发电机无刷励磁系统的应用与研究

王兴宇　王志春

摘 要：为了提高相关工作人员对发电机无刷励磁系统的应用水平，本文首先针对励磁系统组成以及励磁系统的作用进行了概述，第二部分针对无刷励磁系统的控制部分进行了相应的概述，文章的最后针对发电机无刷励磁系统的工作原理进行了概述与分析，希望能够给国内的发电厂在无刷励磁系统的应用上起到一定的参考作用。

关键词：无刷励磁系统;发电机;控制系统工作原理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.092

1 励磁系统的组成与作用

作为同步发电机极为重要组成部分之一的励磁系统，对电力系统的运行有着极为重要的影响。励磁系统可以分为两个部分，一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率单元;另一个就是针对正常运行或者是在发生故障是起到调节作用的励磁电流，它的目的是保证设备的安全运行，通常称其为励磁调节器。

如果从发电厂的角度来看，目前励磁系统的主要作用有以下四方面，第一是调节发电机的电压U;第二是可以调节发电机无功功率Q，第三是可以将多台发电机的无功功率进行合理的分配;最后一方面也是最为重要的，就是能够有效的保护电力设备安全稳定运行。如果从电力系统的角度来看，励磁系统可以有效的提高系统的静态稳定性，除此之外还可以提高系统的动态稳定性以及系统的暂态稳定性，在保证系统电压稳定性以及二次电压的同时，也对系统运行的安全性起着一定的作用[1]。

2 无刷励磁系统的控制部分

励磁调节器是系统中的关键控制设备，主要用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全稳定运行的需要。本次就以八钢热电厂发电机的励磁调节器为对象进行研究。

八钢热电厂发电机的励磁调节器所采用的调节器属于微机励磁调节器，其型号为TDWLT-01，该励磁调节器采用美国INTE公司80C196单片机作为调节器的CPU，这套装置使用的是较为完全的双通道技术，并且每一套都是由单个控制箱组成的。

这套微型调节器的每一个控制箱都是由六个单元进行组成的，这个单元分别是测量单元、CPU、脉冲单元、电源单元、信号单元以及显示单元，其中还有一些组成部分是相对独立的，只需要单通道就可以通过电流测量、电压测量、控制信号采样、电源、控制输出等单元组成一个非常完整的控制系统。当使用双通道结构进行工作时，通道间可使用80C196的串口达到两者相互通讯的功能，其目的有两方面，第一，可以实现数据相互传输，尤其是关键数据的传输;第二，两个通道的状态能够保持相同、一致，当其中一个通道故障时，系统自动切换到另一个通道，保证系统的可靠稳定运行。另外，通道采用容错式双机混合工作模式，抗干扰能力较强的STD总线结构。

3 发电机无刷励磁控制系统工作原理

当发电机的转子速度到达3000r/min的时候，起动励磁电源受到励磁调节器的作用后，然后针对回路进行一定的控制，并且致使回路能够附加于励磁机定子的励磁线圈上，因为励磁机的转子在与发电机的转子进行同步旋转时，其电枢绕组切割励磁电源能够形成一个固定的磁场，这个磁场能够产生一个三相交流电，经过二极管作用后，再进行电流整合，将所产生的电流传输到发电机的转子处，给它提供一些励磁电流，通过这个电流的作用，产生出来一定的电压，但是起励电源是无法承受这个高强度的电压，所以当磁场一旦形成以后，那么就会自动退出。当投励电源达到发电机额定电压的15%后，通过励磁变压器提供电源，经过可控硅整流后，到线圈上，从而形成一个磁场，这个磁场在受到电枢绕组切割进而产生一个三相电流，然后在经过旋转二极管的整流作用，最终到达电机转子为其提供励磁电流，然后致使电机的电压快速的升高，最后达到一个稳定的额定值。

一般情况下，当发电机在进行运行的时候，励磁调节装置在这个时候就会起到一定的作用，其主要的作用除了针对发电机极端的电流以及电压、励磁的电流以及电压有一个调节作用之外，对发电机的转速也是有着一定调节作用的，以上通过励磁调节器调节以后，会把所得到的一些信息或者信号与先前预制好的数值进行一个比较，然后通过一些特定公式的集散，从而得到可控硅的偏转角，下一步就是通过励磁变压器引入信号，得到发电机同步点，然后进行一个移相，进而产生与之相对应的控制角而触发脉冲，最终通过脉冲放大以后与其进行有效的组合，从而使得功率得到一定程度的放大，最后产生的双触发脉冲利用脉冲变压器对其进行隔离，之后去触发可控硅，只有这样才能够改变可控硅电流大小，以此来维持励磁机及发电机转子电流的稳定性[2]。

TDWLT-01微机励磁调节器所使用的是并联的运行方式，是通过两种相对比较完整的调节器组成的。因此，發电机终端为励磁变压器的高压侧提供电能。而低压侧则接至励磁调节器交流输入电源下端，利用微机励磁调节装置触发脉冲控制可控硅整流桥励磁电流输出，经一路直流输出开关至定子励磁线圈，从而建立励磁磁场。另一种与第一种相似，在发电机正常运行的过程中，这对主与从的设置（一桥设置为运行，另一桥则设置为跟踪备用），如果所设置运行的一桥出现一些问题的时候，另外一个备用的跟踪桥将会不被干扰的进入运行状态，这样在一定程度上大大提高了运行的稳定性。

4 结论

励磁系统是交流同步发电机的重要组成部分之一，它将会直接影响到整个发电机是否能够正常运行，以及其运行效率。通过对发电机无刷励磁系统应用的研究，能够清楚的发现无刷励磁微机调节系统非常容易维护，并且它还具有较高的稳定程度以及安全性，这样在一定程度减少了工作人员的劳动强度，还有就是想要良好的使用无刷励磁系统，那么就必须要进行周期性的检修以及日常维护。作者认为，在国内的一些发电厂中应该进行大力提倡无刷励磁系统的应用。

参考文献：

[1]程琳，姚方方，谢驰，张雅雯，邬舒群，钱文.六相无刷励磁系统的电枢电流谐波分析研究[J].中国测试，2018，44（07）：121-123+131.

[2]朱茂强，陈个辉.浅析无刷励磁系统在电厂中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2011，31（07）：102.