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    2. 勵磁系統分類

      概述

      發電機勵磁系統

      在電?系統發展初期,同步發電機的容量不?,勵磁電流由與發電機組同軸的直流發電機供給,即所謂直流勵磁機勵磁系統。隨著發電機容量的提?,所需勵磁電流也相應增?,機械整流在換流??遇到了困難,??功率半導體整流元件制造技術卻?益成熟,於是?容量機組的勵磁功率單元,就採?了交流發電機和半導體整流元件組成的交流勵磁機勵磁系統。

      不論是直流勵磁機勵磁系統還是交流勵磁機勵磁系統,?般是與主機同軸旋轉。為了縮短主軸長度、降低造價、減少環節,?出現?發電機??作爲勵磁電源的?法,即發電機?並勵系統,?稱為靜?勵磁系統。這種勵磁系統對於?般發電機尤為適?。下?對機種常?的勵磁系統作簡要介紹。

      一、複勵式(自激)系統

      複勵磁系統:運用兩組勵磁繞組,一組電源來自定子繞組R、S、T經三相電抗X及三相整流器得到一場電流 IF,當發電機運轉於額定電壓時此勵磁電流 IF為一固定值。另一組勵磁電源受控於自動電壓調整器AVR,是一組跟隨負載變動的場電流 IFR。
      兩組繞組在同一時空中互相影響使總勵磁電流增大或減小,藉以調整發電機端電壓。
      複勵磁系統
      圖1、複勵磁系統
      • 在複勵磁系統中又可分為積複勵與差複勵。
      • 積複勵:固定勵磁電流IF與調整器勵磁電流IFR 同相位所以總合勵磁場為兩者相加。 IFT = IF+IRF
      • 差複勵:固定勵磁電流IF與調整器勵磁電流IFR 反相位所以總合勵磁場為兩者相減。IFT=IF-IRF
      積複勵場電流合成
      圖1-1、積複勵場電流合成
      差複勵場電流合成
      圖1-2、差複勵場電流合成

      二、自勵式系統

      自勵式系統中可分爲場電流分流與場電流補償兩大類。
      1. 場電流分流
        圖2為一典型場電分流回路,其勵磁電流If 來自發電機端電壓R、S、 T,經三相電抗器X與比流器 CT 電流合成,再予以三相全波整流得到一直流勵磁電流IRF。此勵磁電流作用所產生之交流電壓如大於或小於AVR 設定點時,AVR 經調整內部閘流體(SCR)之導通角度,使J與W間形成短暫「短路」狀態 IR。 控制「短路」之時脈長短即可控制勵磁電流IF 大小。 IF=IRF-IR 當負載電流增大時比流器CT所感應之二次電流隨之增大,而所合成後之三相電壓U、V、W也被提高自然的IF也增大。
        此類型之勵磁回路在負載電流變化越大時,愈能表現其優越的暫態電壓調整率,缺點為體積大、成本高。
      2. 場電流抑制回路
        圖2、場電流抑制回路
      3. 電流補償
        圖3為最廣為運用之場電流補償回路,勵磁電流IF系由發電機所輸出之端電壓R、S、T(或較小電壓繞組)取得,經AVR 內部閘流體 SCR 做導通角度調整而得一直流電源IF。優點為體積小、成本低,暫態電壓調整率較差、波形失真大為其主要缺點。
      場電流補償回路
      圖3、場電流補償回路
      場電流抑制回路
      圖3-1、場電流補償VF波型

      三、諧波勵磁

      在自激式系統中為補償發電機的暫態性能一種如圖2的發電機被改良如圖4中 FU、FV、FW為定子繞組的一部份,其電壓與發電機端電壓成比例關係,一般稱之為輔助電源。S1、S2為一組跟隨三相R、S、T 負載電流變動的電源其頻率為基本波的三倍,一般稱之為諧波電源。

      AVR運用輔助電源與諧波電源的合成做為提供勵磁電源,其基本原理與圖2相同但減少了龐大的電抗、CT 及整流元件。

      諧波勵磁回路
      圖4、諧波勵磁回路

      四、他激式系統

      利用發電機本體以外之電源作為勵磁電流。常見於帶永磁發電機(PMG)之機組或由另一較小發電機所產生(大型系統發電機)。如圖5帶PMG發電機組

      由於其勵磁電源由永磁發電機 PMG(或其他電源)提供,當負載使發電機端電壓發生變化時,勵磁電源仍能提供一穩定電壓使磁系統能即時得到所須之補償空間。故在暫態性能甚至承受暫態短路等方面而言均優於他類型系統。

      永磁式勵磁回路
      圖5、永磁式勵磁回路
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