柴油發電機組勵磁系統有哪些分類？
發布時間：2023-09-14 點擊：164
同步發電機的勵磁電流可由直流勵磁機直接供給，也可由交流勵磁機、同步發電機的輔助繞組（副繞組）或發電機輸出商交流電壓可控不可控整流器整流后供給，按勵磁功率供電方式可分為他勵式和自勵式兩大類：由同步發電機本身以外的電流提供其勵磁功率的，稱他勵式勵磁系統；由發電機本身提供勵磁功率的，稱自勵式勵磁系統。因此，凡是由勵磁機供電的，都屬于他勵式，凡由發電機輸出端或發電機的輔助繞組供電的，都屬于自勵式，下面為您分別介紹各種勵磁系統的主要特點。
他勵式勵磁系統
1、直流勵磁機勵磁系統
這是交流同步發電機采用的傳統助磁系統。直流勵磁機一般又有同軸式和背包式兩種形式，如圖2-24所示為手動調節的直流勵磁系統接線圖，勵磁機為并勵直流發電機，通過手動調節磁場變阻器，改變勵磁機的輸出電壓，以調節同步發電機勵磁繞組中的電流，從而改變同步發電機的輸出電壓。
如圖2-25所示為具有半導體自動調節器的直流勵磁機勵磁系統。自動工作時，同步發電機的勵磁電流由自動調節器按同步發電機運行情況自動調節，調節信號由同步發電機的輸出端取得。過去在直流勵磁機的勵磁回路中串入碳阻式調節器代替手調電阻，現在已被晶閘管半導體自動調節器所代替。
直流勵磁機勵磁系統的主要優點是：勵磁電源獨立，接線簡單，在合理使用和細心維護下，運行比較可靠。但因直流勵磁機體積大，制造成本高，容易產生故障，而且調節反應速度慢，目前已逐漸被半導體整流勵磁所取代。
（2）交流勵磁機勵磁方式（采用與主機同軸的交流發電機作為交流勵磁電源）
交流勵磁機是一個小容量的同步發電機，這種勵磁系統，其同步發電機的勵磁功率由交流勵磁機供給。交流勵磁機發出的交流電經硅二極管或晶閘管進行整流，供給同步發電機勵磁繞組勵磁電流。這類勵磁系統由于交流勵磁電源取自主機之外的其他獨立電源，故也稱他勵整流器勵磁系統（包括他勵硅整流勵磁系統和他勵晶閘管整流器勵磁系統），簡稱他勵系統。同軸的用作勵磁電源的交流發電機稱為交流勵磁機（也稱同軸輔助發電機）。
這類勵磁系統，按整流器是靜止還是旋轉，以及交流勵磁機是磁場旋轉或電樞旋轉的不
同，又可分為下列四種勵磁方式：
①交流勵磁機（磁場旋轉式）加靜止硅整流器；
②交流勵磁機（磁場旋轉式）加靜止晶閘管；
③交流勵磁機（電樞旋轉式）加旋轉硅整流器；
④交流勵磁機（電樞旋轉式）加旋轉晶閘管
上述③、④兩種方式，硅整流元件和交流勵磁機電樞與主軸一同旋轉，直接給主機轉子勵磁繞組供勵磁電流，不但取消了直流勵磁機系統中的換向器-電刷結構，而且取消了與朝步發電機勵磁繞組相連的集電環-電刷結構，故稱為無刷勵磁（又稱無觸點勵磁或旋轉半導體勵磁）方式。交流勵磁機的勵磁繞組固定不動，其接線如圖2-26所示。有的發電機在定子上設置一個沒有勵磁繞組的磁極，它是用優質的永磁材料制成，作為初始磁場起勵建壓。
圖2-26所示的接線圖是目前小型機組常用的一種接線方式。無刷勵磁由于取消了滑環、電刷，消除了電氣上最易發生故障的滑動接觸，從而大大提高了運行可靠性，并使維護工作顯著減少，同時整機的體積小，總長度縮短。因此，它是廂磁系統的發展方向之一。現階段有很大部分的柴油發電機組采用無刷勵磁系統。
上述①、②兩種方式為交流勵磁機電樞和整流器不動，交流勵磁機的磁極旋轉的勵磁方式，在柴油發電機組上很少采用，這里不再介紹。
自勵式勵磁系統（采用變壓器作為交流勵磁電源）
勵磁功率由同步發電機本身供給的勵磁系統稱自勵式勵磁系統（或稱為自勵整流勵磁系統）。在他勵式勵磁系統中，交流勵磁機是旋轉機械，而在自勵式勵磁系統中，勵磁變壓器和整流器等都是靜止元件，故自勵式勵磁系統又稱為全靜態勵磁系統。
自勵式勵磁系統可分為下列幾種形式。
（1）自并勵系統
僅由同步發電機電壓取得勵磁功率的自勵系統，稱自并勵勵磁系統（或簡稱自并勵）。如圖2-27所示為自并勵勵磁系統的接線圖。同步發電機發出的交流電，經勵磁變壓器變換到所需電壓后（低壓小容量機組有的直接從機端引人；有的由同步發電機的輔助繞組發出交流電），由晶閘管或電力二極管整流變成直流，供給勵磁繞組建立磁場。自動調節器按發電機輸出電壓變化情況自動調節勵磁電流。
（2）自復勵勵磁系統
由同步發電機的電壓和電流兩者取得勵磁功率的自勵系統，稱為自復勵勵磁系統。按勵磁電流復合位置又有直流側復合方式和交流側復合方式。中小容量柴油發電機組主要是交流側并聯復合不可控勵磁系統，如圖2-28所示。勵磁變壓器申接一個電抗器后與勵磁變流器并聯，兩者的輸出先復合疊加，然后經硅整流器整流后供給同步發電機勵磁。
這種勵磁系統由于能反映發電機的電壓、電流及功率因數，亦稱不可控相復勵系統。
如果除了并聯的勵磁變壓器外還有與發電機定子電流回路串聯的勵磁交流器（或申聯變壓器），二者結合起來，則構成所謂自復勵方式。結合的方案有四種：
①直流側并聯自復勵方式；
②直流側串聯自復勵方式；
③交流側并聯自復勵方式；
④交流側串聯自復勵方式。
諧波勵磁系統
除了他勵和自勵兩類主要的半導體勵磁方式外，還有一種介乎兩者之間的所謂諧波勵磁系統。在主發電機定子槽中嵌有單獨的附加繞組，稱為諧波繞組。利用發電機氣隙磁場中的諧波分量，通常是利用三次諧波分量，在附加繞組中感應揩波電勢作為勵磁裝置的電源，經半導體整流后供給發電機勵磁。如圖2-29所示。諧波勵磁方式有一個重要的有益的特性，即諧波繞組電勢隨發電機負載變動而改變。
當發電機負載增加或功率因數降低時，諧波繞組電勢隨之增高；反之，當發電機負載減小或功率因數增高時，諧波繞組電勢隨之降低。因此諧波勵磁系統具有自調節特性。當電力系統中發生短路時，諧波繞組電勢增大，對發電機進行強勵磁。這種勵磁方式的特點是簡單、可靠、快速。
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他勵式勵磁系統
1、直流勵磁機勵磁系統
這是交流同步發電機采用的傳統助磁系統。直流勵磁機一般又有同軸式和背包式兩種形式，如圖2-24所示為手動調節的直流勵磁系統接線圖，勵磁機為并勵直流發電機，通過手動調節磁場變阻器，改變勵磁機的輸出電壓，以調節同步發電機勵磁繞組中的電流，從而改變同步發電機的輸出電壓。
如圖2-25所示為具有半導體自動調節器的直流勵磁機勵磁系統。自動工作時，同步發電機的勵磁電流由自動調節器按同步發電機運行情況自動調節，調節信號由同步發電機的輸出端取得。過去在直流勵磁機的勵磁回路中串入碳阻式調節器代替手調電阻，現在已被晶閘管半導體自動調節器所代替。
直流勵磁機勵磁系統的主要優點是：勵磁電源獨立，接線簡單，在合理使用和細心維護下，運行比較可靠。但因直流勵磁機體積大，制造成本高，容易產生故障，而且調節反應速度慢，目前已逐漸被半導體整流勵磁所取代。
（2）交流勵磁機勵磁方式（采用與主機同軸的交流發電機作為交流勵磁電源）
交流勵磁機是一個小容量的同步發電機，這種勵磁系統，其同步發電機的勵磁功率由交流勵磁機供給。交流勵磁機發出的交流電經硅二極管或晶閘管進行整流，供給同步發電機勵磁繞組勵磁電流。這類勵磁系統由于交流勵磁電源取自主機之外的其他獨立電源，故也稱他勵整流器勵磁系統（包括他勵硅整流勵磁系統和他勵晶閘管整流器勵磁系統），簡稱他勵系統。同軸的用作勵磁電源的交流發電機稱為交流勵磁機（也稱同軸輔助發電機）。
這類勵磁系統，按整流器是靜止還是旋轉，以及交流勵磁機是磁場旋轉或電樞旋轉的不
同，又可分為下列四種勵磁方式：
①交流勵磁機（磁場旋轉式）加靜止硅整流器；
②交流勵磁機（磁場旋轉式）加靜止晶閘管；
③交流勵磁機（電樞旋轉式）加旋轉硅整流器；
④交流勵磁機（電樞旋轉式）加旋轉晶閘管
上述③、④兩種方式，硅整流元件和交流勵磁機電樞與主軸一同旋轉，直接給主機轉子勵磁繞組供勵磁電流，不但取消了直流勵磁機系統中的換向器-電刷結構，而且取消了與朝步發電機勵磁繞組相連的集電環-電刷結構，故稱為無刷勵磁（又稱無觸點勵磁或旋轉半導體勵磁）方式。交流勵磁機的勵磁繞組固定不動，其接線如圖2-26所示。有的發電機在定子上設置一個沒有勵磁繞組的磁極，它是用優質的永磁材料制成，作為初始磁場起勵建壓。
圖2-26所示的接線圖是目前小型機組常用的一種接線方式。無刷勵磁由于取消了滑環、電刷，消除了電氣上最易發生故障的滑動接觸，從而大大提高了運行可靠性，并使維護工作顯著減少，同時整機的體積小，總長度縮短。因此，它是廂磁系統的發展方向之一。現階段有很大部分的柴油發電機組采用無刷勵磁系統。
上述①、②兩種方式為交流勵磁機電樞和整流器不動，交流勵磁機的磁極旋轉的勵磁方式，在柴油發電機組上很少采用，這里不再介紹。
自勵式勵磁系統（采用變壓器作為交流勵磁電源）
勵磁功率由同步發電機本身供給的勵磁系統稱自勵式勵磁系統（或稱為自勵整流勵磁系統）。在他勵式勵磁系統中，交流勵磁機是旋轉機械，而在自勵式勵磁系統中，勵磁變壓器和整流器等都是靜止元件，故自勵式勵磁系統又稱為全靜態勵磁系統。
自勵式勵磁系統可分為下列幾種形式。
（1）自并勵系統
僅由同步發電機電壓取得勵磁功率的自勵系統，稱自并勵勵磁系統（或簡稱自并勵）。如圖2-27所示為自并勵勵磁系統的接線圖。同步發電機發出的交流電，經勵磁變壓器變換到所需電壓后（低壓小容量機組有的直接從機端引人；有的由同步發電機的輔助繞組發出交流電），由晶閘管或電力二極管整流變成直流，供給勵磁繞組建立磁場。自動調節器按發電機輸出電壓變化情況自動調節勵磁電流。
（2）自復勵勵磁系統
由同步發電機的電壓和電流兩者取得勵磁功率的自勵系統，稱為自復勵勵磁系統。按勵磁電流復合位置又有直流側復合方式和交流側復合方式。中小容量柴油發電機組主要是交流側并聯復合不可控勵磁系統，如圖2-28所示。勵磁變壓器申接一個電抗器后與勵磁變流器并聯，兩者的輸出先復合疊加，然后經硅整流器整流后供給同步發電機勵磁。
這種勵磁系統由于能反映發電機的電壓、電流及功率因數，亦稱不可控相復勵系統。
如果除了并聯的勵磁變壓器外還有與發電機定子電流回路串聯的勵磁交流器（或申聯變壓器），二者結合起來，則構成所謂自復勵方式。結合的方案有四種：
①直流側并聯自復勵方式；
②直流側串聯自復勵方式；
③交流側并聯自復勵方式；
④交流側串聯自復勵方式。
諧波勵磁系統
除了他勵和自勵兩類主要的半導體勵磁方式外，還有一種介乎兩者之間的所謂諧波勵磁系統。在主發電機定子槽中嵌有單獨的附加繞組，稱為諧波繞組。利用發電機氣隙磁場中的諧波分量，通常是利用三次諧波分量，在附加繞組中感應揩波電勢作為勵磁裝置的電源，經半導體整流后供給發電機勵磁。如圖2-29所示。諧波勵磁方式有一個重要的有益的特性，即諧波繞組電勢隨發電機負載變動而改變。
當發電機負載增加或功率因數降低時，諧波繞組電勢隨之增高；反之，當發電機負載減小或功率因數增高時，諧波繞組電勢隨之降低。因此諧波勵磁系統具有自調節特性。當電力系統中發生短路時，諧波繞組電勢增大，對發電機進行強勵磁。這種勵磁方式的特點是簡單、可靠、快速。
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