船舶同步發電機勵磁系統設計范文

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《自動化應用雜志》2015年第三期

1勵磁系統的典型形式

1.1他勵交流勵磁系統他勵交流勵磁系統原理如圖1所示。交流主勵磁機（ACL）和交流副勵磁機（ACFL）都與發電機同軸。副勵磁機采用自勵式，副勵磁機輸出電壓經整流后向其勵磁繞組供電。

1.2自勵交流勵磁系統自勵交流勵磁系統沒有副勵磁機，交流勵磁機的勵磁電源由發電機出口電壓經勵磁變壓器后獲得，自動勵磁調節器控制可控硅磚觸發角，以調節交流勵磁機勵磁電流，交流勵磁機輸出電壓經硅二極管整流后接至發電機轉子。其原理如圖2所示。交流主勵磁機經過可控硅整流裝置向發電機轉子回路提供勵磁電流；自動勵磁調節器控制可控硅的觸發角，調整其輸出電流。

1.3無刷勵磁系統無論是他勵還是自勵交流勵磁系統，都采用靜止的勵磁機電樞和整流裝置，并且沒有采用機械式換向器，而是用硅整流元件或可控硅來代替。但是，該系統的不足之處在于需要通過電刷滑環機構將靜止的勵磁系統與發電機轉子回路相連，由于滑環轉動時需要摩擦接觸，電刷滑環機構是系統最薄弱的環節。隨著船舶同步發電機組功率的增加，電樞電流也將大大增加，可能會導致部分電刷滑環機構出現過熱和冒火的現象。由于無刷勵磁系統沒有任何摩擦接觸部件，因此可以很好地解決這一問題，從而提高整個系統的可靠性，其原理如圖3所示。船舶同步發電機無刷勵磁系統由發電機、勵磁機、整流器和控制器組成。勵磁機采用旋轉電樞式，發出的三相交流電經旋轉的二極管整流橋模塊整流后，直接送入發電機轉子回路，作為發電機的勵磁電流。由于勵磁機電樞、整流器和發電機轉子都在同一根軸上旋轉，所以它們之間沒有電刷和滑環等摩擦接觸部件。正因如此，無刷勵磁系統的運行更可靠。其不足之處在于：存在同軸勵磁機而使發電機的軸向尺寸增加，勵磁機具有較大的電磁慣性，動態特性較差，以及轉子電流、電壓及溫度不便直接測量等。

2靜止勵磁系統

靜止勵磁系統采用自勵系統，取消了勵磁機，將勵磁變壓器接在發電機端口，用發電機自身端電壓來進行勵磁，故這種勵磁方式稱為自勵。與采用勵磁機的勵磁方式相比，在自勵系統中，勵磁變壓器、整流器等都是靜止元件。靜止勵磁系統的調節方法，一般都是按照電壓偏差（△U）、負載電流（I）和電流相位（φ）這三個參數來進行的：（1）按照電壓偏差進行調節時，系統的輸出只與發電機端電壓偏差（△U）有關，而不考慮產生擾動的原因。該調節方式的靜態特性和調整精度都較好，而動態調節的過程呈現出周期性的振蕩，因此動態特性較差。 （2）按照負載電流大小及相位進行調節時，系統只需要預先辨別出負載電流大小（I）及相位（φ）變化對發電機端電壓產生影響的規律，然后按此規律調節勵磁電流，以補償發電機的需要，就能夠使發電機端電壓維持在允許范圍內。但是該調節系統對于發電機轉速或外界溫度變化等其他擾動引起的電壓偏差無法響應，因此靜態特性較差。由以上分析可知，如果將按發電機端電壓偏差調節和按負載電流大小及相位進行補償調節兩種方式相結合，既能保證靜態特性，又能兼顧動態特性，可以獲得較好的調節效果，其原理如圖4所示。勵磁變壓器輸出的電壓分量與勵磁變流器輸出的電流分量先在交流側疊加，再經過整流器整流后供給發電機勵磁繞組，從而構成交流側疊加的相復勵方式。勵磁變壓器ZB串聯一個電抗器X之后與勵磁變流器GLH并聯，經硅整流橋GZ整流后，供給發電機的勵磁繞組。當發電機負載發生變化時，例如電流增大或功率因數降低，則加到可控硅整流橋上的陽極電壓增大，故這種勵磁方式具有相復勵作用。

3結語

船舶同步發電機的勵磁系統對維持船舶電力系統的正常運行起著十分重要的作用，優良的勵磁控制系統能夠提高電網穩定性，保證船舶正常航行。同時，勵磁系統性能的提高對維持和改善電力系統性能有著決定性意義。

作者：劉磊郭國杰單位：天津海運職業學院