發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組，碳刷與滑環(huán)在運(yùn)行中的動(dòng)態(tài)連接對(duì)同步發(fā)電機(jī)是十分不利的。碳刷與滑環(huán)磨損的碳粉既臟又會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)絕緣下降，嚴(yán)重時(shí)將影響發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，因此需要經(jīng)常做維護(hù)、保養(yǎng)；碳刷與滑環(huán)在運(yùn)動(dòng)中的電氣連接，會(huì)出現(xiàn)電火花產(chǎn)生干擾電磁波，不僅會(huì)影響無(wú)線電通信，而且是發(fā)生誤報(bào)警、誤動(dòng)作的主要干擾信號(hào)源之一。為了解決這些問題，人們一直試圖改善或取消同步發(fā)動(dòng)機(jī)這種碳刷和滑環(huán)的連接方式，解決上述問題的有效措施就是采用無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)。

無(wú)刷勵(lì)磁的基本思路是：把常規(guī)發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子間的直接電的連接改為磁的聯(lián)系。這就需要一個(gè)勵(lì)磁機(jī)（Exciter）與發(fā)電機(jī)相配合，如圖1所示。發(fā)電機(jī)采用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)式，其勵(lì)磁繞組裝在轉(zhuǎn)子上；而交流勵(lì)磁機(jī)采用旋轉(zhuǎn)電樞式，其勵(lì)磁繞組裝在定子上。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁機(jī)的電樞繞組3固定于同一轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上還有稱為旋轉(zhuǎn)整流器，這樣，轉(zhuǎn)子部分自成閉合電路。勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流則由發(fā)電機(jī)通過自動(dòng)電壓調(diào)整器（AVR）6提供。

圖1   直接可控勵(lì)磁方式

這種結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有換向器和碳刷滑環(huán)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流由交流勵(lì)磁機(jī)提供，若把勵(lì)磁機(jī)看作是一個(gè)放大勵(lì)磁電流的元件，自勵(lì)方式的各種勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置仍可應(yīng)用于無(wú)刷勵(lì)磁方式中，最典型的就是相復(fù)勵(lì)裝置了。由于調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)對(duì)象是勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，與自勵(lì)裝置相比，其輸出功率顯著減小了。

由于交流勵(lì)磁機(jī)的引入，勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)中增加了一個(gè)較大的電磁慣性環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能變差。為了改善動(dòng)態(tài)性能，可采取以下措施。

（1）電機(jī)采用隱極轉(zhuǎn)子，減小轉(zhuǎn)子漏抗，從而減小暫態(tài)電抗，電壓恢復(fù)時(shí)間縮短。但制造工藝較凸極機(jī)復(fù)雜，要求勵(lì)磁電流較大。

（2）在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝阻尼繞組，使次暫態(tài)電抗減小。

（3）適當(dāng)提高交流勵(lì)磁機(jī)的頻率，以減小其時(shí)間常數(shù)。但磁極數(shù)太多會(huì)增加制造上的困難。

（4）采用強(qiáng)勵(lì)性能好的勵(lì)磁裝置。

（5）改旋轉(zhuǎn)整流器為旋轉(zhuǎn)晶閘管，如圖2所示。雖然仍由勵(lì)磁機(jī)為發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流，但勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)回路把勵(lì)磁機(jī)排除在外，調(diào)節(jié)裝置從發(fā)電機(jī)電路中取得電壓、電流信號(hào)及電壓偏差信號(hào)，通過旋轉(zhuǎn)變壓器把可控硅需要的觸發(fā)脈沖信號(hào)傳到轉(zhuǎn)子上。旋轉(zhuǎn)變壓器的電感量小、信號(hào)頻率高，所以其電磁慣性比勵(lì)磁機(jī)小得多。觸發(fā)脈沖也可通過旋轉(zhuǎn)電容器、光環(huán)等結(jié)構(gòu)來(lái)傳送。

圖2 采用旋轉(zhuǎn)晶閘管的無(wú)刷勵(lì)磁

使用可控硅元件后，將會(huì)影響到發(fā)電機(jī)的起壓，因此，實(shí)用裝置中還須配一個(gè)輔助勵(lì)磁機(jī)，如圖3所示。輔勵(lì)磁機(jī)EP（Pilot Exciter）是一個(gè)永磁式小發(fā)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，其定子電樞繞組就建立額定電壓，向勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組及調(diào)節(jié)裝置供電，使它們正常工作。因此發(fā)電機(jī)的起壓與其自身剩磁電壓無(wú)關(guān)。

圖3 有輔助勵(lì)磁機(jī)的無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)

 在無(wú)刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中的旋轉(zhuǎn)整流器，由于要承受較大的機(jī)械應(yīng)力、暫態(tài)過程中的浪涌電壓及強(qiáng)勵(lì)時(shí)的過電流，因此而成為發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可靠工作的關(guān)鍵元件。若旋轉(zhuǎn)二極管或旋轉(zhuǎn)可控硅的質(zhì)量不能保證，無(wú)刷勵(lì)磁提高發(fā)電機(jī)工作可靠性的優(yōu)勢(shì)就不復(fù)存在。隨著電力電子器件制造技術(shù)和工藝的不斷完善和發(fā)展，旋轉(zhuǎn)整流器件的質(zhì)量有了保證，無(wú)刷勵(lì)磁的優(yōu)越性才日益顯現(xiàn)，應(yīng)用越來(lái)越廣。 

 

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