交流励磁发电机

    利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。交流励磁发电机由定子和转子两部分组成。定子是发出电力的电枢，转子是磁极。定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。汽轮发电机的极数多为两极的，也有四极的。
    转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场（称为转子磁场），其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。从汽轮机输入的机械转矩克服制动转矩而作功。发电机可发出有功功率和无功功率。所以，调整有功功率就得调节汽机的进汽量。转子磁场的强弱直接影响定子绕组的电压，所以，调发电机端电压或调发电机的无功功率必须调节转子电流。
    发电机的有功功率和无功功率几何相加之和称为视在功率。有功功率和视在功率之比称为发电机的功率因数（力率），发电机的额定功率因数一般为0.85。
    供给发电机转子直流建立转子励磁的系统称为发电机励磁系统。大型发电机励磁方式分为：①它励励磁系统；②自并激励磁系统。它励励磁是由一台与发电机同轴的交流发电机产生交流电，经整流变成直流电，给发电机转子励磁。自并激励磁是将来自发电机机端的交流电经降压，再整流变成直流电，作为发电机转子的励磁。

    绕线电动机的转子铁心是不绝缘的, 交流励磁发电机的铁心是绝缘的, 主要是交流励磁发电机需要考虑转 子交流励磁的工况,而绕线电机一般工作在转差率不高的异步状态. 使用绕线电动机替代交流励磁发电机最大的问题就是转子涡流损耗较大,调速工作的范围非常有 限,太宽的调速将导致转子励磁交流频率高,损耗就大了.
    此外绕线电机的绕线转子线路的绝缘是很低的,正常工作时电机的无功必须依赖电网补充. 作为交流励磁发电机使用时,如果电机需要向电网发无功,则励磁的电压会比较大,可能会超出电 机的极限引起击穿事故.
    使用绕线电机替代交流励磁发电机是可行的,但调速范围要远远小于真正的交流励磁发电机. 使用绕线电机替代主要是常规异步电机的漏磁要比发电机的大, 磁场气隙也比较大. 此外绕 线电机因为转子不绝缘, 相当于存在一个阻尼绕组, 导致转子交流励磁磁场被涡流部分抵消 (也会影响暂态过程),要接近交流励磁发电机的状态,就只能在额定转速附近试验,转速调整的 范围就很小,绕组励磁频率很低,没有意义.励磁频率越高,涡流影响越大,偏差也越大, 影响实验结果. 在调速运行时, 转子与定子磁场存在差速, 相当于一个磁场从转子表面扫过, 会导致转子产生涡流,也会引起定子的功率损耗.要改造绕线电机几乎等于买几个新的,非 常不划算了.

    交流励磁发电机主要的 运行方式有以下三种:
    1) 运行于变速恒频方式;
    2) 运行于无功大范围调节的方式;
    3) 运行于 发电-电动方式.

    由于增加了其励磁控制的自由度, 该类电机具有超越传统同步发电机的性能, 它们是:
    (1) 良好的稳定性及转速适应能力。交流励磁发电机稳态运行时, 其转子励磁频率可根据所需电机的转速加以控制, 因此当水电站采用这种电机前期发电时, 仅需控制转子励磁频率就能达到改变电机转速的目的, 以适应水头、流量的变化, 使整个发电期皆有较高的能量效率及水机的寿命。动态过程中, 由于电网频率与电机转速解耦, 即系统的频率与电机运动的转速成为可控的柔性联接, 利于定、转子的大小及相对转子的位置决定子励磁电压的大小、频率及其与定子电压的相位, 采用适当的控制策略后, 可使发电机输出的有功、无功独立调节, 且无功功率的调节是一个纯粹的电磁过程, 过渡过程短, 同时交流励磁发电机可按电网的要求运行于不同有功、无功的组合状态。
    (3) 较强的进相运行能力。由于增加了励磁控制的自由度, 使励磁磁场相对转子的位置成为可控, 超高压长线轻载时, 交流励磁发电机可深度吸收无功而不失去稳定, 因此它具有解决电站因无功过剩而出现的持续工频过电压, 并不需要附加其它设备, 且能使电站在优化的电压下运行, 提高了设备运行的可靠性, 减少了能量损失。
    由于交流励磁发电机在运行上具有上述优点,展显了其广阔的应用前景, 因此近十多年受到许多国家的学者和工程界的关注。