-如果励磁绕组的电流恰好足以提供所需的磁势

  常年承揽野外工程的朋友H发来一段微信:老伙计,哥们的柴油发电机原先带好几个焊机工作都不成问题,现在连一个焊机都带不动,究竟哪门子鬼搞得,快急死人啦!Ms.参回复老伙计先查查励磁电路,没准那颗螺丝震松了。第二天一早刚洗漱完毕,朋友H的微信又来了,原来真如Ms.参预估的,主励磁回路固定接线端子的螺钉掉了,补了颗新螺钉,一切ok!

  励磁不正常,电机分分钟钟掉链子

  合成磁通由电机所有绕组的合成磁势建立。在传统的直流电机中,有效磁势大部分由励磁绕组产生;在变压器中,净励磁由一次侧或者二次侧绕组提供,或者说各自提供一部分,交流电机情况类似。

  为交流电机提供励磁,会对电机应用的运行经济性和可靠性带来重要影响。朋友H难解的话题——励磁故障足以说明:正常运转的励磁系统,是确保电机正常运转的必要前提条件。

  交流电机的功率因数

  励磁与交流电机无功功率紧密相关,而提供无功功率需要一定的成本。所以交流电机运行时的功率因数是衡量其经济性的一个重要指标。低功率因数对系统运行的不利影响主要有三个方面:

  ●发电机、变压器和传输设备之所以用kVA(容量)而不是用kW(有功功率)来定额,是因为它们的损耗和发热基本上由电压和电流的乘积决定、而与功率因数无关,交流设备的物理尺寸和成本大致正比于其额定容量。所以,发电机、变压器和传输设备提供一定有用量的有功功率所需要的投资大致反比于功率因数。

  ●低功率因数意味着发电和传输设备中会有更大的电流和I2R额耗。

  ●低功率因数会使电压调整性变差。

  无功功率与磁通

  从无功功率与建立磁通之间的关系,可以很容易地看出影响电动机所需无功功率的因素。和其他任何电磁装置一样,电动机运行所需的合成磁通必须靠电流的磁化分量来建立。不管磁化电流是在定子绕组还是在转子绕组中流通,其磁路和基本的能量转换过程没有任何差别。

  ●在变压器中,不管在变压器中由哪一个绕组通过励磁电流,对建立磁通来说没有根本差别。在一些情况下,各个绕组都会提供部分励磁,如果全部或者部分磁化电流由交流绕组提供,则该绕组的输入中就必须包含滞后性无功功率,因为磁化电流滞后于电压90°,从效果看,滞后性无功功率在电动机中建立磁通。

  ●感应电动机中,唯一可能的励磁来源是定子输入。因此,感应电动机必须运行在滞后性功率因数状态,这一滞后性功率因数在空载时非常低,在满载时会增大到85%到90%或者更高。引起功率因数的改善是由于负载增大时,所需的有功功率随之增大。

  ●对同步电动机来说,可能会有两个励磁源:电枢绕组中的交流电流或者励磁绕组中的直流电流。如果励磁绕组的电流恰好足以提供所需的磁势,则电枢绕组就不需要磁化电流分量或者无功功率,电动机就运行在单位功率因数1。如果励磁电流减小,即使得电动机欠励,则磁势的不足必须由电枢绕组弥补,这样电动机会运行在滞后性功率因数的状态。如果励磁电流增大,即使得电动机过励,则多余的磁势必须依靠电枢绕组来平衡,电枢电流中会出现一个超前的分量,电动机于是就运行于超前性功率因数的状态。

  变压器、感应电动机和同步电动机

  由于必须给如变压器和感应电动机这样的感性负载提供磁化电流,而处于过励状态的同步电动机具有提供滞后性电流的能力,这是同步电动机的一大优点,具有很好的经济意义。从效果看,过励状态同步电动机充当了产生滞后性无功功率的发电机,并就此解除提供这一无功分量所需要的电源。所以,它们能起到与补偿电容设备同样的作用。有时也将空载运行的同步电机接入电力系统,仅仅用来调节功率因数或者控制无功功率。这样的同步电机通常称为同步补偿机,较大规格时它比静止电容器更为经济。

  汽轮发电机励磁系统

  随着汽轮发电机可以做到的容量不断增大,为其提供直流励磁电流(在较大型机组中达1000A或更高)也越来越困难。一种常用的励磁电源是与发电机同轴驱动的直流发电机,其输出通过电刷和滑环向交流发电机的励磁绕组提供励磁。另外,也可以用传统的同轴驱动交流发电机作为主励磁机来给主发电机提供励磁。该励磁机具有静止的电枢和旋转的励磁绕组,其频率可能是180Hz或者240Hz,其输出送到一个静止的固态整流器,整流器的输出通过(电刷和)滑环给汽轮发电机提供励磁。

  旋转整流器与无刷励磁

  滑环、换向器和电刷不可避免地会涉及冷却和维护问题。许多现代励磁系统通过尽量少用滑动接触和电刷来避免这类问题。例如,某些励磁系统用的也是同轴驱动的交流发电机,但励磁机的励磁绕组静止不动,而其交流电枢绕组随轴旋转。采用旋转整流器,直流励磁可以不通过滑环而直接施加到主发电机的励磁绕组。

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