励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求：
图 一
1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自
动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。
2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。
3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了3种励磁方式:
1、图二为一期两台QFG-6-2型发电机的励磁系统方框图。
图 二
2、图三为二期两台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图。
图 三
3、图四为三期一台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图
图 四
一、三种发电机励磁系统的组成
一期是交流励磁机旋转整流器的励磁系统，即无刷励磁系统。如图二所示，它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而交流励磁机正好相反，其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转，不需任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。二期是自励直流励磁机励磁系统。如图三所示，发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机磁场电阻Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。三期采用的是静止励磁系统。这类励磁系统不用励磁机，由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。
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。
电力系统自动装置
期末论文
学 院 : 电气信息学院
专 业 : 电气工程及其自动化
任课老师 : 肖先勇
班 级 : 2011级
学 号 :
姓 名 :
1
发电机的励磁系统与励磁保护
【摘要】文章通过对我国电力系统主要励磁系统的分别介绍，阐述了不同励磁系统的工作原理。同时还介绍了对同步发电机的过励磁保护与失磁保护及其实现方式。
【关键字】发电机、励磁系统、失磁保护、过励磁保护
引言
励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对电力系统及发电机的稳定运行有着重要影响。因此了解电力系统中励磁系统的具体类型及其工作原理，同时加强对过励磁保护与失磁保护的研究，在电力系统中有着极其重要的意义。
励磁系统:励磁系统通过在发电机转子绕组中通以直流电流建立起主磁场，当汽轮机拖动转子旋转时，在定子电枢绕组中产生感应电动势。励磁系统的主要任务就是根据发电机的运行状态，向发电机电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流，以满足发电机各种运行方式下的需要。性能良好，可靠性高的励磁系统是保证发电机安全发电，提高电力系统稳定性所必须的。
励磁系统的主要作用:1、维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压。
2、合理分配并列运行机组之间的无功分配。
3、提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。
在我国电力系统中，同步发电机的励磁系统主要有直流励磁机励磁系统和半导体励磁系统两种。
1、直流励磁机励磁系统
直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源, 供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴, 励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流, 形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的, 他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机, 因此所用设备增多, 占用空间大, 投资大, 但是提高了励磁机的电压增长速度, 因而减小了励磁机的时间常数, 他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组。
定义：励磁装置是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。励磁系统是电站设备中不可缺少的部分。励磁系统包括励磁电源和励磁装置，其中励磁电源的主体是励磁机或励磁变压器；励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节屏、控制屏、灭磁屏和整流屏几部分组合而成。 励磁装置的使用，是当电力系统正常工作的情况下，维持同步发电机机端电压于一给定的水平上，同时，还具有强行增磁、减磁和灭磁功能。对于采用励磁变压器作为励磁电源的还具有整流功能。励磁装置可以单独提供，亦可作为发电设备配套供应。
励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
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。同步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。
