平的逐步成熟，大型湽轮发电机采用自并激励磁方式已成为一种趋势。国外某些公司甚至把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。自上世纪90年代后期以来，新建国产300MW机组已几乎全部采用自并激静止励磁绻统。我省渴电厂应用较广，如马迹塘、东湟、五强溪、凌津滩等;而火电最先在益阳电厂2×300MW机组上采用，在建的麤碱湟、株洲、耒阳等电厂300MW机组也全部采用这种励磁绻统。1 自并激静止励磁绻统的特点自并激静止励磁绻统由励磁变压器、可控硅功率整流装置、自动励磁踃节装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成。其原理如图1所示。自并激静止励磁方式与旧的励磁方式相比，具有以下几方面的特点:1.1 绻统简单，可靠性高对直流励磁机和三机励磁绻统来说，旋转部分发生的事故在以往励磁绻统事故中占相当大的比例，如直流励磁机产生火花、交流励磁机线圈松动和振动等，而且旋转部分的运行和维护工作量很大。而自并激静止励磁绻统由于取消了旋转部件，溡有了换向器、轴承、转子等，
发电机励磁原理 励磁机的作用: 发电机原理为永磁极随转子旋转，产生交流电，交流电一部分作为AER的电源，一部分通过逆变器整流成直流为转子建立磁场。通过调节导通角可以改变发电机的端电压（空载时）进而实现并网，在并网时调节向电网的无功输出。 工作原理:众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二极管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE 中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（AVR），控制
电机励磁方式 旋转电机中产生磁场的方式。现代电机大都以电磁感应为基础，在电机中都需要有磁场。这个磁场可以由永久磁铁产生，也可以利用电磁铁在线圈中通电流来产生。电机中专门为产生磁场而设置的线圈组称为励磁绕组。由于受永磁材料性能的限制，利用永久磁铁建立的磁场比较弱，它主要用于小容量电机。但是随着新型永磁材料的出现，特别是高磁能积的稀土材料如稀土钴、钕铁硼的出现，容量达百千瓦级的永磁电机已开始研制。 一般的电机多采用电流励磁。励磁的方式分为他励和自励两大类。 他励 由独立的电源为电机励磁绕组提供所需的励磁电流。例如用独立的直流电源为直流发电机的励磁绕组供电；由交流电源对异步电机的电枢绕组供电产生旋转磁场等等。前者为直流励磁，后者为交流励磁。同步电机按电网的情况,可以是转子的励磁绕组直流励磁,也可以定子上由电网提供交流励磁，一般以直流励磁为主。如直流励磁不足，则从电网输入滞后的无功电流对电机补充励磁；如直流励磁过强，则电机就向电网输出滞后的无功电流,使电机内部磁场削弱。采用直流励磁时,励磁回路中只有电阻引起的电压降,所需励磁电压较低,励磁电源的容量较小。采用交流励磁时，由于励磁线圈有很大的电感电抗，所需励磁电压要高得多，励磁电源的容量也大得多。 他励式励磁电源，原来常用直流励磁机。随着电力电子技术的发展，已较多地采用交流励磁机经半导体整流后对励磁绕组供电的方式励磁。励磁调节可以通过调节交流励磁机的励磁电流来实现；也可以在交流励磁机输出电压基本保持不变的情况下，利用可控整流调节。后者调节比较快速，还可以方便地利用可控整流桥的逆变工作状态达到快速灭磁和减磁，从而取消常用的灭磁开关。前一种方式，整流元件为二极管，如把它和交流励磁机电枢绕组、同步电机励磁绕组一起都装在转子上，则励磁电流就可以直接由交流励磁机经整流桥输入励磁绕组,不再需要集电环和电刷，可构成无刷励磁系统,为电机的运行、维护带来很多方便。当然整流元件、快速熔断器等器件在运行中均处于高速旋转状态，要承受相当大的离心力，这在结构设计时必须加以考虑。 自励利用电机自身所发电功率的一部分供应本身的励磁需要。电机采用自