来源：电力知识论坛

摘要：

1、发电机无刷励磁系统的工作原理

2、发电机无刷励磁系统的结构

3、励磁机的干燥系统

内容：

一 . 无刷励磁系统工作原理

无刷励磁按旋转整流器类型分为旋转二极管型和旋转可控硅型，其系统原理图如图1-1所示：目前实际上采用的均是旋转二极管型，旋转可控硅型的旋转中收发触发脉冲及检测等技术问题尚处于研究阶段。

无刷励磁系统一般由永磁机、主励磁机和旋转整流装置三大部件组成，见图1-1

(a) (b)

图 1-1 励磁系统原理图

（a.旋转二极管励磁系统 b.旋转可控硅励磁系统）

永磁机磁极、励磁机电枢、旋转整流装置是与发电机同轴旋转的。永磁机电枢产生的高频电源通过两组全控整流桥整流变成直流供给主励磁机励磁绕组，主励磁机电枢输出的中频交流电供给旋转整流装置，旋转整流器输出的直流电源送至发电机转子的励磁绕组。

励磁机电枢绕组直接连至三相桥式全波旋转整流装置，旋转整流装置其正、负极直接与主发电机转子连接，供给发电机励磁。因此励磁系统不需要电刷和滑环装置，如此就构成了无刷励磁系统。

整流装置为板式结构，便于维修和更换；快速熔断器及电容器为单元组合式；整流装置电路为三相桥式全波整流，每一支路由两个并联整流管与两个并联熔断器串联，可以及时开断故障，当每相25％的硅整流管损坏时，仍能满足发电要求。该类励磁系统励磁电压响应时间小于0.1s，故属高起始响应无刷励磁系统。

控制自动电压调节的可控硅整流器的控制角，达到实现调节发电机励磁的要求。在正常情况下，发电机励磁电流的大小，由自动电压调节器（AVR）按发电机输出端电压偏差信号可以自动调节，维持发电机端电压在给定的水平上。

励磁机冷却系统是其正常运行的重要条件，励磁机为空冷方式，通风上没有专门的风扇设计，仅利用旋转二极管的径向安装，旋转产生风压作用；励磁机内设有一组冷却器，冷却水取自闭式水系统；为防止励磁机圆筒电枢旋转产生负压，轴承向励磁机漏油，在励磁机顶部设有一只过滤器与大气连通。

无刷旋转二极管励磁系统具有结构简单、便于维护、可靠性高的特点，但无刷励磁方式取消了滑环和电刷后带来了两方面新的问题：一是无法用常规的方法直接测量转子电流、转子温度、监视转子回路对地绝缘，监视旋转整流桥上的熔断器等，而必须采用特殊的测量和监视手段；二是无法采用发电机磁场回路装设快速灭磁开关和放电电阻的传统灭磁方式，而只能在交流励磁机磁场回路装设灭磁开关，因此灭磁时间相对较长，如图1-2所示，即为无刷励磁系统原理接线图。

图1-2 无刷励磁系统原理接线图

1-无刷主励磁机电枢；2-永磁机电枢；3-永磁机磁极；4-旋转整流装置；5-主发电机电枢；6-无刷主励磁机磁场；7-可控硅整流装置；8-主发电机转子磁场

二. 无刷励磁系统结构及特点

励磁系统由整流环、三相主励磁机、三相副励磁机、冷却器、计量和监控装置组成。其结构如图1-3所示。

图1-3 带旋转二极管的无刷励磁系统（系统图）

1-三相副励磁机；2-接地故障检测用电刷和滑环；3-正交轴测量线4-三相主励磁机；5-熔断器响应监控装置；6-二极管整流装置；7-三相引线；8-MULTI-CONTRACT接头；9-转子绕组；10-定子绕组；11-自动电压调节器；12-固定式熔断器响应监控装置。

永久性磁铁副励磁机产生的三相交流电由全控整流桥整流变成直流，通过AVR控制，以提供激励主励磁机的可变直流电。主励磁机转子感应的三相交流电在旋转式整流器电桥内整流后，通过转子轴的直流引线进入发电机转子绕组。

图1-4 主励磁机结构示意

1-联轴节；2-整流环；3-励磁机转子；4-风机

由上图1-4可见，整流环和励磁机转子安装在与发电机转子刚性联接的同一个轴上，并由位于其端部的轴承予以支承, 这样发电机转子和励磁机转子就由3个轴承予以支承。

通过由插入式螺栓和插座组成的多触点电触点系统，两个轴总成的机械耦合使位于中心轴孔内的直流引线同时连接。该电触点系统也用于补偿由热膨胀造成的引线长度的改变。

1． 整流环(图1-5, 图1-6)

在三相电桥电路中，整流环的主要部件是安装在整流环上的硅二极管。二极管的内部结构布置如图1-3所示。二极管必需的接触压力由一盘簧总成和旋转期间的离心力产生。

图1-5 整流环内部件组合

1-散热片；2-绝缘材料；3-圆盘式二极管；4-绝缘螺栓连接；5-带冷却孔的承压件；6-MULTI-CONTACT薄膜；7-盘簧；8-触点桥接器

图1-6 整流环部件组合示意图

1-整流环；2-熔断器；3-二极管；4-联轴节；5-Multicontact 连接器

图1-5中表示出的部件系附加部件，安装在整流环内。每两个二级管一组安装在各铝合金散热片中，因而可以将它们并联连接。与各个散热片相连的是熔断器，当一个二极管不工作它就会断开这两个二极管。

为了抑制因整流产生的瞬间电压峰值，每个整流环要安装6个各由一个电容和一个阻尼电阻器组成的RC网络。它们组合在一个单树脂封装的装置内。 经过绝缘和冷缩的整流环将做为直流母线作用于整流器电桥的正负侧。这种结构布置能易于接近所有的部件和最小的电路连接。两个整流环的机械结构设计是一样的，只是二极管的正向有所不同。

来自整流环的直流电流通过径向螺栓进入布置在轴中心孔内的直流引线。三相交流电则通过安装在整流环与三相主励磁机之间的轴周围的铜导线获得。导线用捆扎线夹固定，然后配以上扣的接线片以便进行二极管的内部连接。每个散热片组的4个二极管提供有一根三相导线。

2．三相主励磁机

主励磁机适应带整流负载的要求，并有较大的储备容量，发电机出口三相短路或不对称短路时，励磁机不产生有害的变形或过热。交流主励磁机采用150Hz。主励磁机是一台小型三相隐极式同步发电机。

图1-7 三相主励磁机结构示意

1-磁极；2-定子；3-转子；4-风机

三相主励磁机系一个6极旋转电枢装置，见图1-7。这6个极与激励和阻尼绕组安装在定子架内。磁场绕组位于叠片磁铁极上。在极靴上装有母线，其端部连接后形成阻尼绕组。两个极之间装有一个正交轴，用以测量励磁机的感应电流。转子由多层迭片组成。迭片通过贯穿螺栓在压缩环上压制而成。把三相绕组插入迭片转子的槽内，把绕组导体在铁芯长度的范围内进行交叉，然后用玻璃纤维带把转子绕组的端匝予以固定，在面对整流轮的一侧进行连接。绕组端被延伸到与整流环的三相导线相连接的集电环，注满合成树脂并且在凝固之后，整个转子热装到轴上。轴承位于风机后面，由汽轮机润滑油的供给系统进行强制润滑油润滑。

3．三相副励磁机

副励磁机采用永磁式中频发电机，具有良好的外特性，从发电机空载到强行励磁时，其端电压变化不超过10%额定值。配置用于报警的故障低电压、过电流检测继电器及电压、电流表计。

图1-8 三相副励磁机结构示意

1-轴承；2-定子；3-永久性磁铁转子；4-定子

三相副励磁机系16极旋转磁场装置。励磁机的机架装有带三相绕组的叠片铁心。转子由具有悬挂极的轮毂组成，见图1-8。每个极由10个独立的永久性磁铁组成，这些磁铁装在一个非磁性的金属壳内，并用螺栓固定在轮毂与外极靴之间。转子轮毂则热装在轴的自由端。

4．励磁机的冷却

图1-9 励磁机结构示意

1-三相副励磁机；2-风机；3-三相主励磁机；4-整流环

励磁机(图1-9)是空气冷却的。冷却空气为闭式循环，并在横靠励磁机安装的两个冷却器装置中进行再冷却。整个励磁机装在冷却空气循环通过的机壳中。

图1-10励磁机冷却示意图

图1-10所示，整流环从两侧吸入冷空气，然后把热空气排到位于基板下面的腔室。另一路冷空气通过副励磁机，然后通过风机，主励磁机的机壳才接收到这一冷空气。冷空气从两端进入主励磁机，并被传送至转子体下面的输送管道，然后通过转子铁芯的径向槽排到下腔室。而热空气则通过冷却器区返回到主机壳。

三、 励磁机的干燥系统

励磁机还安装干燥装置除湿器，旨在防止当汽轮发电机停机时，在励磁机内部或在盘车装置上形成凝结水。

图1-11干燥器结构图

1-干燥空气出口；2-截流阀；3-再生空气入口；4-温度调节装置；5-干燥器外壳；6-干燥空气入口；7-再生空气出口；8-滤网

图1-12 干燥器工作原理图

1-再生空气出口；2-干燥器轮；3-加热器；4-通风机；5-过滤器6-空气出口；7-截流阀

干燥器用于除去励磁机机壳内空气的水分。干燥器轮用不易燃材料制做，从图（1-11、1-12）可见，在其入口侧干燥器轮装有一个筒形管道系统，其表面充满高度吸湿材料。筒形管道按所需尺寸加工而成，以使其甚至在高速度气流下也能得到压力损失较低的层流。

正向热气流通过与进入空气相反的方向转动的干燥器轮时，干燥器轮吸收的水分就会在再生段被除去，然后排到大气中。干燥器轮的材料被再生后又可以重新吸收水分

用独立的气流即可使吸收水分和再生干燥器轮材料的工序同时进行，从而也能确保连续不断地将空气进行干燥。在干燥空气出口管路中安装截流阀，可防止发电厂被污染空气在励磁机加载期间被吸入。

干燥器轮慢速旋转（每小时大约转动7 圈）时进行除湿。蜂巢式干燥器轮由含有晶体氯化锂的硅化镁合金制做，而干燥器轮的内部再分成4 部分，其中1/4 部分用于干燥材料的再生，3/4 部分用于吸收水分。

对于吸收段，要除湿的空气通过干燥器轮的水分吸收段，空气中的部分水分就被吸附材料即氯化锂除去。而对于再生段，在干燥器轮的再生段，由加热过的再生空气清除干燥器轮聚积的水分。干燥器轮连续不断地旋转确保连续除去励磁机内空气中的水分。