新型混合励磁发电机原理
发电机原理及构造发电机的励磁系统
发电机原理及构造——发电机的励磁系统众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。
在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。
直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。
其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。
将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。
直流送给转子励磁、绕组励磁。
这就是无刷系统。
下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。
一、相复励励磁原理左图为常用的电抗移相相复励励磁系统线路图。
由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。
负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK 移相进行相位补偿。
二、三次谐波原理左图为三次谐波原理图，对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。
谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。
三、可控硅直接励磁原理由左图可以看出，可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（A VR），控制可控硅的导通角来调节励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。
四、无刷励磁原理无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。
它是利用交流励磁机，其定子上的剩磁或永久磁铁（带永磁机）建立电压，该交流电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发电机建压。
发电机励磁装置的原理
发电机励磁装置的原理发电机励磁装置是发电机的重要组成部分，其主要作用是提供足够的磁场使发电机能够产生电流。
本文将介绍发电机励磁装置的原理及其工作过程。
一、励磁原理发电机励磁装置的原理基于电磁感应和电磁场的相互作用。
通过电流在励磁线圈中产生的磁场，进一步激发转子绕组中的磁场，促使发电机产生电流。
励磁电流的大小和方向对发电机的电压和频率有直接影响。
以下将详细讲述两种常见的励磁方式。
二、直流励磁直流励磁是一种常见的发电机励磁方式。
直流励磁装置由直流发电机、调压器以及励磁线圈组成。
调压器的作用是稳定调节励磁电流。
具体工作原理如下：1. 调压器将主电网的交流电压变换成稳定的直流电压。
2. 直流电压通过励磁线圈产生磁场，磁场通过转子绕组进一步增强。
3. 转子绕组中的磁场与定子绕组中的磁场相互作用产生电流。
4. 电流经过整流器变换为直流电流，用于产生发电。
三、感应励磁感应励磁是另一种常见的发电机励磁方式，主要用于小型发电机或紧凑型发电机。
感应励磁装置由励磁线圈、感应发电机和电源组成。
其工作原理如下：1. 发电机的转子绕组接通电源。
2. 电流在转子绕组中形成磁场，磁场通过转子-定子之间的磁路传递给励磁线圈。
3. 励磁线圈中的磁场激发感应发电机产生电流。
4. 励磁电流通过整流装置变换为直流电流，并用于产生发电。
四、励磁控制对于励磁装置，控制励磁电流的大小和方向非常关键。
通过调节励磁电流，可以稳定和控制输出的电压和频率。
常见的励磁控制方法包括手动调节、自动调节和半自动调节。
手动调节需要由操作人员根据发电机运行情况进行调整，而自动调节则通过发电机调节器实现智能自动控制，半自动调节则是在自动调节的基础上，人工进行调整。
五、总结发电机励磁装置在电力发电系统中起着至关重要的作用。
通过励磁装置，可以产生足够的磁场以激发发电机的电流，并通过调节励磁电流来控制输出的电压和频率。
无论是直流励磁还是感应励磁，励磁装置都是发电机能够正常工作的重要组成部分。
图解发电机励磁原理
效果越明显。但负面影响越大。正确的思路是在不影响励磁可靠
性的基础上强调励磁强励倍数。（水电2倍;国标2倍+80%=2.5;三
峡2.5+80%=3.125;<1000V,OK）
励磁对动态稳定的影响
▪ 发电机转子运动方程：ΔΡ、Δω、Δδ。 ▪K1主要是同步力矩环节；D转子阻尼环节；K4
发电机去磁电枢反应；K5励磁正负阻尼系数；K2
开关励磁
可控硅励磁原理
三相全控桥电路 α=00:强励状态，AC变DC α=α0:整流状态，AC变DC α=1500:逆变状态，DC变AC
全控桥与半控桥
全控桥： 整流与逆变 整流特征相同 能够逆变也能续流 Uf反相恒定 If线性衰减
灭磁快 半控桥： 整流与续流 整流特征相同 不能逆变只能续流
Uf＝0 If非线性衰减
使故障切除后的发电机内电势Eq迅速上升，增加功率输出，以达
到增加减速面积的目的。 正常工作曲线1；短路曲线3；强励使功率特性曲线增加到bc‘段 （减少了加速面积）；δ2时故障切除；强励使曲线2的dehg增加 到de’h’g （增大减速面积）；转子功角最大值由δm’降到 δm。
励磁顶值电定比喻
❖ 腕中放置一个球，且受到外部的一个小外力，它就偏离原来的位置。如果这个腕的高度很矮，像一个盘子，该球就 有可能从碗中掉下来。此时，我们就说这个系统静稳不足。提高腕的高度最经济的办法就是采用自动电压调节器。
❖ 当碗中的球受到一个大的外力，怎样保证该球不飞出，最主要措施就是快速的继电保护。继保的作用就相当于减少 这个外部力量的作用时间，继保越快，外力的作用时间就越短，这个球就不会一下子掉下来。自动电压调节器此时 作用相当于自动改变这个腕的坡度，当这个球上升时增加坡度，当这个球下降时就减少这个坡度，使这个球在碗中 滚动幅度迅速减小。
发电机励磁系统原理
发电机励磁系统原理及运行1.（发电机励磁系统图：）励磁系统构成及优缺点：励磁电源由励磁变引自发电机机端，通过可控硅整流元件直接控制发电机的励磁,这种励磁方式即为自并励可控硅整流励磁，其特点如下：（1）因采用可控硅整流器和无需考虑同轴励磁机时间常数的影响,故可获得较高的电压响应速度。
(2) 励磁变压器接到发电机端不受厂用电压的影响，但需起励电源。
（3）缺点：其一整流输出的直流顶值电压受发电机或电力系统短路故障形式和故障点远近的影响，缺乏足够的强励能力。
其二由于自并励可控硅整流励磁系统的发电机短路电流衰减较快，对发电机带延时的后备保护可靠动作不利。
为此，过流保护可采用电流启动记忆，由复合电压或低电压闭锁的延时保护。
2. 发电机励磁装置:(1) 励磁装置组成:并联励磁变、可控整流装置、励磁调节器、灭磁及转子过电压保护、起励回路。
(2) 并联励磁变压器：型号:SCLLB-1800KVA / 容量:1800kVA一次电压15.75KV 二次电压:0.6kv接线Y/△ -11••••• 自并励励磁系统的励磁变压器不设自动开关，只设有隔离刀闸。
励磁变装设过流保护，该保护动作引跳出口油开关及灭磁开关。
励磁变接在主变底压侧,不受系统及厂用电影响。
•（3) 可控硅整流回路:（整流回路原理图：）以单相半波整流电路为例说明可控硅整流电路的工作原理。
要使可控硅导通，必须在可控硅的阳极及控制极同时加正向电压，并且使流过可控硅的阳极电流大于它的维持电流。
当阳极加反响电压，或流过可控硅阳极的电流小于维持电流时，可控硅截止。
从可控硅承受正向电压开始，到可控硅导通为止，这一段区间为控制角。
改变控制角的大小，可调整可控硅输出电压的大小。
可控硅整流电路可输出连续可调的直流电压。
主整流器采用三相全控桥,2个功率柜并列运行。
整流元件采用晶闸管整流，•每个功率柜额定功率输出2000A。
整流柜为强迫风冷式。
风机设有主、备用电源,互为备用(•主、备用电源:均用机旁I II段电源)。
励磁系统工作原理
励磁系统工作原理励磁系统可以理解为一种用来产生磁场的装置。
它的主要作用是对发电机、电机等电动机设备进行电磁励磁，使得设备能够正常运行，并能够保证其使用寿命和电能转换效率。
由于这个系统十分重要，因此我们需要了解励磁系统的工作原理以及常见的励磁方式。
一、励磁系统的工作原理励磁系统实质上是一种“电磁铁”，其特殊之处在于，它除了具有一般铁磁体的电磁特性外还具有一定的自激振荡特性，如图1所示。
这个系统的主要部件是励磁源和励磁线圈。
励磁源可以是各种类型的电源（包括交直流电源及其他的互感式、电感式和阻抗式等），而励磁线圈则是由若干匝紧密缠绕而成的线圈，处于磁场中心部分的铁心上，它的作用就是在被电流通过时，产生一个磁场。
励磁线圈的构造与电磁铁非常相似，其电极部分与励磁源相连，原则上可以实现任意的电极组合，如图2所示。
当电流通过励磁线圈时，线圈所绕制的铁心产生了一个磁场，它的方向与电流方向相关。
如果线圈中的电流始终维持不变，那么线圈内部的磁场同样也将不会有任何变化。
然而，如果线圈内部的电流变化，那么它所产生的磁场也会跟随变化，而这种变化将会导致有电动势产生，如图3所示。
此时，产生的电动势是否能产生稳定的电磁力，取决于线圈的特性。
如果线圈本身可以实现自激振荡效果，那么产生的电动势就可以在电磁铁上形成一个稳定的磁场，这种磁场可以长期存在，直到电流被关闭。
二、常见的励磁方式在实际生产中，常用的励磁方式包括直接励磁、串联励磁、并联励磁等等。
这些方式各具特点，其用途也存在一定的差异，下面我们就来详细介绍一下这些方式的基本原理及适用范围。
1、直接励磁直接励磁也称为自励磁，其主要特点就是直接将励磁电流直接加到励磁电源上。
对于这一方式，我们需要特别对其工作原理进行描述。
直接励磁的工作原理基于极化现象，也就是说，当励磁电流通过励磁线圈传导到铁芯中，铁芯材料就会被极化，从而改变其磁性质。
从而实现电机磁场的产生。
通过这种方式可以实现一个稳定的、非常强的磁场，从而实现电机或发电机的正常运行。
发电机的励磁方式及工作原理
.发电机的励磁方式及工作原理同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生那个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。
依照励磁电流的供给方式，凡是从其它电源取得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身取得励磁电源的，则称为自励发电机。
一、发电机取得励磁电流的几种方式一、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一样与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机取得直流电流。
这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较靠得住和减少自用电消耗量等优势，是过去几十年间发电机要紧励磁方式，具有较成熟的运行体会。
缺点是励磁调剂速度较慢，保护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采纳。
二、交流励磁机供电的励磁方式代大容量发电机有的采纳交流励磁机提供励磁电流。
交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，现在，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采纳静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。
交流副励磁性能够是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。
为了提高励磁调剂速度，交流励磁机通常采纳100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采纳400——500HZ的中频发电机。
这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作靠得住，结构简单，制造工艺方便等优势。
缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。
3、无励磁机的励磁方式：在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。
自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。
自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和保护工作量少等优势。
发电机励磁系统原理
励磁调节器原理图
AVR（自动） 恒电压闭环 自动电压调节器 ECR（手动） ECR（手动） 恒电流闭环 励磁电流调节器 电压给定Ugref 电流给定Ifref PID调节计算 限制功能
移相触发器原理：Ut＋Uk＝触发脉冲 模拟式移相电路：余弦移相、锯齿波移相
控制电压Uk 恒无功闭环： 恒无功闭环：AVR的辅助控制 的辅助控制
轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。 也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。
优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响 缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡
交流励磁机系统（二机它励） 交流励磁机系统（二机它励）
同轴
组成：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
建立δ－ω平面坐标系
T1：励磁产生的电磁力矩 T2：PSS产生的电磁力矩 ΔPSS:附加励磁控制信号 AVR(PID)＋PSS产生的电磁力矩
PSS输入信号 Δω、Δδ、Pe、ΔP、Δf
测量轴转速Δω，测量和处理比较复杂, 轴系扭转的处理更加困难，使用较少 测量过剩功率ΔP，测量和处理更加复杂,输入信号多，使用也少 测量电功率Pe，在假定机械功率不变的情况下，可以得到过剩功率ΔP，使用广 泛，效果不错。但在原动机功率变化时会出现反调现象。 测量机端电压频率△f，克服了Δω测量处理上的困难，但由于发电机电抗的影 响，△f与频差Δω不完全一致，因而效果上稍差。 。
欠励限制
欠励动作后按照Q闭环运行， 欠励动作后按照Q闭环运行，欠励设 定值与机端电压值相关的设计
发电机进相不能太深，否则定子绕组的端部、磁轭等部件可能过 热，将严重影响发电机的运行安全，失磁保护将动作停机。为了 保证机组的稳定运行，低励限制器必须在机组超过限制区之前将 定子电压升高，以使机组运行点回到允许的允许范围之内。
新型混合励磁BSG调压与转矩特性研究
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ＆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ，Ｈｕ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ Ｏ ０ ６ ８ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｆ ｏ ｒ ａ １ ０ ０ Ｗ ＢＳ Ｇ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ，ａ ｎ ｄ ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｉ ｔ ｓ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｂ Ｓ Ｇ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ；ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ；ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ；ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ Ｒｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｔｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｏ ｆ Ｎｅ ｗ Ｈ． ｙ ｂ ｒ ｉ ｄ Ｅｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ＢＳ Ｇ
Ｂ Ｓ Ｇ电 机 样 机 的 电 压 调节 特性 进 行 了分 析 ，研 究 新 型 Ｂ Ｓ Ｇ电机 的 转 矩 特 性 及 其 转 矩 补偿 问题 。
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目前，国内使用的车用交流发电机一般有以下几种形式。
按结构形式分:有电刷和无电刷；内置双风叶和外置单风叶；爪极式和凸极式。
按励磁的形式分: 电磁式和永磁式。
按功能的形式分:带调节器和不带调节器。
其基本工作原理以前的资料均有介绍和论述，主要是从电磁场去分析。
笔者研制外贸电机时接触到一种新型发电机。
成功试制且批量生产，此电机技术已逐步应用于原JF15（14V/35A）系列交流发电机上，现介绍如下，供读者参考。
一、发电机的外形与结构
此发电机的励磁部分采用了混磁方式，输出性能为14V/55A。
以前有资料介绍过此发电机，但仅停留在样机阶段，结构也有所不同。
随着国外车型不断出现，此结构发电机数量不断增多，市场销量逐渐上升，其实用价值逐步体现。
发电机由前后端盖/轴承、定子部件、转子部件、整流桥/调节器、皮带轮和外置风叶等组成。
其外形图如图1所示，总装图如图2所示。
二、发电机主要特点
励磁源采用混合式励磁方式，由永磁感应转子和电磁励磁构件组成。
永磁感应转子由6块永磁磁钢（Y30）用增强尼龙塑压方式镶入转子铁心上，转子铁心由钢板B-1-GB708-88/08-Ⅱ-S-GB710-91铁心片组成，厚度为28.5 mm。
靠近后端盖端铸有内置风叶，外径为85.5mm，其外形如图3所示。
电磁励磁构件是由导磁轭和励磁线圈部件组成。
导磁轭压装在转子轴上，而励磁线圈部件由励磁骨架固定板、励磁托架和线圈骨架组成，线圈骨架上绕制有漆包线QZY-1 /135，直径为0.8 mm，匝数为390，电阻为2.95 Ω，铜的用量340g。
励磁骨架固定板装配在后端盖上。
导磁轭与导磁托架间的气隙为0.5mm。
其外形如图3所示。
定子部件中的定子线圈为3个绕组，每个绕组有3个元件，每个元件有23圈的QZ-2/180 1.0漆包线，采用了三角形接法，铜的用量150 g，定子铁心外径120.5mm，内径86.5mm，9齿，它与永磁感应转子间的气隙为1mm。
其外形如图3所示。
前端盖材料为10号钢，为满足电机励磁要求而提供磁路。
后端盖轴承室内装有公差环，它的材料为PPS，作用是防止轴承跑外圈。
前后轴承均采用加厚6203/6303。
三、优缺点分析
此发电机是一种混磁（即作用在电枢绕组上的磁通是永磁磁通与电磁磁通的合成磁通）无刷内外置单风叶有调节器的交流发电机（简称为混磁发电机，下同）。
就单独电励磁而言，等同于爪极式无刷发电机的结构，当接通直流电时，主磁通经励磁线圈部件→前端盖部件→定子部件（铁心）→主气隙g1→永磁感应转子→导磁轭→附加气隙g2，最后到励磁线圈部件，形成闭合的磁路。
爪极式无刷发电机漏磁大，漏磁系数可达到1.5，有2个附加气隙。
而混磁发电机只有1个附加气隙，且在转子铁心上镶入了永磁磁钢，这样永磁磁钢和励磁绕组提供了合成的磁通，加大了磁通量。
从而间接节省了铜的用量。
由于有内外置单风叶，使得发电机的冷却条件改善，可适当提高电枢的电流密度，改善输出性能。
采用无刷结构和加厚的轴承，增加了电机运转的可靠性。
另外，永磁发电机电压调节率比电磁式差，而混磁发电机正好弥补了此点的不足。
混磁发电机具有以下优点:可靠，耐高温，允许超过100m/s的圆周速度，用铜量少（经计算节约材料20%）。
缺点:结构相对复杂，电机容量相对不大，一般在3～10kW。