无刷同步发电机交流励磁机的设计

同步发电机励磁方式引言：发电机是一种将机械能转化为电能的设备，而励磁则是保证发电机正常运行的重要环节。

在发电过程中，励磁方式的选择对于发电机的性能和稳定性至关重要。

本文将介绍常见的同步发电机励磁方式，以帮助读者更好地理解发电机的工作原理。

一、直流励磁方式1. 独立励磁方式独立励磁方式是指发电机独立设置励磁设备，通过直流电源提供励磁电流。

这种方式适用于小型发电机或需要灵活调节励磁电流的场合。

常见的励磁电源包括直流发电机、蓄电池和整流器等。

2. 自励励磁方式自励励磁方式是指发电机利用其自身产生的电动势通过励磁回路提供励磁电流。

这种方式适用于小型发电机或无法外接励磁电源的场合。

常见的自励方式包括串励、复励和混合励磁等。

二、交流励磁方式1. 恒压励磁方式恒压励磁方式是指通过稳定的电压源提供励磁电流，以保持发电机励磁电流的稳定。

这种方式适用于对励磁电流要求较高的场合，如高功率发电机和电力系统。

2. 恒流励磁方式恒流励磁方式是指通过稳定的电流源提供励磁电流，以保持发电机励磁电流的稳定。

这种方式适用于对励磁电流要求较高的场合，如大容量发电机和电力系统。

三、混合励磁方式混合励磁方式是指同时采用直流励磁和交流励磁的方式，以兼顾两种励磁方式的优点。

这种方式适用于对励磁电流和电压要求较高的场合，如大功率发电机和电力系统。

四、调速特性发电机的励磁方式不仅会影响其励磁电流和电压的稳定性，还会对其调速特性产生影响。

不同的励磁方式会导致发电机的励磁电流与转速之间的关系不同，从而影响发电机的输出电压和频率。

结论：同步发电机励磁方式的选择对于发电机的正常运行和性能有着重要的影响。

在实际应用中，需要根据发电机的类型、容量和工作环境等因素综合考虑，选择合适的励磁方式。

同时，还需要根据实际情况对励磁电流和电压进行调整，以保证发电机的稳定性和可靠性。

通过本文的介绍，相信读者对同步发电机励磁方式有了更深入的了解。

励磁方式的选择是发电机设计和运行中的重要问题，需要综合考虑多个因素。

发电机无刷励磁系统发电机是将旋转的机械能转换成三相交流电能的设备，这就要求除原动机供给动能外，还需要建立一个磁场，为发电机提供励磁电流，这就是励磁系统。

励磁系统一般由两部分组成，第一部分是励磁功率部分，包括整流装置及其交流电源，他向发电机的磁场绕组提供直流励磁电流，第二部分是励磁调节部分，他根据发电机运行工况，自动取调节励磁功率部分的输出，即调节励磁电流的大小，满足设备及电力系统的要求。

一、励磁方式分类发电机励磁方式按励磁电源的不同可以分为三种方式，一是直流励磁机励磁方式，二是静止励磁方式，三是交流励磁机励磁方式，其中按功率整流器是静止还是旋转的不同又可分为交流励磁机静止整流器励磁方式就是有刷励磁，另一种就是交流励磁机旋转整流器励磁方式即无刷励磁。

二、无刷励磁系统的优、缺点。

无刷励磁系统国外以美国西屋公司，日本三菱公司，德国西门子公司和法国阿尔斯通公司产品居多，我国80年代双引进的30万千瓦机组，就是我厂#1机组，就是引进美国西屋公司的产品，这种励磁方式在当时属于比较先进的，对于现在来讲还是比较先进的，1、优点：无刷励磁方式属于三机励磁的范畴，不同点就是旋转整流装置与发电机、主励磁机和副励磁机在同轴上旋转，这种励磁方式优点非常大，他不用专门的励磁机，而是从发电机本身的输出端获得励磁电流，经过整流后向发电机转子回路提供励磁电流，主励磁机电枢及其整流装置与发电机同轴旋转，给发电机提供励磁电流不需要任何滑环、换相器、集电环、炭刷等元件，减少了日常的工作维护量，提高设备的运行可靠性，避免了因炭刷炭粉和铜末对发电机绕组引起的绝缘污染，平常运行中基本不用对发电机本体进行任何操作。

再一个就是全部励磁电源直接从发电机轴取得，电源运行起来十分可靠，不受外部电网的影响。

2、缺点：励磁回路没有专门的灭磁装置，发电机事故后靠自然灭磁，灭磁时间相对教长，另外，旋转整流装置难以直接测量发电机转子电流，励磁电压、电流的一些参数，需要计算才能得出。

无刷同步发电机交流励磁机的设计引言：一、无刷同步发电机的原理二、无刷同步发电机交流励磁机的基本结构三、设计步骤1.确定初始参数根据发电机需求，需要确定发电机的额定功率、电压、频率等参数。

2.确定励磁电流和磁场强度通过计算电压、电阻和功率之间的关系，确定励磁电流的大小。

根据励磁电流和发电机的设计磁场强度，可以计算出励磁机的磁场强度。

3.计算导体的尺寸和数量根据已知参数，计算出定子的内、外半径和长度。

根据定子的尺寸和发电机的设计功率，可以确定定子线圈的数量和线圈匝数。

4.计算铜导线的截面积和长度根据导线的材料和电阻特性，计算出需要的导线截面积和长度。

5.计算电枢电感根据电感的计算公式，可以计算出电枢的电感。

6.计算电感器的电容根据电容的计算公式，可以计算出电感器的电容。

7.设计转子的磁极根据磁场的需求，设计转子的磁极的形状和尺寸。

8.最终参数计算根据以上计算结果，计算出发电机的最终参数，包括转速、功率因数等。

四、设计注意事项1.在设计过程中需要考虑发电机的效率和稳定性，同时应避免因过高的转速而产生机械破坏。

2.在选取导线和磁体材料时，应考虑其导电性和耐热性。

3.定子的设计要合理，使得转子与定子之间能产生合适的磁场强度差。

4.需要进行电气和磁性仿真分析，以确保设计的准确性。

五、结论通过以上步骤的计算和设计，可以得到一台高效、稳定的无刷同步发电机交流励磁机。

这种设计不仅能满足发电需求，还具备较高的能量利用效率和发电稳定性，具有很大的应用潜力。

两种交流无刷励磁机原理及应用摘要：交流无刷励磁系统随着自身技术的不断成熟，成本的不断降低，能降低用户运行维护需求，提高生产线自动化程度，能够大规模的推广应用到现代大型同步发电机和同步电动机当中。

关键词：无刷励磁；同步式；异步式；永磁副励磁机；静态励磁柜〇、引言现代大型同步发电机和同步电动机对运行维护的要求日益提高，节能环保和智慧化运行也成为当前发展主流方向。

同步电机中的滑环和碳刷是用户日常运行维护的主要对象，产生的碳粉也是用户厂房污染的重要源头。

交流无刷励磁系统无需滑环和碳刷，从根本上解决了这两方面的难题。

同时随着国内半导体器件的发展，半导体器件的容量大幅度提高，稳定性、可靠性也随之增加，半导体器件的成本也由不同程度的降低，彻底解决了用户对使用交流无刷励磁系统的后顾之忧，交流无刷励磁系统的推广应用迎来了巨大的机遇。

一、交流无刷励磁系统的结构特点同步电机的励磁方式根据同步电机转子上是否配置滑环和碳刷分为有刷励磁和无刷励磁。

交流无刷励磁系统一般由主电机、交流励磁机、旋转整流装置、永磁副励磁机或小功率静态励磁柜、自动电压调节器（AVR）构成。

无刷励磁系统相对于有刷励磁系统的主要优点有：(1).没有滑环与碳刷，在运行时不会产生碳粉的污染，极大的减少了日常运行维护工作量，能节省维护人员的时间与精力，同时提高厂房内的环境清洁度。

(2).没有旋转导电部件摩擦，不会出现电火花，能够在易燃易爆等环境条件较差的环境中安全运作，是大型防爆同步电机的首选励磁方式。

(3).交流励磁机的励磁功率相对较小，自动电压调节器（AVR）的设计具备较高的可靠性和可控性。

(4).自动化程度高，整个机组运行过程可远程控制，可以实现无人值守运行。

(5).配套电机容量范围广泛，有刷励磁受限于滑环材质、冷却条件以及碳刷均流等因素，在励磁电流大于8000A的大型汽轮发电机中优先选用无刷励磁。

交流无刷励磁系统中交流无刷励磁机的交流电枢绕组安装在与主电机同轴旋转的转子上，定子侧安装有固定直流励磁绕组或固定三相交流绕组，根据定子绕组的不同，交流无刷励磁机分为同步式交流无刷励磁机和异步式交流无刷励磁机。

同步发电机励磁调节及励磁系统实验一、实验目的1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；4．了解微机励磁调节器的基本控制方式；5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响；6．了解几种常用励磁限制器的作用；7．掌握励磁调节器的基本使用方法。

二、原理与说明同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。

励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。

图1 励磁控制系统示意图实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。

可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。

当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。

而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。

两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。

微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F（保持机端电压稳定）、恒I L（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。

其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。

当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。

发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。

电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。

同步发电机励磁系统分类
同步发电机励磁系统根据其工作原理和结构特点可分为以下几种类型:
1. 静止励磁系统
- 直流励磁系统
- 交流励磁系统
2. 旋转励磁系统
- 直流励磁系统
- 交流励磁系统
3. 无刷励磁系统
- 静止无刷励磁系统
- 旋转无刷励磁系统
静止励磁系统是最传统的励磁方式,其中直流励磁系统使用直流电机或硅整流器作为励磁电源,而交流励磁系统则使用变压器或旋转变流器作为励磁电源。

旋转励磁系统将励磁绕组安装在同步发电机的转子上,与主绕组一同旋转。

直流旋转励磁系统通常使用小型直流发电机作为励磁电源,而交流旋转励磁系统则采用旋转整流器。

无刷励磁系统是近年来发展起来的一种新型励磁方式,它利用功率半
导体器件代替传统的滑环和电刷,可以避免滑环和电刷带来的维护问题。

静止无刷励磁系统将半导体整流器安装在定子上,而旋转无刷励磁系统则将其安装在转子上。

不同的励磁系统各有优缺点,在实际应用中需要根据发电机的型号、容量和运行条件等因素来选择合适的励磁方式。

三机无刷励磁同步发电机永磁副励磁机设计原则作者：卢绪超张磊苏哲赵瑞来来源：《中小企业管理与科技·中旬刊》2014年第09期摘要：本文主要介绍了三机无刷励磁同步发电机励磁原理及特点，永磁副励磁机优点及基本设计原则。

关键词：无刷励磁同步发电机三机无刷励磁原理永磁副励磁机1 三机无刷励磁同步发电机励磁原理及特点三机无刷励磁系统由交流主励磁机、永磁副励磁机、旋转整流盘三大部分组成。

永磁副励磁机为旋转磁极式，主励磁机为旋转电枢式。

励磁电流调节过程：永磁副励磁机——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——发电机转子励磁绕组。

三机励磁结构特点：主励磁机电枢及其整流装置与发电机同轴旋转，给发电机提供励磁电流不需要任何滑环、换相器、集电环、炭刷等元件，减少了日常的工作维护量，提高设备的运行可靠性，避免了因炭刷炭粉和铜末对发电机绕组引起的绝缘污染，平常运行中基本不用对发电机本体进行任何操作；劣势在于：励磁回路没有专门的灭磁装置，通过可控硅整流桥逆变实现自然灭磁，灭磁时间相对较长（10s左右），另外，无法用常规的方法直接测量转子电流、转子温度、监视转子回路对地绝缘，监视旋转整流桥上的熔断器等。

2 采用永磁副励磁机的优势永磁副励磁机作为主励磁机的电源从发电机本身的输出端获得励磁电流，经过整流后向发电机转子回路提供励磁电流，永磁机供电电压稳定，不受系统电压影响，在系统电压降低时能迅速提供强励电压，系统电压回复时间短，提高了机组的稳定性。

3 永磁副励磁机基本设计原则3.1 磁钢材质的选取：国内常规三机无刷励磁发电机磁钢材质通常选用钕铁硼，牌号JNC-35SH，主要验收性能Br>1.18T，（BH）max>33MGOe、Hc>10.8kOe， Hcj>20kOe；钕铁硼主要成分是Nd2FeB，优点：最大磁能积大、剩磁密度高、矫顽力高；不足：居里温度低、温度稳定性差、最高工作温度通常为150℃，由于化学成分中含有大量钕和铁，易生锈，化学稳定性欠佳，其表面通常需做电镀处理或磷化处理或喷涂环氧树脂以减慢其氧化速度。

同步发电机的励磁调节模式一、引言发电机是将机械能转换为电能的装置，而励磁是保证发电机正常运行的重要环节。

励磁调节模式是为了保证发电机的稳定运行而设计的一种控制模式。

本文将从励磁的基本原理入手，分析励磁调节模式的设计原则和调节方法，以及在实际应用中需要注意的问题。

二、励磁的基本原理1.励磁的作用励磁是通过给发电机的励磁绕组通电，使发电机产生磁场，从而实现从机械能到电能的转换。

正常的励磁可以保证发电机的电压和频率稳定，同时也可以提高发电机的功率因数。

2.励磁系统的组成励磁系统主要由励磁机、励磁绕组、励磁电源和励磁调节器组成。

励磁机通常采用直流发电机或交流发电机，励磁绕组是通过控制励磁电流来改变发电机的磁场强度，励磁电源则提供励磁机的供电，而励磁调节器则是用于控制励磁电流的设备。

3.励磁调节的原理励磁调节是通过改变发电机的磁场强度来调节其输出电压和频率的一种方法。

通常情况下，增加励磁电流可以提高发电机的电压，减小励磁电流则可以降低发电机的电压。

在实际应用中，需要根据负荷变化和电网情况来动态调节励磁电流，以保证发电机的稳定运行。

三、励磁调节模式的设计原则和调节方法1.励磁调节模式的设计原则（1）稳定性原则励磁调节模式应该具有良好的稳定性，能够在负荷变化和电网扰动的情况下保持发电机的电压和频率稳定。

（2）快速性原则励磁调节模式应该具有快速的响应速度，能够在最短的时间内完成对发电机电压的调节，以适应电网的变化。

（3）精确性原则励磁调节模式应该具有较高的控制精度，能够根据实际负荷和电网情况来精确控制发电机的电压和频率。

2.励磁调节的常用方法（1）PID控制PID控制是一种常用的励磁调节方法，通过比例、积分和微分三个参数来控制励磁电流的变化，以实现对发电机电压的稳定控制。

（2）模糊控制模糊控制是一种能够适应复杂系统的控制方法，通过模糊规则来调节励磁电流，以实现对发电机电压的精确调节。

（3）神经网络控制神经网络控制是一种利用人工神经网络来对励磁电流进行学习和调节的方法，通过不断调整神经网络的权重来实现对发电机电压的快速调节。

简述船舶无刷同步发电机励磁系统的基本原理船舶无刷同步发电机励磁系统是一种激发同步发电机的装置，用于在船舶上利用汽油机驱动发电机发电，具有发电质量好，使用范围广，故障发现快等特点，已经得到了广泛的应用。

下面将详细介绍其原理和特点。

一、无刷同步发电机励磁系统的原理
无刷同步发电机励磁系统是一种采用无刷电动机原理的发电机，它的电子控制装置是利用发电机内部的永磁体来提供静态励磁力，从而使电路的“静态”电压达到要求的标准。

在启动过程中，发电机的转子原来是静止的，但是连接在转子上的永磁体把转子启动起来，当发电机的转子达到预定的频率和角度时，控制电路就会开启一个调节器，把转子上的励磁电路中的电压降低到转子工作定子电流的要求。

此时，转子就能保持自身的转动，发电机就能正常工作了。

二、无刷同步发电机励磁系统的特点
1、发电质量好：由于无刷同步发电机励磁系统采用无刷电动机原理，迹磁体和转子上的永磁体电流可调，使发电机的运行稳定，输出的电压可调，并具有比较平稳的谐波分量，因此发电质量好。

2、使用范围广：无刷同步发电机励磁系统的使用范围很广，它不仅可以满足船舶的发电需求，还可以用于其他工业上的发电。

3、故障发现快：无刷同步发电机励磁系统在控制和检测方面采用了微机控制，电子元件采用了晶体管和可控硅等组合，使发电机的故障发现快，了解发电机故障的原始模式，有助于及时处理故障。

三、总结
以上就是船舶无刷同步发电机励磁系统的基本原理，它具有发电质量好，使用范围广，故障发现快等特点，已经得到了广泛的应用。

无刷同步发电机励磁系统有助于船舶发电供电，有利于更好地提高船舶运行效率。

无刷交流同步发电机原理与构造国民经济建设和人民生活时刻离不开电能，同步发电机由原动机驱动而旋转，把机械能转换成电能，向用电设备提供交流电源。

无刷同步发电机由于其无线电干扰小，无电刷，维护工作量少，运行可靠，性能优越，又便于实现无人值守，当今国内外己普遍推广应用。

第一节无刷同步发电机工作原理一、电与磁的关系（一）通电导体周围有磁场在导体中通入电流之后，导体周围便产生磁场，而且沿导体全部长度上都存在着，该磁场的强弱决定于电流的大小，电流越大，磁场强度越强，磁场的方向按右手定则决定，如图8-1所示，将右手姆指伸直表示电流方向，将其余四指卷曲，这时四指所指的方向，就是磁场方向。

通电线圈或螺线管周围也产生磁场。

磁场的强度与线圈匝数及电流大小成正比 , 磁场方向也以右手定则决定 , 如图 8一2 所示 , 伸出右手姆指，其余四指卷曲，使四指的方向符合线圈中电流方向 , 那么伸直的姆指所指的方向就是磁场方向。

发电机的磁场就是在磁极铁心外套上线图通以直流电而形成南、北磁极。

当线圈断电后，磁极铁心仍有一定的磁性，俗称“剩磁”，这是发电机自建电压的必不可少的条件。

（二）电磁感应当导体(线)在磁场中运动或磁场在导体周围运动，两者互相切割时，在导体(线)中便感应电动势，这种现象称为电磁感应。

感应电动势的方向与导体运动方向和磁场方向有关，可用“右手定则”来判定。

伸右手于磁场内，手心对着N极,四指与大姆指互相垂直，让大姆指指向导体运动方向，那么四指所指方向就是感应电动势方向。

发电机就是根据这个原理工作的。

如图8－3所示。

感应电动势的大小e与磁感应强度B,导体切割磁力线的速度 v和导体长度l成正比。

e=B1v要增大感应电动势，可采用下列办法：1、增加被切割的磁力线数目，即增强磁场强度，磁场越强，感应电动势越大。

2、增加导体切割磁力线速度，速度越快，感应电动势越大。

3、增加切割磁场的导体有效长度，即增加线圈匝数，匝数越多，感应电动势越大。