01 / 旋转的直流磁场
为什么要有励磁？
水轮机向大轴输入机械能，带动转子旋转。励磁电流流过转子绕组，建立磁极；转动磁场与固定的定子三相绕组相对运动，在定子中感应出交流电势。励磁提供建立磁场所需的能量，发电机输出的主要能量来自水轮机。
E ≈ k · Φ · n
转速 n 基本不变时，改变励磁电流可改变磁通 Φ 和内电势 E。孤立网中主要影响电压；并入强电网后主要影响无功功率与功率因数。
课件依据：PDF 第 2、16–29 页
HYDROPOWER ENGINEERING / 03
看见励磁，理解调节有刷励磁系统
从静止的电刷，到旋转的磁场。沿着一股励磁电流，探索水轮发电机的电能转换与自动控制。
可交互三维教学模型
基于《第3章 · 水轮发电机励磁的自动调节》自并励静止励磁有刷结构
GS—01 / 立式凸极同步发电机● 正常励磁
XYZ
直流励磁三相交流反馈 / 触发
拖动旋转 · 滚轮缩放
右键平移 · 双击部件聚焦
右键平移 · 双击部件聚焦
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运行动画
CONTROL EXPERIMENT / 自动调节
改变励磁，观察响应
孤立网 · 简化教学模型机端电压 Uₜ 1.00pu
励磁电流 If 1.00pu
触发延迟角 α60°
AVR 比较机端电压与给定值，调节整流桥触发角，使励磁电流与负荷需求相适应。
LIVE RESPONSE / 实时响应
电压与励磁电流
机端电压 Uₜ励磁电流 If单位：pu
横轴为最近 20 s。模型展示电压偏差 → 触发角 → 励磁电流 → 电压的反馈关系；转动动画已减速。
本演示取 U₂LL = 1.4815 pu、Rf = 1 pu、Lf = 1.2 pu·s，并设定等效电压与测量时间常数；不表示特定机组的额定参数或保护整定。
UNDERSTAND THE PRINCIPLE
一条能量路径，一个闭环
机端交流TERMINAL AC
→励磁变压器TRANSFORMER
→静止整流桥RECTIFIER
→电刷 / 滑环STATIONARY → ROTATING
→转子直流磁场ROTOR FIELD
→定子交流STATOR AC
02 / 从静止到旋转
“有刷”的关键在哪里？
电刷固定在刷架上，持续压在随大轴旋转的两只滑环表面。正、负滑环相互绝缘，并与轴绝缘。直流从正极电刷进入正滑环，经转子励磁绕组，再由负滑环和负极电刷返回。
DC+ → 电刷 → 滑环 → If → DC−
滑环传递持续的直流，通常不承担换向。直流励磁机内部的换向器与主发电机的滑环是不同部件。刷环接触面需要巡检磨损、温升和接触状态。
课件依据：PDF 第 3–8 页；刷架为教学结构示意
03 / 快速的闭环控制
AVR 如何稳定电压？
PT 测量机端电压，CT 提供定子电流信息。AVR 将电压测量值与给定值比较，经调差、综合放大、同步与移相触发，控制可控硅整流桥。机端电压降低时，增大控制信号、减小触发延迟角 α、提高励磁电压。
Ud ≈ 1.35 U₂LL cos α
此式用于三相全控桥、电流连续且忽略换相重叠的理想情况；U₂LL 为交流侧线电压。课件将 α 称为“导通角”，本页按常用定义标为“触发延迟角”。
课件依据：PDF 第 49–53、66–68 页
保护与起励：内部故障时应断开发电机出口，并快速灭磁；图中灭磁支路先建立能量释放通路，再断开励磁供电，防止大电感开路过电压。演示采用电阻灭磁，电流按 If(t) = If(0)e−(Rf+Rd)t/Lf 衰减。自并励初始建压所用的辅助起励电源、完整双极回路与水轮机结构为教学补充；灭磁依据课件第 41–47 页。自并励的励磁功率受机端电压制约，不能把短路后的强励需求理解为电源始终可用。