发电机励磁和电压调节系统主要由主励磁机（即无刷励磁机，包括二极管整流桥）、副励磁机（即永磁发电机）、数字式自动电压调节器（包括可控硅整流桥）、辅助电压互感器、辅助电流互感器等部件组成。

 

 

一、发电机的原理及励磁系统的由来

 

1、发电机的工作原理

 

大家都知道发电机的工作原理是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。

 

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。

 

2、发电机励磁系统由来

 

供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。

 

同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。如图所示：其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。

 

 

二、失磁影响对发电机本身的影响：

 

（1）发电机输出同步电磁功率下降

 

发电机的同步功率是励磁电流建立的磁场所传递的有功功率，随励磁电流的减小，同步功率将相应地减小。而定子磁场与转子电流相互作用产生的转矩称为异步转矩，它们之间所传递的功率称为异步功率。

 

发电机在正常运行时，从汽轮机传过来的主力矩与同步力矩相平衡。当某种原因造成励磁电流中断时，由于磁场不会消失，在短暂的时间内，转子磁场将逐渐衰减，使同步力矩逐渐减小，所出现的过剩力矩就会使转子加速，而使转子转速与定子旋转磁场的转速变得不一致。与此同时，发电机变为欠励，从电网吸收感性无功功率，以维持气隙磁场。

 

由于定子旋转磁场与转子间有相对速度，即有了转差率S，于是在闭路的励磁绕组、阻尼绕组和转子的其它金属构件中感应出频率与转差率相应的交变电流。该电流和定子旋转磁场作用产生异步力矩。主力矩克服异步力矩过程中作功，亦可以继续向电网送出有功。

 

异步力矩是随S增大而增大的，而汽机又因转速升高使调速器动作而减少输给发电机的机械功率，所以当主力矩和异步力矩相等时，即达到新的异步运行平衡状态。

 

（2）发电机要从系统中吸收很大的无功功率

 

失磁发电机从系统中吸收的无功功率分为两部分。一部分用来维持发电机励磁所需的无功，它与S无关，与端电压的平方成正比。另一部分为负荷电流通过定、转子的漏磁所消耗的无功功率，在一定端电压下，其值随有功功率输出的增加而增大。当系统中无功储备不足时，发电机端和系统电压将严重下降，甚至造成系统电压崩溃，有时将降低其它并列运行机组的送电功率极限，导致系统失去稳定，引起大面积停电事故的发生。

 

（3）发电机失步将在转子的阻尼系统、转子铁芯的表面、转子线圈中产生差频电流，引起附加温升。所谓差频电流就是由于定子旋转磁场与转子不同步，定子磁场切割转子使转子中感应出与转差相对应的频率的电流，称为差频电流。差频电流在转子槽楔与齿壁之间、槽楔与套箍之间，以及齿壁与套箍之间的接触面上，都可能引起高温，这样便可能危及转子的安全。

 

（4）发电机失步，在定子绕组中将出现脉动的电流，即差拍电流，这将产生交变的机械力矩，使定子绕组温度增加。

 

（5）对电力系统的不良影响

 

1）发电机未失磁时，要向系统输出无功，失磁后将从系统吸收无功，从而使系统出现无功差额，这一无功差额将引起失磁发电机附近的电力系统电压下降。

 

2）由于上述无功差额的存在，若要力图补偿，必然造成其它发电机过电流，P e与ΣPe比值越大,过电流越严重。

 

由于过电流,就有可能引起系统中其它元件或发电机被切除,从而导致系统电压的进一步下降,严重时,将使系统因电压崩溃而瓦解。

 

对于大型汽轮发电机来讲,由于其励磁系统造成失磁的机会相对来讲较多,而大型机组本身的过热容量相对比较低,耐受失磁运行的能力也低,更由于大型发电机P e与ΣP e比值大,对系统影响更为显着。