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电机励磁方式及原理.pdf

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电机励磁方式 旋转电机中产生磁场的方式。现代电机大都以电磁感应为基础，在电机中都 需要有磁场。这个磁场可以由永久磁铁产生，也可以利用电磁铁在线圈中通电流 来产生。电机中专门为产生磁场而设置的线圈组称为励磁绕组。由于受永磁材料 性能的限制，利用永久磁铁建立的磁场比较弱，它主要用于小容量电机。但是随 着新型永磁材料的出现，特别是高磁能积的稀土材料如稀土钴、钕铁硼的出现， 容量达百千瓦级的永磁电机已开始研制。 一般的电机多采用电流励磁。励磁的方式分为他励和自励两大类。 他励 由独立的电源为电机励磁绕组提供所需的励磁电流。例如用独立的直流电源 为直流发电机的励磁绕组供电；由交流电源对异步电机的电枢绕组供电产生旋转 磁场等等。前者为直流励磁，后者为交流励磁。同步电机按电网的情况,可以是 转子的励磁绕组直流励磁,也可以定子上由电网提供交流励磁，一般以直流励磁 为主。如直流励磁不足，则从电网输入滞后的无功电流对电机补充励磁；如直流 励磁过强，则电机就向电网输出滞后的无功电流,使电机内部磁场削弱。采用直 流励磁时,励磁回路中只有电阻引起的电压降,所需励磁电压较低,励磁电源的容 量较小。采用交流励磁时，由于励磁线圈有很大的电感电抗，所需励磁电压要高 得多，励磁电源的容量也大得多。 他励式励磁电源，原来常用直流励磁机。随着电力电子技术的发展，已较多 地采用交流励磁机经半导体整流后对励磁绕组供电的方式励磁。励磁调节可以通 过调节交流励磁机的励磁电流来实现；也可以在交流励磁机输出电压基本保持不 变的情况下，利用可控整流调节。后者调节比较快速，还可以方便地利用可控整 流桥的逆变工作状态达到快速灭磁和减磁，从而取消常用的灭磁开关。前一种方 式，整流元件为二极管，如把它和交流励磁机电枢绕组、同步电机励磁绕组一起 都装在转子上，则励磁电流就可以直接由交流励磁机经整流桥输入励磁绕组,不 再需要集电环和电刷，可构成无刷励磁系统,为电机的运行、维护带来很多方便。 当然整流元件、快速熔断器等器件在运行中均处于高速旋转状态，要承受相当大 的离心力，这在结构设计时必须加以考虑。 自励利用电机自身所发电功率的一部分供应本身的励磁需要。电机采用自 励时，不需要外界单独的励磁电源,设备比较简单。但如果原先电机内部没有磁 场,它就不可能产生电动势，也就不可能进行自励。所以实现自励的条件是电机 内部必须有剩磁。 自励系统又可分为并励和复励两种。并励指仅由同步电机的电压取得能量的 自励系统，复励指由同步电机的电压及电流两者取得能量的自励系统。并励发电 机进行自励的条件和起励过程如图1和图2所示。图1是并励直流发电机的原理 接线图。图2为其起励过程。其中曲线1为发电机的磁化曲线Φ＝f(If)。由于在 一定转速下电机的感应电动势与磁通成正比,所以曲线1同时也就是电机的空载 特性曲线E0=f(If)，即电机的感应电动势与励磁电流If之间的关系。而曲线2 为励磁回路的电阻特性U＝If·∑R,它表示励磁电流与电机电压之间的关系。它实 际是一条斜率为ΣR的直线。其中∑R为励磁回路的总电阻，它包括励磁绕组的 电阻和外加的调节电阻Rr。 电机自励的过程如下：电机以某一速度п旋转时,由于电机中有剩磁，会在 电枢绕组中感应电动势Er。在此电动势作用下，在励磁回路中会产生一个励磁 电流If1。如励磁绕组接法正确，If1所产生的磁通势将使电机中的磁场加强，电 枢绕组中感应电动势进一步增加到E1，使励磁电流又将增大到If2。如此相互促 进，直至电机空载特性和电阻特性的交点A。在这一点上,电机的端电压为U0， 它所产生的励磁电流为If1，而在这个励磁电流If1下，电机产生的电动势正好为 U0，电机就稳定工作在这一点。如果增大励磁回路的电阻∑R，电阻特性的斜率 将增大，它与空载特性的交点下移，发电机的输出电压就下降。当电阻增大到某 一临界值∑Rcr时，电阻特性3与发电机空载特性几乎相重合。此时电机电压将 不确定。若电机温度和运行条件有一点变化，电压就会大幅度变化。如进一步增 大电阻，发电机就不能自励建立电压。在要求电压能大范围调节的场合，如同步 发电机的励磁机，可在磁极钢片中开一个小槽，使磁路中出现狭窄区域。这些区 域在比较小的磁通下就开始饱和，使电机的空载特性变得比较弯曲（图3）,这样 励磁回路电阻特性能在较大范围内和空载特性确定相交，从而获得较广的调压范 围。 发电机在带负载时，负载电流在电机内阻上的电压降会使端电压下降。对于 自并励电机，端电压的下降使励磁电流减少而导致电机端电压的进一步下降,如 图4曲线1所示。为了克服这个缺点,发电机常采用复励，即除了并励绕组以外， 再加一个串励绕组，串励绕组和负载电路串联。随着负载的增加，串励绕组的磁 通势增大，使电机的感应电动势相应地增加，以补偿负载电流