摘要：相复励自励恒压同步发电机是一种经典、可靠、无需电子控制器的自动电压调节系统。它在上世纪中期至后期被广泛应用于船舶、电站、机车等对可靠性要求极高的场合，至今在一些特定领域仍有使用。下面将从工作原理、主要构成、特点和应用四个方面进行详细解析。

 

一、核心原理

 

  其核心思想是利用发电机自身的电流和电压信号，通过电磁（相位）合成的方式，自动调节励磁电流，以维持端电压基本恒定。

  自励同步发电机是目前地下工程上使用最多的交流发电机。这种同步发电机的励磁电流不是由外来的直流电源供给，而是取之于同步发电机本身输出功率的一部分，经过适当的整流变换后供给的。根据负载电流的大小及相位共同对发电机励磁进行调整的同步发电机称为相复励自励恒压同步发电机。自励同步发电机自励回路的单相原理图，如图1所示。由于用静止的整流元件代替了旋转的直流励磁机，这就增加了可靠性，使维护管理简便，在地下工程上得到了广泛的应用。

图1 同步发电机自励回路单相原理图

  把自励发电机（在转速达到额定值、输出端断开的情况下）利用本身的剩磁，通过磁电作用而建立起电压的过程称为发电机的自励起压。图2为自励起压特性曲线。图2(a)中曲线1为同步发电机的空载特性曲线 U_g=f(I_L)；曲线2为自励回路的理想励磁特性曲线I_L=f(U_g)。

图2 同步发电机自励起压特性曲线

  同步发电机自励起压过程如图2(a)所示，由于磁滞现象，在转于磁极上留有剩磁。当发电机组起动时，发电机定子绕组将感生剩磁电压 U_r,U_r加在自励回路上，经过整流在发电机励磁绕组WE中产生一定的励磁电流 I_L1;I_L1将在转子中产生对应的磁通，这一磁通在发电机定子绕组中感生电压U₁;U₁通过自励回路又在WE中又产生I_L2,I_L2又感生更高的电压 U₂········。如此循环，构成正反馈，逐渐提高发电机的空载电压，最后到达稳定的交点A，此时发电机电压即为空载电压U₀。 

 

二、主要构成部件

 

1、典型的相复励系统（以“谐振式”为例）

（1）励磁发电机（或励磁绕组）：主同步发电机的转子励磁部分。

（2）相复励变压器（CTR）：

核心元件。它有三个输入绕组和一个输出绕组：

① 电压绕组（Wv）：并联在发电机输出端，提供与端电压成比例的励磁分量。

② 电流绕组（Wi）：串联在发电机输出回路（通常通过电流互感器CT），提供与负载电流成比例的励磁分量。

③ 输出绕组（Wo）：输出复合后的交流励磁电流。

（3）电抗器（L）或谐振电容器（C）：与相复励变压器的电压绕组串联，形成一个移相电路。在谐振式设计中，电容器与变压器的电感在工频下发生谐振，产生较高的电压，有利于起励。

（4）硅整流器（Z）：将相复励变压器输出的交流复合电流整流成直流，供给主发电机的励磁绕组。

（5）电流互感器（CT）：将主回路的大电流按比例减小，提供给电流绕组。

（6）移相电抗器：确保电压信号和电流信号在相位上能够正确合成，以反应功率因数变化。

2、简化工作流程
（1）发电机端电压→电抗器移相→相复励变压器电压绕组；
（2）发电机负载电流→电流互感器→相复励变压器电流绕组；
（3）在相复励变压器铁心中磁势合成→输出绕组感应出交流电流→整流器整流→直流励磁电流→主发电机转子→调节输出电压稳定。

 

三、主要特点

 

1、优点

（1）极高的可靠性：全部由电磁元件（变压器、电抗器）和半导体整流器构成，无任何旋转部件和易损的电子开关器件，抗冲击、抗干扰能力强。

（2）快速动态响应：负载变化时，电流分量能立即反应（几乎没有延时），提供强励磁，因此动态性能好，电压恢复速度快。

（3）自励起压能力强：谐振式设计利用剩磁和谐振升压，能可靠地建立初始电压。

（4）维护简单：结构坚固，对环境（温度、湿度、盐雾）耐受性好，只需定期检查连接和绝缘即可。

（5）天然的复励补偿：能自动根据负载电流和功率因数调整励磁，补偿效果佳。

2、缺点

（1）稳态精度不高：由于是开环补偿（无电压直接反馈对比），其电压调整率一般在±2%~±3%，不如AVR（自动电压调节器，可达±0.5%）精确。

（2）调压特性固定：补偿特性由变压器、电抗器等参数决定，一旦制成，调节范围有限。需要精细调节时，需调整抽头或气隙，比较麻烦。

（3）体积大、重量重：包含多个大型电磁元件，材料成本高，笨重。

（4）功能单一：不具备现代AVR的多种保护（如过励、欠励限制）、并联运行负载分配调节等高级功能。

 

总结：

相复励自励恒压同步发电机代表了一个时代的技术智慧，它用巧妙的电磁设计解决了自动调压问题。虽然在调压精度和灵活性上已被现代全数字AVR+晶闸管/IGBT的励磁系统超越，但其简单、皮实、可靠的特性在特定领域依然具有不可替代的价值。理解它有助于我们掌握电力系统从电磁控制到电子控制的发展脉络。

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