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無刷發(fā)電機實際上是兩臺發(fā)電機構(gòu)成的，一臺作為勵磁機，一臺才是主發(fā)電機，還有二極管（或晶閘管）構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)整流器。主發(fā)電機的勵磁繞組在轉(zhuǎn)子，電樞繞組在定子（將發(fā)出的電輸出）。勵磁機的電樞繞組在轉(zhuǎn)子，勵磁繞組在定子。1950年代由美國人克萊倫斯.算恩發(fā)明。
自勵恒壓同步發(fā)電機的勵磁電流，需經(jīng)過電刷裝置（包括碳刷與滑環(huán)）流入發(fā)電機勵磁繞組。碳刷與滑環(huán)磨損出的碳粉容易導(dǎo)致發(fā)電機的絕緣下降，因此需要經(jīng)常進行清理維護工作；此外電刷裝置產(chǎn)生的電火花易影響無線電通信，是導(dǎo)致自動化機艙發(fā)生誤報警、誤動作。因此無刷勵磁系統(tǒng)應(yīng)運而生，即發(fā)電機的勵磁電流由交流勵磁機提供，即屬于他勵形式。
通常同步發(fā)電機采用旋轉(zhuǎn)磁極式，交流勵磁機采用旋轉(zhuǎn)電樞式。交流勵磁機的轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)整流器與發(fā)電機轉(zhuǎn)子在同一根軸上，這樣交流勵磁機發(fā)出的中頻交流電經(jīng)同軸的旋轉(zhuǎn)整流器整流成直流電，再送至同軸的發(fā)電機勵磁繞組，所以替代了碳刷與滑環(huán)。
無刷發(fā)電機的不足之處是勵磁系統(tǒng)的電磁慣性大，因而其動態(tài)特性相對較差。為了提高動態(tài)特性，采取的措施是交流勵磁機采用中頻頻率。由于受發(fā)電機體積尺寸與所需勵磁功率的制約，大多數(shù)艦船用無刷發(fā)電機的交流勵磁機的頻率為100~150Hz。另外，無刷發(fā)電SJLX寸旋轉(zhuǎn)整流器的制造和安裝工藝要求較高。
無刷勵磁方式，一般是指交流勵磁機的勵磁形式。艦船用無刷發(fā)電機所采用的無刷勵磁方式主要有以下兩種。
直接可控勵磁
直接可控勵磁方式如下圖1所示。由圖所知，交流勵磁機的勵磁功率直接來自發(fā)電機的出線端。發(fā)電機起壓時，由轉(zhuǎn)子主磁極的剩磁在發(fā)電機定子4中產(chǎn)生剩磁電壓，這一剩磁電壓通過自動電壓調(diào)整器6對交流勵磁機的定子繞組5進行勵磁，這樣在交流勵磁機轉(zhuǎn)子3中感生出中頻的交流電，經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器2整流成直流，作為發(fā)電機磁場的勵磁電流。這種勵磁方式簡單方便，但動態(tài)性能稍差。
可控復(fù)勵勵磁
可控復(fù)勵勵磁方式如下圖2所示。它的特點是交流勵磁機有兩套勵磁繞組WE1與WE2電流互感提供的二次電流，經(jīng)整流橋向WE1繞組提供適量的勵磁功率；發(fā)電機出線端經(jīng)過自動電壓調(diào)整器AVR向另一個繞組WE2提供一定的勵磁功率。勵磁繞組WE1的勵磁電流與負載電流的變化成正比，即具有電流復(fù)勵的作用，因此其動態(tài)性能優(yōu)良，由于增設(shè)了電力電流互感器，所以其相應(yīng)成本和體積都有所增加。
無刷交流發(fā)電機的工作原理是對勵磁機在定子上的勵磁繞組提供勵磁，其轉(zhuǎn)子電樞繞組將發(fā)出交流電，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器后在轉(zhuǎn)子向主發(fā)電機在轉(zhuǎn)子的勵磁繞組供電，從而使主發(fā)電機在定子的電樞繞組感應(yīng)出所需的交流電來。這就是一般交流發(fā)電機的“無刷”工作原理。
