励磁主回路的发展动态

在上世纪60年代以前，同步发电机基本上都是采用同轴直流励磁机的励磁方式，由于当时发电机单机容量不大，输电线路不长，因此基本上能满足当时的要求，但直流励磁机维护困难，炭刷易产生火花，换向器易于磨损，随着发电机单机容量的增大，励磁容量也相应增大，当汽轮发电机单机容量达10万千瓦，励磁机容量已近500千瓦，而同轴的转速为每分钟3000转的直流电机，受限于换向的极限容量仅为500千瓦。当时大容量发电机或是用齿轮减速后驱动直流励磁机，或是用带大飞轮的独立驱动的电动发电机供励磁。

    后来，随着硅整流元件出现，直流励磁机逐步被同轴交流励磁机和整流器代替，交流励、磁机的容量基本上不受限制。在1960年代,当时的第一机械工业部委托电器科学研究院，组织了汽轮发电机三机交流整流励磁系统的全国统一设计。这种方式在大型汽轮发电机上一直延用至今。为减小时间常数，交流励磁机通常采用频率100-250周，中频付励磁机用350-500周，早期中频付励磁机采用感应子式，转子上无绕组，近年来已逐步被永磁发电机所代替。

1960年代初，可控硅元件刚出现，电流、电压定额较低，所以他励式可控硅静止励磁用得较少。可控硅主要用在三机交流整流励磁系统主励磁机的励磁控制上。应该指出1960年代末期天津电气传动设计研究所，在发展我国各种主回路励磁方式上，起了很大作用，例如在1969年率先研制，并在天津第一发电厂4＃机25MW汽轮发电机上，投运了直流侧电流相加的自复励可控硅励磁系统，并励部分用的是三相半控整流桥。串联部分用的是三相二极管整流桥。1971年投运了由天传所设计，上海华通开关厂、上海整流器厂、上海电机厂参与生产的富春江2＃机60MW发电机的自复励可控硅励磁系统，容量为当时国内最大。并励的功率部分用的是三相半控整流桥，限于当时国内生产元件的水平，富春江水电厂的可控桥臂是由（700V,200A）可控硅元件4串6并组成。此外天传所还为长办试验电站陆水电站8800KW发电机设计了他励可控硅励磁系统，可控硅整流桥用三相全控桥，整流桥每臂SCR 2串5并，于72年投运。后来这种方案天传所还用在南桠河、渔子溪水电厂二台4万KW发电机上。与此同时，在参照河北省岗南水电站从日本进口的10MW抽水蓄能发电机励磁的基础上，还设计出了可控相复励的励磁系统，在湖北省一台10MW调相机上运行。 整流器是不可控的，是靠改变相复励变压器电压绕组上的电压来调节，后者由饱和电抗器L控制，本方案可靠性高，缺点是相复励变压器，饱和电抗器体积大。动态响应差。

图1-1 可控相复励

1970年代中期，天传所还为河南安阳发电厂一台10万KW汽轮发电机研制了无刷励磁装置，同时还参加了从英国Brush公司引进的一台23MW燃汽轮发电机的无刷励磁系统的仿制。同一时期，为给葛洲坝电站励磁方案进行中间试验，天传所（东方电机厂参加）在湖南省花木桥电站进了交流侧电压相加的自复励磁系统的研制。

在中小型发电机上，天传所还推出了双绕组电抗分流励磁调节系统，国内还开发过谐波励磁系统，最大的一台是用在河北邯郸马头电厂＃25MW汽轮发电机上。

图1-2  谐波励磁系统

大型发电机定子电压高，谐波绕组和主绕组绝缘困难，制造工艺复杂。谐波励磁只适用中小电机。现在美国GE公司生产的P棒励磁系统也是在发电机定子槽内安放附加绕组(不是谐波绕组)，作为励磁供电电源。

1970年代中期，南京热电厂进口了一台125MW意大利制造的汽轮发电机，采用他励可控硅励磁，励磁机本身用不可控相复励，意专家来调试，曾遇困难，不稳定，最后由南瑞电气控制公司技术人员调试成功，在此期间，富春江水电厂从法国进口了5＃、6＃机，励磁为自复励励磁系统，其自励部分和复励部分的直流侧电压串联相加，这种方式比较特殊。应指出，1960年代在大容量发电机励磁研究方面我国受到苏联影响，在新安江九号机10万KW水冷发电机上，也是采用了交流侧相加的自复励系统。这时串联变压器原边的电流要在付边转换为电压，变压器铁心中要嵌入空气隙，导致串联变压器体积庞大，鉴于当时可控硅容量无法满足要求，整流器采用了汞弧整流器，后者有玻壳的和铁壳的。（当时苏联斯大林格勒到古比雪夫的长距离输电也是用汞弧整流器）。国内电车供电电源当时也是用汞弧整流器（缺点是对环境有污染）整流得到的。此方案由哈尔滨电机厂和东北的中试所和设计院等研制成。