船舶同步发电机励磁系统设计范文

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《自动化应用杂志》2015年第三期

1励磁系统的典型形式

1.1他励交流励磁系统他励交流励磁系统原理如图1所示。交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。副励磁机采用自励式，副励磁机输出电压经整流后向其励磁绕组供电。

1.2自励交流励磁系统自励交流励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经励磁变压器后获得，自动励磁调节器控制可控硅砖触发角，以调节交流励磁机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子。其原理如图2所示。交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电流；自动励磁调节器控制可控硅的触发角，调整其输出电流。

1.3无刷励磁系统无论是他励还是自励交流励磁系统，都采用静止的励磁机电枢和整流装置，并且没有采用机械式换向器，而是用硅整流元件或可控硅来代替。但是，该系统的不足之处在于需要通过电刷滑环机构将静止的励磁系统与发电机转子回路相连，由于滑环转动时需要摩擦接触，电刷滑环机构是系统最薄弱的环节。随着船舶同步发电机组功率的增加，电枢电流也将大大增加，可能会导致部分电刷滑环机构出现过热和冒火的现象。由于无刷励磁系统没有任何摩擦接触部件，因此可以很好地解决这一问题，从而提高整个系统的可靠性，其原理如图3所示。船舶同步发电机无刷励磁系统由发电机、励磁机、整流器和控制器组成。励磁机采用旋转电枢式，发出的三相交流电经旋转的二极管整流桥模块整流后，直接送入发电机转子回路，作为发电机的励磁电流。由于励磁机电枢、整流器和发电机转子都在同一根轴上旋转，所以它们之间没有电刷和滑环等摩擦接触部件。正因如此，无刷励磁系统的运行更可靠。其不足之处在于：存在同轴励磁机而使发电机的轴向尺寸增加，励磁机具有较大的电磁惯性，动态特性较差，以及转子电流、电压及温度不便直接测量等。

2静止励磁系统

静止励磁系统采用自励系统，取消了励磁机，将励磁变压器接在发电机端口，用发电机自身端电压来进行励磁，故这种励磁方式称为自励。与采用励磁机的励磁方式相比，在自励系统中，励磁变压器、整流器等都是静止元件。静止励磁系统的调节方法，一般都是按照电压偏差（△U）、负载电流（I）和电流相位（φ）这三个参数来进行的：（1）按照电压偏差进行调节时，系统的输出只与发电机端电压偏差（△U）有关，而不考虑产生扰动的原因。该调节方式的静态特性和调整精度都较好，而动态调节的过程呈现出周期性的振荡，因此动态特性较差。 （2）按照负载电流大小及相位进行调节时，系统只需要预先辨别出负载电流大小（I）及相位（φ）变化对发电机端电压产生影响的规律，然后按此规律调节励磁电流，以补偿发电机的需要，就能够使发电机端电压维持在允许范围内。但是该调节系统对于发电机转速或外界温度变化等其他扰动引起的电压偏差无法响应，因此静态特性较差。由以上分析可知，如果将按发电机端电压偏差调节和按负载电流大小及相位进行补偿调节两种方式相结合，既能保证静态特性，又能兼顾动态特性，可以获得较好的调节效果，其原理如图4所示。励磁变压器输出的电压分量与励磁变流器输出的电流分量先在交流侧叠加，再经过整流器整流后供给发电机励磁绕组，从而构成交流侧叠加的相复励方式。励磁变压器ZB串联一个电抗器X之后与励磁变流器GLH并联，经硅整流桥GZ整流后，供给发电机的励磁绕组。当发电机负载发生变化时，例如电流增大或功率因数降低，则加到可控硅整流桥上的阳极电压增大，故这种励磁方式具有相复励作用。

3结语

船舶同步发电机的励磁系统对维持船舶电力系统的正常运行起着十分重要的作用，优良的励磁控制系统能够提高电网稳定性，保证船舶正常航行。同时，励磁系统性能的提高对维持和改善电力系统性能有着决定性意义。

作者：刘磊郭国杰单位：天津海运职业学院