第37讲无刷发电机及励磁系统的 调试 ◆无刷同步发电机 ◆无刷励磁系统实例
第37讲 无刷发电机及励磁系统的 调试 ◆无刷同步发电机 ◆无刷励磁系统实例
、 无刷同步发电机 1,有刷发电机存在的问题 ①碳刷与滑环磨损的碳粉既脏又会导致发电 机绝缘下降，严重时将影响发电机的安全 运行，故此需要经常做维护、保养； ②碳刷与滑环在运动中的电气连接，会出现 电火花产生干扰电磁波，不仅会影响无线 电通信，而且是自动化机舱发生误报警、 误动作的主要干扰信号源之一
一、无刷同步发电机 1．有刷发电机存在的问题 ①碳刷与滑环磨损的碳粉既脏又会导致发电 机绝缘下降，严重时将影响发电机的安全 运行，故此需要经常做维护、保养； ②碳刷与滑环在运动中的电气连接，会出现 电火花产生干扰电磁波，不仅会影响无线 电通信，而且是自动化机舱发生误报警、 误动作的主要干扰信号源之一
2,无刷发电机的基本思路 把常规发电机定、转子间的直接电的联接改为 磁的联系 这就需要一个励磁机(Exciter))与发电机相配合 如图9-49所示。发电机采用旋转磁场式，其励磁 绕组1装在转子上；而交流励磁机采用旋转电枢式， 其励磁绕组5装在定子上。发电机的励磁绕组1和 励磁机的电枢绕组3固定于同一转轴上，转轴上还 有整流器2，称为旋转整流器，这样，转子部分自 成闭合电路。励磁机的励磁电流则由发电机通过 励磁调节装置6提供
2．无刷发电机的基本思路 把常规发电机定、转子间的直接电的联接改为 磁的联系。 这就需要一个励磁机(Exciter)与发电机相配合 如图9-49所示。发电机采用旋转磁场式，其励磁 绕组1装在转子上；而交流励磁机采用旋转电枢式， 其励磁绕组5装在定子上。发电机的励磁绕组1和 励磁机的电枢绕组3固定于同一转轴上，转轴上还 有整流器2，称为旋转整流器，这样，转子部分自 成闭合电路。励磁机的励磁电流则由发电机通过 励磁调节装置6提供
发电机 励磁机 1 人人人 (转子) (定子 AVR 图9-49直接可控励磁方式 1一发电机转子（磁场）：2一旋转整流器；3一励磁机转子（电枢）： 4一发电机定子（电枢）：5一励磁机定子（磁场）：6一自动电压调整器(AVR)
图9-49 直接可控励磁方式 1—发电机转子(磁场)；2—旋转整流器；3—励磁机转子(电枢)； 4—发电机定子(电枢)；5—励磁机定子(磁场)；6—自动电压调整器(AVR) 发电机 励磁机 (转子) (定子)
3,无刷励磁 这种结构形式没有换向器和碳刷滑环，发电 机的励磁电流由交流励磁机提供，若我们把励磁 机看作是一个放大励磁电流的器件，自励方式的 各种励磁调节装置仍可应用于无刷励磁方式中， 最典型的就是相复励装置了。由于调节装置调节 对象是励磁机的励磁电流，与自励装置相比，其 输出功率则会显著减小
3．无刷励磁 这种结构形式没有换向器和碳刷滑环，发电 机的励磁电流由交流励磁机提供，若我们把励磁 机看作是一个放大励磁电流的器件，自励方式的 各种励磁调节装置仍可应用于无刷励磁方式中， 最典型的就是相复励装置了。由于调节装置调节 对象是励磁机的励磁电流，与自励装置相比，其 输出功率则会显著减小
4。无刷励磁带来的问题及解决方案 由于交流励磁机的引入，励磁调节系统中增 加了一个较大的电磁惯性环节，系统的动态性能 变差了，一般可采取以下措施： (1)电机采用隐极转子，减小转子漏抗，从而减小 暂态电抗，电压恢复时间缩短。但制造工艺较凸 极机复杂，要求励磁电流较大。 (2)在发电机转子上安装阻尼绕组，使次暂态电抗 减小。 (3)适当提高交流励磁机的频率，以减小其时间常 数。但磁极数太多会增加制造上的困难。 (4)采用强励性能好的励磁装置
4．无刷励磁带来的问题及解决方案 由于交流励磁机的引入，励磁调节系统中增 加了一个较大的电磁惯性环节，系统的动态性能 变差了，一般可采取以下措施： (1)电机采用隐极转子，减小转子漏抗，从而减小 暂态电抗，电压恢复时间缩短。但制造工艺较凸 极机复杂，要求励磁电流较大。 (2)在发电机转子上安装阻尼绕组，使次暂态电抗 减小。 (3)适当提高交流励磁机的频率，以减小其时间常 数。但磁极数太多会增加制造上的困难。 (4)采用强励性能好的励磁装置
·为了改善动态性能，更为有效的措施是改旋转整 流器为旋转可控硅，如图9-50所示。虽然仍由励 磁机为发电机提供励磁电流，但励磁电流的调节 回路把励磁机排除在外了，调节装置从发电机电 路中取得电压、电流信号及电压偏差信号，通过 旋转变压器把可控硅需要的触发脉冲信号传到转 子上。旋转变压器的电感量小、信号频率高，所 以其电磁惯性比励磁机小得多。触发脉冲也可通 过旋转电容器、光环等结构来传送
• 为了改善动态性能，更为有效的措施是改旋转整 流器为旋转可控硅，如图9-50所示。虽然仍由励 磁机为发电机提供励磁电流，但励磁电流的调节 回路把励磁机排除在外了，调节装置从发电机电 路中取得电压、电流信号及电压偏差信号，通过 旋转变压器把可控硅需要的触发脉冲信号传到转 子上。旋转变压器的电感量小、信号频率高，所 以其电磁惯性比励磁机小得多。触发脉冲也可通 过旋转电容器、光环等结构来传送
励磁调节装置 图9-50采用旋转可控硅的无刷励磁
图9-50 采用旋转可控硅的无刷励磁 励磁调节装置 ~ G E ~
使用可控硅元件后，将会影响到发电机 的起压，因此，实用装置中还须配一个辅 助励磁机，如图9-51所示。辅励磁机 EP(Pilot Exciter)是一个永磁式小发电机， 当转子达额定转速时，其定子电枢绕组就 建立额定电压，向励磁机的励磁绕组及调 节装置供电，使它们正常工作。因此发电 机的起压与其自身剩磁电压无关
使用可控硅元件后，将会影响到发电机 的起压，因此，实用装置中还须配一个辅 助励磁机，如图9-51所示。辅励磁机 EP(Pilot Exciter)是一个永磁式小发电机， 当转子达额定转速时，其定子电枢绕组就 建立额定电压，向励磁机的励磁绕组及调 节装置供电，使它们正常工作。因此发电 机的起压与其自身剩磁电压无关
电源 信号 励磁调节装置 转 图9-51有辅助励磁机的无刷励磁系统
图9-51 有辅助励磁机的无刷励磁系统 转子 图9-46 有辅助励磁机的无刷励磁系统 S N EP ~ ~ E 电源 信号 G ~ 励磁调节装置