電機勵磁方式:磁路,分類,他勵,自勵,電機自勵過程,異步電機,同步電機,同步電機的

旋轉電機中產生磁場的方式。現代電機大都以電磁感應為基礎，在電機中都需要有磁場。這個磁場可以由永久磁鐵產生，也可以利用電磁鐵線上圈中通電流來產生。電機中專門為產生磁場而設定的線圈組稱為勵磁繞組。由於受永磁材料性能的限制，利用永久磁鐵建立的磁場比較弱，它主要用於小容量電機。但是隨著新型永磁材料的出現，特別是高磁能積的稀土材料如稀土鈷、釹鐵硼的出現，容量達百千瓦級的永磁電機已開始研製。

基本介紹

中文名：電機勵磁方式
外文名：Motor excitation mode

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磁路

用以激勵磁路中磁通的載流線圈稱為勵磁線圈（或勵磁繞組），勵磁線圈中的電流稱為勵磁電流（或激磁電流）。若勵磁電流為直流，磁路中的磁通是恆定的，不隨時間而變化，這種磁路稱為直流磁路；直流電機的磁路就屬於這一類。若勵磁電流為交流，磁路中的磁通隨時間交變變化，這種磁路稱為交流磁路；交流鐵心線圈、變壓器和感應電機的磁路都屬於這一類。

分類

一般的電機多採用電流勵磁。勵磁的方式分為他勵和自勵兩大類。

他勵

由獨立的電源為電機勵磁繞組提供所需的勵磁電流。例如用獨立的直流電源為直流發電機的勵磁繞組供電；由交流電源對異步電機的電樞繞組供電產生旋轉磁場等等。前者為直流勵磁，後者為交流勵磁。同步電機按電網的情況,可以是轉子的勵磁繞組直流勵磁,也可以定子上由電網提供交流勵磁，一般以直流勵磁為主。如直流勵磁不足，則從電網輸入滯後的無功電流對電機補充勵磁；如直流勵磁過強，則電機就向電網輸出滯後的無功電流,使電機內部磁場削弱。採用直流勵磁時,勵磁迴路中只有電阻引起的電壓降,所需勵磁電壓較低,勵磁電源的容量較小。採用交流勵磁時，由於勵磁線圈有很大的電感電抗，所需勵磁電壓要高得多，勵磁電源的容量也大得多。

他勵式勵磁電源，原來常用直流勵磁機。隨著電力電子技術的發展，已較多地採用交流勵磁機經半導體整流後對勵磁繞組供電的方式勵磁。勵磁調節可以通過調節交流勵磁機的勵磁電流來實現；也可以在交流勵磁機輸出電壓基本保持不變的情況下，利用可控整流調節。後者調節比較快速，還可以方便地利用可控整流橋的逆變工作狀態達到快速滅磁和減磁，從而取消常用的滅磁開關。前一種方式，整流元件為二極體，如把它和交流勵磁機電樞繞組、同步電機勵磁繞組一起都裝在轉子上，則勵磁電流就可以直接由交流勵磁機經整流橋輸入勵磁繞組,不再需要集電環和電刷，可構成無刷勵磁系統,為電機的運行、維護帶來很多方便。當然整流元件、快速熔斷器等器件在運行中均處於高速旋轉狀態，要承受相當大的離心力，這在結構設計時必須加以考慮。

自勵

利用電機自身所發電功率的一部分供應本身的勵磁需要。電機採用自勵時，不需要外界單獨的勵磁電源,設備比較簡單。但如果原先電機內部沒有磁場,它就不可能產生電動勢，也就不可能進行自勵。所以實現自勵的條件是電機內部必須有剩磁。

自勵系統又可分為並勵和復勵兩種。並勵指僅由同步電機的電壓取得能量的自勵系統，復勵指由同步電機的電壓及電流兩者取得能量的自勵系統。並勵發電機進行自勵的條件和起勵過程如圖1和圖2所示。圖1是並勵直流發電機的原理接線圖。圖2為其起勵過程。其中曲線1為發電機的磁化曲線Φ=f(If)。由於在一定轉速下電機的感應電動勢與磁通成正比,所以曲線1同時也就是電機的空載特性曲線E 0=f(If)，即電機的感應電動勢與勵磁電流If 之間的關係。而曲線2為勵磁迴路的電阻特性U=If·∑R,它表示勵磁電流與電機電壓之間的關係。它實際是一條斜率為ΣR的直線。其中∑R 為勵磁迴路的總電阻，它包括勵磁繞組的電阻和外加的調節電阻Rr。

電機自勵過程

電機以某一速度п旋轉時,由於電機中有剩磁，會在電樞繞組中感應電動勢Er。在此電動勢作用下，在勵磁迴路中會產生一個勵磁電流If1。如勵磁繞組接法正確，If1所產生的磁通勢將使電機中的磁場加強，電樞繞組中感應電動勢進一步增加到E1，使勵磁電流又將增大到If2。如此相互促進，直至電機空載特性和電阻特性的交點A。在這一點上,電機的端電壓為U0，它所產生的勵磁電流為If1，而在這個勵磁電流If1下，電機產生的電動勢正好為U0，電機就穩定工作在這一點。如果增大勵磁迴路的電阻 ∑R，電阻特性的斜率將增大，它與空載特性的交點下移，發電機的輸出電壓就下降。當電阻增大到某一臨界值∑Rcr時，電阻特性3與發電機空載特性幾乎相重合。此時電機電壓將不確定。若電機溫度和運行條件有一點變化，電壓就會大幅度變化。如進一步增大電阻，發電機就不能自勵建立電壓。在要求電壓能大範圍調節的場合，如同步發電機的勵磁機，可在磁極鋼片中開一個小槽，使磁路中出現狹窄區域。這些區域在比較小的磁通下就開始飽和，使電機的空載特性變得比較彎曲（圖3）,這樣勵磁迴路電阻特性能在較大範圍內和空載特性確定相交，從而獲得較廣的調壓範圍。

發電機在帶負載時，負載電流在電機內阻上的電壓降會使端電壓下降。對於自並勵電機，端電壓的下降使勵磁電流減少而導致電機端電壓的進一步下降,如圖4曲線1所示。為了克服這個缺點,發電機常採用復勵，即除了並勵繞組以外，再加一個串勵繞組，串勵繞組和負載電路串聯。隨著負載的增加，串勵繞組的磁通勢增大，使電機的感應電動勢相應地增加，以補償負載電流在內阻上的電壓降，從而使電機的端電壓能基本保持平穩，如圖4曲線2所示。

異步電機

異步發電機的自勵

交流勵磁的異步發電機也可以進行自勵。其交流勵磁電流須由電容器供給,利用LC 並聯諧振的原理建立電壓。與直流發電機一樣，要實現自勵，電機鐵心中必須有剩磁，利用剩磁在電樞繞組中產生電動勢對電容負載供電，輸出容性電流。由於輸出相位超前的容性電流，相當於輸入滯後的感性電流，它具有助磁作用，使電機氣隙磁場加強，從而增大電機的感應電動勢和容性電流。最後由於磁路飽和的影響，電機的電壓穩定在空載特性和電容特性的交點上（圖5）。它建立電壓的過程與自勵直流發電機十分相似。只是用電容特性代替了電阻特性。電容特性的斜率為。為保證異步發電機能自勵建壓，需要有足夠的電容，當電容小到臨界值Ccr 時,電容特性與無載特性重合，電機就不能穩定發電。再減小電容，電機就不能自勵建立電壓。

同步電機

同步電機的勵磁

勵磁系統除了應該能維持電機電壓以外,還有其他一系列要求,如在調節系統的無功功率和在電力系統發生突然短路、突加負載及甩負載時，能對電機強行勵磁或強行減磁，以提高電力系統運行的穩定性和可靠性，當電機內部發生短路事故時能對電機快速滅磁，以防止事故擴大，避免電機進一步損壞等。所以同步電機的勵磁系統比較複雜，種類繁多，其分類列於表。

勵磁系統分類

同步電機勵磁系統的分類如下：

同步電機的勵磁系統

由勵磁電源、手動調節裝置、自動勵磁調節器和滅磁裝置等組成。勵磁電源也分為自勵式和他勵式兩大類。他勵式設備比較龐大，但調節性能較好，而自勵式電源比較簡單，但是當電力系統發生故障，電網電壓嚴重下降時，其勵磁電流可能反而減少，使電網電壓情況更為惡化。勵磁電壓影響電機運行的穩定性，為此必須採取適當的設備保護措施。

自勵式勵磁電源

取自同步電機內部的輔助繞組或直接取自同步電機本身的出線端。同步電機自勵式勵磁系統中，自動勵磁調節器是重要部件。它的作用是當同步電機的端電壓和無功功率發生變化時，能根據電壓量測比較單元和無功補償（調差）單元送回的反饋信號，自動地控制勵磁機或其他勵磁供電電源的輸出電流，達到自動調節端電壓和無功功率的目的。此外，調節器中還有一些輔助調節裝置，例如用以限制發電機某些運行量（如轉子電流，定子電流等）的限制單元；通過引入轉速或頻率等附加信號來改善電子系統動態性能的穩定單元和其他補償單元等。此外，還有滅磁裝置，它是在電機內部發生短路時,使電機的勵磁電流迅速衰減到零,從而使電機的感應電動勢降到很低，以避免進一步損壞。

電機勵磁方式