双绕组电抗分流式励磁装置
双绕组电抗分流式励磁装置（六）
这种结线方式，能很好地解决发电机空载并网时的稳定问题。现分析于下。
＠当并网瞬间发电机端电压大于系统电压时：|U|＞|U|。 FAXtA
此时由电压差?U，从产生的纯电感性电流中的复励分量i与由附加励磁绕组电压源所产生的固定fhAi
励磁电流分量i之间的相位角很大，接近千180?角，因而使发电机并网后的总的励磁电流为：fAu
i=i+i。从相量图上可以明显地看出并网后的励磁电流小于并网前的励磁电流，即|i|＜|i|。这LAfhAiLAuLAkAu
就是说，发电机在并网前其端电压高于电网电压，此时应减小其励磁电流，使发电机端电压降至电网电
压。并网后，由于i与i相量间的相位角近于180?，故能自动地降低发电机的励磁电流，这就不会LAufhAi
产生并网时的不稳定问题。
?在并网瞬间发电机端电压小于系统电压：|U|＜|U|。 FAXiA
这种情况所产生的电压差为?U，?U产生的电流对发电机来说是纯电容性电流，即此时发电机从22
电网吸取部分无功，以增强其励磁，使发电机端电压升压至电网电压。从相量图可以看出，此时励磁电
流中的复励分量i与由附加励磁绕组电压源产生的固定励磁分量i间的相位角很小，而并网后发电fhAiLAu
机的总的励磁电流为：i=i+i结果使得并网后的发电机总的励磁电流大于并网前的发电机励磁电流，LAlAufhAi
即|i|＞|i|。所以，发电机并网后能自动地增大励磁电流，使发电机端电压升至电网电压，也不会产LALAU
生发电机并网时的不稳定问题。
由上看出，在发电机并网瞬间不管其端电压高于或是低于电网电压，并网后发电机都能自动地调整
其励磁电流，使发电机电压跟踪电网电压，而不会发生不稳定现象。
但是，这种结线方式存在着一个缺点：发电机并网并联运行时发不足无功出力，虽经调整电抗器间
隙δ，但发电机的负荷功率因数COSø=0.9～1.0变化，而不能在额定功率因数下进行。图14所示为这种结线方式时发电机励磁电流随功率因数变化而变化的情况。
当发电机负荷功率因数COSø=1，即纯电阻性负荷时，励磁电流的复励分量i
与由附加励磁绕组电fhAi
压源产生的固定励磁电流分量i间的相位角较小，小于90?角，因而发电机总的励磁电流为：=iLAUiLA1LAu
十i（参见图15（a））i的幅值比较大；而当发电机的功率因数COSø=0，即带纯电感性负荷时（当fhAiLA1
然这种结线的发电机是不可能作调相运行的，即不可能带纯电感性负荷，这里为了分析起见，假定发电
机带纯电感性负载），发电机励磁电流中的复励分量i与由附加励磁绕组电压源产生的固定励磁电流fhAi
分量i之间的相位角比较大，接近于180?电角度，总的励磁电流为：i=ii，显然。|i＜|i|。LAULA2LAu+fhAiLA2|LA1
当功率因数介于上述两者之间时，发电机的总的励磁电流将在|i|~|i|之间变化，且随着功率因数的LA1LA2
降低而减小。
大家知道，发电机随着所带负荷的功率因数的下降，其电枢反应（祛磁效应）逐步增强，对
主磁场的核磁作用逐步增强，发电机感应电势和端电压会下降。为了弥补这种电枢反应的影响，发电机
的总励磁电流应该增加。然而，上面分析的结论却是随着功率团数的下降，发电机的总的励磁电流反而
减小，这是这种结线方式的双绕组电抗分流式半导体励磁装置造成发电机功率因数过高，甚至进相运行
和限制发电机有功出力的根本原因。
由此可以看出，这种结线方式比较适用于系统中无功比较充裕的地方。在系统无功比较缺乏而需水
轮发电机多发无功或完全作调相运行时，这种结线的缺点就比较突出而不适宜采用。
与U通过电抗器相接，U与U通过电抗器相接，U与U通过电抗器相FAfLCFBfLAFCfLB（4）附加励磁绕组顺转120?电角度接电抗器。 接。具体结线如图15（a）所示，相量分析如图15（b）、（c）、（d）所示。
这种结线方式就是将U
采用这种结线方式时，在并网瞬间如果发电机的端电压大于系统电压，即|U
|＞|U，电压差?U=UFAXtA1FA
一U ?U产生的电流中用作复励分量的i与附加励磁绕组电压源产生的固定励磁电流分量i之间xtA,1fhAiLAU
的相位角大于90?，并网后发电机的总的励磁电流为：i=i+i。发电机并网后的总的励磁电流小于LAiLAUfhAi
发电机并网前的励磁电流，即由|i＜|i|。因此，并网后发电机自动减速小其励磁电流，使发电机的LA1|LAU
端电压降至电网电压，以保证发电机并网后的稳定运行，这正是我们希望励磁装置所具有的调节性能。
?发电机并网瞬间|U|＜|U|（参见图15（c）。 FAXtA
在发电机并网瞬间，如果发电机的端电压小于电网母线电压，即|U|＜|U时，出现电压差?U2=UFAXtA|FA
一U，?U产生的电流中的复励电流分量i与附加励磁绕组电压源的固定励磁电流分量i之间的相XtA2fhAiLAU
位角小于 90?，并网后发电机的总的励磁电流为：i=i＋i。发电机并网后的总的励磁电流 将大LA2LAUfhAi
于发电机并网前的励磁电流，即|i|＞|i|。因此，发电机并网后将自动增加其励磁电流，使发电机LA2LAU
的端电压升至电网母线电压，以保持发电机并网后的稳定运行。这也是我们希望励磁装置所具有的调节
性能。
由上述分析可以得出结论，这种结线方式在发电机端电压不管是高于电网电压或是低于电网电压的
情况下并网时，都能保持发电机并网后的稳定运行，确保发电机的顺利并网。
?发电机能在额定功率因数下运行
在发电机空载时，发电机的励磁电流为附加励磁绕组电压源供给的固定励磁电流分量i
；当发电LAU
机逐步增加有功输出时，出规定子有功电流i，发电机励磁电流中开始出现复励分量i；则此时发fhARfhARi
电机的总的励磁电流为：i=i+i，由于相量i与i 之间的相位角小于 90?，因此有|i|＞||LALAUfhARiLAUfhARiLAiLAU
的关系，说明发电机励磁绕组中的直功功率。随着发电机有功出力的增加，发电机励磁绕组中的直流励
磁电流也会随着增加，发电机所带无功负荷也将相应增加。只要电抗器绕组W和W的匝数选择得当，在12
电抗器气隙δ不要作大的调整的情况下，发电机有功功率达到额定值时，功率因数也能达到额定值，即
也能同时发出额定无功功率，这是这种结线方式的一个突出优点。
但是，这种结线方式的励磁装置在后来其它水电站试验中发现，发电机的三相定于负荷电流不平衡，
B相电流一般要比其它两相定子电流高出10％左右，这可能是由于电抗器铁芯的三个间隙不相等造成的，与附加励磁绕组电压源的固定励磁分量i间fhAiLAU或者是由于其它尚未查明的原因所致。 的相位角大于90?，其总的励磁电流为：i=i+u，必有|i|＜|i|。所以，它不可能用来作调相运LALAufhAiLALAU行，这就使得在枯水期不能利用小水电设备来发无功 另外，这种结线方式的励磁装置同样不能作调相运行。这从图15（d）所示的相量分析图中也可以看出，由于带纯电感性负荷时发电机励磁电流中的复励分量i
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