同步电机励磁电源同步电机励磁电源特点

同步电机励磁电源的负载是电机的励磁绕组，它是一个感性负载，若要求电源的输出电流是连续的，当整流电路采用三相晶闸管桥式整流器时，各整流臂上的晶闸管的导通角应该为120°；在电网电压发生波动、同步电机负载冲击等情况下，要求同步电机不失步。恒电流励磁系统和恒无功功率调节的励磁系统可以满足这种要求。因此，同步电机励磁电源应具有以下特点：

(1)要求电源输出电压为额定电压的40%～100%时，电源能提供额定电流，以保证励磁系统能正常工作；

(2)在恒电流励磁系统中，当电网电压在其额定值的80%～105%的范围内波动，励磁绕组电阻热态阻值的增量不大于冷态阻值的10%时，励磁电流应有±5%的变化范围；

(3)在恒无功功率调节励磁系统中，当同步电机的负载从空载到两倍额定负载范围内变动时，同步电机无功功率的变动应小于10%；

(4)为适应同步电机的强励，当电网电压降低到其额定值的80%时，对于恒电流励磁系统，强励电压为励磁电源额定输出电压的140%，对于恒无功功率励磁系统，强励电压为励磁电源额定输出电压的150%；

(5)强励在不小于60s的时间内，同步电机励磁电源应可靠工作。整流变压器的电流过载能力是以小时计算的，60s的强励时间在整流变压器设计时可以不计，可以按额定电流和强励电压倍数来进行设计；励磁电源电路中的晶闸管和熔断器不能承受60s的强励时间，在选择晶闸管和熔断器时，应按过载倍数下的电流值来考虑；由于60s的强励时间对冷却系统无影响，可按额定输出时的耗散功率来设计冷却系统；电路的过电压保护和过电流保护应考虑同步电机励磁电源的负载为感性以及强励等特点。

(6)同步电机励磁电源应具有失步检测和快速灭磁功能。

若励磁状态下同步电机出现失步，在定子旋转磁场的作用下，转子(励磁绕组)会感应出交流分量，产生脉动转矩，在脉动转矩的长时间作用下，可能引起机械和电气共振，这种共振具有比较大的破坏作用。出现失步时，必须快速灭磁。

所以，同步电机励磁电源必须具有快速灭磁电路；

同步电机失步时，所产生的脉动转矩是正负交替的，定子电流的有功分量出现周期性的负值。只要在定子电流的有功分量中检测出负值电流，就可判定出现了失步，立即进行灭磁。

同步电机励磁电源同步发电机励磁用整流器的特点

同步发电机励磁电源的主流为晶闸管励磁电源。由于同步发电机的种类繁多，励磁方式各不相同。现将常用的几种同步发电机的励磁方式简介如下。

1）单变压器自励方式

图1为单变压器自励方式用晶闸管励磁电源的原理图。

图1中的UR为整流电路，GS为同步发电机，TE为励磁变压器，TA为电流互感器，TV为电压互感器，PG为脉冲发生器，AUR为自动电压调节器。若整流电路采用晶闸管桥式半控整流电路时，由于晶闸管桥式半控整流电路对上升信号和下降信号的响应时间不同。对上升信号的响应时间取决于饱和输出电压，而饱和输出电压与晶闸管的最小延迟角αmin和电源电压值有关。而在下降信号的作用下，磁场电流通过续流二极管VD1发生衰减，降压速度变缓。为了改变这种状况，可以

采用晶闸管桥式全控整流电路。此时，选用晶闸管时，应加大晶闸管的容量，以便在磁场时间常数下，能够通过额定励磁电流。

2）复合励磁方式

在自励方式中，若发电机母线电压有较大的跌落，励磁系统的响应特性要变差。在此种情况下，可选用复合励磁方式加以补偿。

复合励磁方式用晶闸管励磁电源的方框图如图2所示。图2与图1相比较，可以看出，复合励磁方式是单励磁变压器TE与电流互感器TA2复合的励磁方式。GP为永磁发电机。

从图2可以看出，整流电路UR的输入电源来自两个方面。其一是取自于励磁变压器TE中与发电机GS端电压成正比的电压分量；其二是取自于电流-电压变换器(电流互感器TA2与电压互感器

TV的组合)中与发电机GS输出电流成正比的电流分量。由于电流-电压变换器的二次电感很大，主发电机的励磁绕组为感性负载，换流时会产生很大的电压波形畸变，如果将这个波形畸变的电压作为晶闸管的同步信号，将使控制电路失控。为了避免此种现象的发生，应采用模拟装置取出触发同步信号。该模拟装置应具有励磁变压器和电流-电压变换器的特性，在任何状态下均能得到与整流电路输入电压波形和相位相同的同步信号。

另外，在自动电压调节器中，要求设置过电流限制电路，以防止在过补偿的情况下，系统母线发生短路故障时，发电机短路电流和晶闸管输出电流的过度增长。

复合励磁方式的优点如下：

(1)由于可以采取过补偿，系统母线电压降低时，也能得到较好地快速励磁，即使在发电机三相短路时，仍具有强制励磁能力，并且发电机三相短路时的输出持续电流可以任意设定；

(2)若在自动电压调节器中设置了过电流限制单元，仅采用复合励磁方式中的单变压器自励电路就可以进行发电机干燥运行；

3）通过励磁发电机向主发电机提供励磁电源的方式

(1)无换向器励磁方式

无换向器励磁方式的方框图如图3所示。图3与图1相比较，可以看出，增加了交流励磁发电机GEA和附加整流电路UR1(UR1为三相硅二极管整流器)，GEA向UR1供电，UR1的输出电流经主发电机的转子滑环，流经主发电机的励磁绕组。

(2)无刷励磁方式

图4为无刷励磁方式的方框图。从电路结构上来看，图4与图3相同，但在机械结构上两者有很大的区别。无刷励磁方式中的交流励磁发电机GEA与主发电机GS同轴旋转，GEA的定子绕组作为本身的励磁绕组有晶闸管整流器供电，GEA的转子绕组直接向硅二极管旋转整流器UR1供电，省去了换向器。UR1安装在轴的顶端，与发电机同步旋转，UR1的直流输出直接接到主发电机的励磁绕组，省去了主发电机励磁绕组的滑环。

这种励磁方式的最大缺点是旋转整流器与发电机同轴旋转，要承受巨大的离心力，为防止离心力的破坏，可将旋转整流器与轴用环氧树脂浇注成一体。

同步电机励磁电源同步电机励磁电源原理

图5为同步电机励磁电源主电路的电原理图。图5中采用三相桥式全控整流电路，虚线内是灭磁电路，SB为检测灭磁电路的手动按钮，MS为同步电机。

同步电机励磁电源的控制电路应具备以下功能(以图5所示的主电路为例)：

(1)因为同步电机作为励磁电源的负载呈电感性，在晶闸管三相桥式全控整流电路中，要求相隔60°的6路触发脉冲，每路脉冲的宽度应大于60°。

(2)当采用逆变方式加快灭磁过程时，为使晶闸管三相桥式全控整流电路处于逆变状态，要求触发脉冲的移相范围大于140°；

(3)同步电机的的起动方式，一般是在通电前将励磁绕组短接，形成异步电机，通电后按异步电机运行。当转速达到亚同步转速时，投入励磁电流，将电机牵入同步运行。牵入同步的条件是转差率小于5%，并且在转子顺极性时及时投入励磁电流。控制电路应能完成同步电机的转速检测和起动控制；

(4)为使同步电机在冲击负载下，能以稳定的无功电流运行，要求控制电路能检测同步电机的无功电流，并能自动调节励磁电流，完成无功分量的补偿；

(5)控制电路还应具备前面讲到的强励和灭磁功能。

同步电机励磁电源机励磁系统的工作原理

同步电机励磁系统工作原理框图，如图6所示。同步电机转子回路励磁应采用三项全控桥固接励磁线路，因为三项全控桥不会因整流电压脉动，同步电机转子励磁绕组电感放电而影响正常，使同步电机在启动过程中转子励磁绕组感应的交变电压两半波都经由放电电阻，同步电机不会产生附加的制动转矩，保持了同步电机的固有启动特性。

同步电机励磁系统应具有自动灭磁环节，同步电机采用异步启动时，其定子绕组产生旋转磁场，转子被旋转场切割，在转子绕组中感应出交变电压。如果不将其通过一定的回路放掉，将对转子绕组及人身安全带来损害。因此，采用自动灭磁环节，以免转子绕组的绝缘被击穿。

励磁电流的大小，直接影响电机从电网吸取电流的大小和相位。通过控制励磁电流能够控制同步电机的功率及进行功率因数的调整。