宮磊國電南瑞科技股份有限公司

同步發(fā)電機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)的作用及關(guān)鍵技術(shù)分析

宮磊
國電南瑞科技股份有限公司

無刷勵磁系統(tǒng)是近年來頻繁運(yùn)用在發(fā)電機(jī)上的一種新型技術(shù)，具有轉(zhuǎn)速恒定、功率因數(shù)可調(diào)整和高效運(yùn)轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，具備維護(hù)成本低和可靠性高的特點(diǎn)?？梢詫挂妆兹嫉膼毫迎h(huán)境，對于此類發(fā)電的領(lǐng)域可以選擇這種技術(shù)。

同步發(fā)電機(jī)；無刷勵磁系統(tǒng)；作用；技術(shù)

中國是世上第二大發(fā)展中國家，也是世界上第二大能源生產(chǎn)國和消費(fèi)的國家。雖然我國擁有的資源總量很大，但是由于人口的龐大，所以人均的資源配比還是處于比較低的水平，總的來說，我國還是處于能源匱乏的局面。所以作為能源之一的電能，又是人們生活中必備的能量，就顯得格外重要。電能在實(shí)際生產(chǎn)中有很大的優(yōu)勢，具有適合較大規(guī)模生產(chǎn)、便于智能化控制、能夠遠(yuǎn)程操控的優(yōu)點(diǎn)。所以將無刷勵磁系統(tǒng)引進(jìn)同步發(fā)電機(jī)，可以增加發(fā)電機(jī)的工作效率。

一、無刷勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

無刷勵磁技術(shù)在發(fā)電機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展還是非常樂觀的，為發(fā)電機(jī)工作效率帶來明顯提高。這是由無刷勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)決定的，它有三大優(yōu)點(diǎn)：第一，無刷勵磁系統(tǒng)取消了炭刷和滑環(huán)，可以有效的減少停機(jī)事故的發(fā)生，節(jié)省維護(hù)時間并提高了勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以為龐大容量的核電機(jī)組提供強(qiáng)大的后援動力。第二，沒有了炭粉和銅粉對電極組的污染，就可以提高電機(jī)的使用壽命。第三，可以為在易爆易燃的環(huán)境中工作減少危險，保證了工作人員的生命安全。

二、同步發(fā)電機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)的作用

1.可以控制發(fā)電機(jī)的端電壓

同步發(fā)電機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)可以很好的控制發(fā)電機(jī)的端電壓，可以在負(fù)荷變化的情況下，及時進(jìn)行勵磁電流的調(diào)節(jié)。發(fā)電機(jī)的無刷勵磁電流由交流勵磁機(jī)經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流盤整流后提供，交流勵磁機(jī)的勵磁電流則由永磁機(jī)經(jīng)調(diào)節(jié)裝置中的可控硅全控橋整流后提供，勵磁電流的大小由自勵磁調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行自動或手動調(diào)節(jié)，以滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況的要求。保證發(fā)電機(jī)工作處于一個安全的環(huán)境，可以給工作帶來更高的效率。

2.可以限制定子電流

利用系統(tǒng)中的限制器可以防止發(fā)電機(jī)定子過熱，當(dāng)時間趨于零時，限制值在理論上可以趨向于無窮大，通過參數(shù)調(diào)整，可以得到接近于定子繞組的最大允許熱能的反時限特性。定子電流限制器分欠勵側(cè)和過勵側(cè)兩部分，其限制量均為定子電流的平均值。當(dāng)發(fā)電機(jī)過勵時，欠勵側(cè)定子電流限制器截止，反之亦然。通過檢測負(fù)載的功率因數(shù)，可保證定子電流限制器雙方向（過勵和欠勵）動作的正確性。顯然，定子電流限制器不能影響發(fā)電機(jī)的有功電流分量。如果發(fā)電機(jī)的有功電流分量高于定子電流限制器的限制值，為避免誤動作，限制器會自動將發(fā)電機(jī)無功功率調(diào)整為零。

3.失磁保護(hù)

發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在超出其穩(wěn)定極限時，失勵保護(hù)動作，跳發(fā)電機(jī)。由于同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定極限與機(jī)端電壓有關(guān)，發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)超過保護(hù)曲線時，觸發(fā)定時器。經(jīng)過可整定的延時后發(fā)出跳發(fā)電機(jī)命令，定時器延時啟動信號也可用于報警，從而對整個發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，使得發(fā)電站處于安全的工作環(huán)境。

三、同步發(fā)電機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

1.三相副勵磁機(jī)

三相副勵磁機(jī)采用永磁式中頻發(fā)電機(jī)，具有良好的外特性，從發(fā)電機(jī)空載到強(qiáng)行勵磁時，其端電壓變化不超過10%額定值。配置用于報警的故障低電壓、過電流檢測繼電器及電壓、電流表計，三相副勵磁機(jī)系16極旋轉(zhuǎn)磁場裝置，勵磁機(jī)的機(jī)架裝有帶三相繞組的疊片鐵心，轉(zhuǎn)子由具有懸掛極的輪轂組成。每個極由10個獨(dú)立的永久性磁鐵組成，這些磁鐵裝在一個非磁性的金屬殼內(nèi)，并用螺栓固定在輪轂與外極靴之間。轉(zhuǎn)子輪轂則熱裝在軸的自由端。

2.三相主勵磁機(jī)

三相主勵磁機(jī)適應(yīng)帶整流負(fù)載的要求，并有較大的儲備容量，發(fā)電機(jī)出口三相短路或不對稱短路時，勵磁機(jī)不產(chǎn)生有害的變形或過熱。三相主勵磁機(jī)系一個6極旋轉(zhuǎn)電樞裝置，這6個極與激勵和阻尼繞組安裝在定子架內(nèi)，磁場繞組位于疊片磁鐵極上，在極靴上裝有母線，其端部連接后形成阻尼繞組。兩個極之間裝有一個正交軸，用以測量勵磁機(jī)的感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子由多層迭片組成。迭片通過貫穿螺栓在壓縮環(huán)上壓制而成，把三相繞組插入迭片轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)，把繞組導(dǎo)體在鐵芯長度的范圍內(nèi)進(jìn)行交叉，然后用玻璃纖維帶把轉(zhuǎn)子繞組的端匝予以固定，在面對整流輪的一側(cè)進(jìn)行連接。繞組端被延伸到與整流環(huán)的三相導(dǎo)線相連接的集電環(huán)，注滿合成樹脂并且在凝固之后，整個轉(zhuǎn)子熱裝到軸上。軸承位于風(fēng)機(jī)后面，由汽輪機(jī)潤滑油的供給系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制潤滑油潤滑。

3.勵磁機(jī)的冷卻及干燥系統(tǒng)

勵磁機(jī)是空氣冷卻及干燥的工具，冷卻空氣為閉式循環(huán)，并在橫靠勵磁機(jī)安裝的兩個冷卻器裝置中進(jìn)行再冷卻。整個勵磁機(jī)裝在冷卻空氣循環(huán)通過的機(jī)殼中，勵磁機(jī)還安裝干燥裝置除濕器，旨在防止當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)停機(jī)時，在勵磁機(jī)內(nèi)部或在盤車裝置上形成凝結(jié)水。

4.自動電壓調(diào)節(jié)器

自動電壓調(diào)節(jié)器AVR的主要功能是精確地控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和無功功率，它對勵磁電壓快速作出反應(yīng)，響應(yīng)時間為幾個毫秒。主要由測量比較、綜合放大和移相觸發(fā)三個基本單元構(gòu)成。測量比較單元用來測量經(jīng)過變換的與發(fā)電機(jī)端電壓成比例的直流電壓，并與相應(yīng)的電壓整定值進(jìn)行比較，得到偏差；電壓偏差信號輸入到綜合放大單元，綜合放大單元對測量等信號起綜合放大作用；移相觸發(fā)單元則根據(jù)輸入的控制信號的變化，改變輸出到可控硅的觸發(fā)脈沖，改變導(dǎo)通角，從而控制可控硅的輸出電壓，以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流。

總結(jié)

同步發(fā)電機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)工作中發(fā)揮了巨大的作用，充分利用核心技術(shù)，積極引進(jìn)新技術(shù)，促進(jìn)電力事業(yè)的發(fā)展，為我國電能資源的補(bǔ)充貢獻(xiàn)了很大的力量。是一項利國利民的工程。

[1]趙昀武.無刷電勵磁同步電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2015.

[2]王瑞云.三相無刷高壓同步發(fā)電機(jī)交流勵磁系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2011,12:334-336.

[3]劉彩霞.柴油發(fā)電機(jī)改造天然氣發(fā)電機(jī)的自動勵磁解決方案[J].遼寧經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院(遼寧經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報),2013, 04:80-81+109.

[4]鄭恩讓,張文苑.無刷勵磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)設(shè)計[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2009,07:10-13.