1.2无刷励磁系统

在他励和自励交流励磁机系统中，发电机的励磁电流全部由可控硅(或二极管)供给，而可控硅(或二极管)是静止的故称为静止励磁。在静止励磁系统中要经过滑环才能向旋转的发电机转子提供励磁电流。滑环是一种转动接触元件。随着发电机容量的快速增大，巨型机组的出现，转子电流大大增加(3000～5000安培)，转子滑环中通过如此大的电流，滑环的数量就要增加很多。为了防止机组运行当中个别滑环过热，每个滑环必须分担同样大小的电流。为了提高励磁系统的可靠性取消滑环这一薄弱环节，使整个励磁系统都无转动接触的元件，就产生了无刷励磁系统，无刷励磁系统方案之一。

副励磁机FL是一个永磁式中频发电机，其永磁部分画在旋转部分的虚线框内。为实现无刷励磁，主励磁机与一般的同步发电机的工作原理基本相同，只是电枢是旋转的。其发出的三相交流电经过二极管整流后，直接送到发电机的转子回路作励磁电源，因为励磁机的电枢与发电机的转子同轴旋转，所以它们之间不需要任何滑环与电刷等转动接触元件，这就实现了无刷励磁。

主励磁机的励磁绕组JLLQ是静止的，即主励磁机是一个磁极静止，电枢旋转的同步发电机。静止的励磁机励磁绕组便于自动励磁调节器实现对励磁机输出电流的控制，以维持发电机端电压保持恒定。无刷励磁系统方案之二

在方案一中，考虑到励磁机励磁绕组LLQ的时间常数，其响应速度较慢。为了提高响应速度可以采用方案二，就是将可控硅整流桥装设旋转部分，代替方案一旋转部件中的二极管整流桥。方案二中由中频副励磁机ZPF供电给交流主励磁机JL的直流励磁绕组JLLQ。可控硅的触发脉冲由同轴旋转的触发脉冲发生器PG供给。PG也是一个由多相绕组组成的电枢，它的磁场由d、q两个互相垂直的绕组的磁场合成，因此当d、q磁场的大小作各种不同的变化

时，PG的合成磁场(相对JLLQ磁场)就在作不同角度的转变，转变的范围为90°。这样就使得PG的触发脉冲与主励磁机JL各相交流电压之间，产生不同的相角变化，从而控制主励磁机送至发电机转子绕组的励磁电流的大小，以达到维持发电机端电压恒定的目的。

在方案二中，不必考虑主励磁机励磁绕组JLLQ时间常数的影响，所以其响应速度比方案一快，其自动励磁调节器的输出与其他励磁系统不同，显得较为复杂一些，但并不难实现。总的来说，其优点是：革除了滑环和碳刷等转动接触部分。其缺点是：在监视与维修上有其不方便之处。由于与转子回路直接连接的元件都是旋转的，因而转子回路的电压电流都不能用普通的直流电压表、直流电流表直接进行监视，转子绕组的绝缘情况也不便监视，二极管与可控硅的运行状况，接线是否开脱，熔丝是否熔断等等都不便监视。因而在运行维护上不太方便。但随着科技的发展，监视问题正在得到逐步解决。

1.3无励磁机发电机自并励系统

励磁机本身就是可靠性不高的元件，可以说它是励磁系统的薄弱环节之一，因励磁机故障而迫使发电机退出运行的事故并非鲜见，故相应地出现了不用励磁机的励磁方案。如下图所示：发电机的励磁电源直接由发电机端电压获得，经过控制整流后，送至发电机转子回路，作为发电机的励磁电流，以维持发电机端电压恒定的励磁方式，是无励磁机的发电机自励系统。最简单的发电机自励系统是直接使用发电机的端电压作励磁电流的电源，由自动励磁调节器控制励磁电流的大小，称为自并励可控硅励磁系统，简称自并励系统。自并励系统中，除去转子本体极其滑环这些属于发电机的部件外，没有因供应励磁电流而采用的机械转动或机械接触类元件，所以又称为全静止式励磁系统。下图为无励磁机发电机自并励系统框图，其中发电机转子励磁电流电源由接于发电机机端的整流变压器ZB提供，经可控硅整流向发电机转子提供励磁电流，可控硅元件SCR由自动励磁调节器控制。系统起励时需要令加一个起励电源。

无励磁机发电机自并励系统的优点是：不需要同轴励磁机，系统简单，运行可靠性高;缩短了机组的长度，减少了基建投资及有利于主机的检修维护;由可控硅元件直接控制转子电压，可以获得较快的励磁电压响应速度;由发电机机端获取励磁能量，与同轴励磁机励磁系统相比，发电机组甩负荷时，机组的过电压也低一些。其缺点是：发电机出口近端短路而故障切除时间较长时，缺乏足够的强行励磁能力，对电力系统稳定的影响不如其它励磁方式有利。

由于以上特点，使得无励磁机发电机自并励系统在国内外电力系统大型发电机组的励磁系统中受到相当重视。在发电机与系统间由升压变压器的单元接线和抽水蓄能机组等励磁系统中得到实际应用。

随着微机励磁调节器的应用，氧化锌非线性灭磁电阻的研制成功及大功率晶闸管及晶体管的广泛应用，提高了发电机励磁系统的可靠性，较大地改善了励磁系统静态和动态品质，大大提高了系统的技术性能指标。

在诸多励磁系统中，直接励磁机维护困难，调节器响应时间长达1～5s，动态性能差，当空载起励时，电压超调量大，频率特性差;他励可控硅励磁系统需装设交流励磁机，并要求厂房高度高，当其用于慢速水轮机时，交流励磁机体质量大、尺寸大、维修工作量大。20世纪70～80年代，发电厂开始用自复励及自并励的可控硅励磁系统，由于它们均属于快速励磁系统，动态性能优良，尤其是带有微型计算机励磁调节器的自并激静止励磁系统在发电厂中得以广泛的应用。自并激励磁系统接线简单、设备少、造价低、占地面积小、无转动部件并维护简单，是快速响应系统。尤其是水电站往往远离负荷中心的地区，为提高输电的稳定性，对励磁系统要求能快速响应，而自并激励磁系统恰好能满足这个要求。