并励

并励是一种电机自励的方式，它不需要外部独立的励磁电源，而是依靠同步电机自身的电压获取能量。在这种类型的电机中，励磁绕组与电枢绕组并联连接。对于并励发电机而言，电机自身产生的端电压为其励磁绕组供电；而对于并励电动机来说，励磁绕组与电枢共享同一个电源，其性能与他励直流电动机相似。

并励直流电动机起动过程的仿真

并励直流电动机的起动过程可以通过建立动态数学模型，并使用MATLAB软件中的动态仿真工具SIMULINK进行仿真模拟。通过对不同起动方法的仿真计算，验证了这种方法的有效性。

起动方法

常见的直流电动机起动方法包括直接起动、电枢回路串变阻器起动以及降压起动。

直接起动

直接起动是指将静止的电枢直接接到额定电压的电网上进行起动。由于励磁绕组的时间常数较大，为了确保起动时能够快速建立磁场，对于并励直流电动机，通常先将励磁绕组接入电网使其建立额定的气隙磁场，然后再将电枢绕组接入电网起动。这种方式无需额外的起动设备，操作简单，起动转矩大，但起动电流过大，仅适用于小型电动机。

电枢回路串变阻器起动

为了限制起动电流，可以在起动过程中在电枢回路中串联可变电阻器，并在升速过程中逐渐切除这些电阻器。如果分段电阻设置合理，可以确保起动过程中电流被限制在允许范围内，同时保持转速平稳，并具备足够的起动转矩，能够在较短时间内完成起动。这种起动方法设备需求较少，广泛应用于各类直流电动机中。但对于大容量电动机，变阻器较为笨重，频繁起动时也会消耗较多电能，此时通常采用降压起动。

降压起动

降压起动是通过降低电动机的电枢端电压来限制起动电流。起动过程中，可以根据需要逐步提高电源电压，使得电动机的转速按照所需的加速度上升，以便控制起动时间。对于并励直流电动机，降压起动时，应先将励磁绕组接入电网使其建立额定的气隙磁场并保持不变，然后将电枢绕组接入电网起动。降压起动需要专用的可调压直流电源，设备投资相对较大。其优点在于起动电流较小，起动过程中能量损耗少，适用于需要频繁起动的大容量直流电动机。

仿真实例

针对一台并励直流电动机进行了仿真计算，该电动机的额定电压为U=250V，额定电流为I=633A，额定转速为nN=617r/min，额定转矩为T=2375Nm。电机参数如下：R=12Ω，L=9H，Rf=0.012Ω，Lf=0.00035H，Lm=0.18H。转子和负载的总转动惯量J=30kg.m，机械阻尼系数B=0。对这台电动机的直接起动、电枢回路串变阻器起动、降压起动进行了仿真计算，计算时忽略了电枢反应的影响。

自并励励磁同步发电机的暂态过程及强励分析

详细研究了采用自并励励磁方式的同步发电机在故障状态下的暂态过程及其强励能力。研究表明，采用自并励励磁方式的同步发电机相比其他励磁方式更为安全可靠。只要励磁系统设备的选择和配置恰当，即使在最严重的三相短路故障中，自并励励磁方式也能够提供充足的强励能力。

强励投入对发电机三相短路电流的影响

根据叠加原理，发电机短路时定子A相电流的表达式中应考虑因励磁电压增加而引起的附加分量。相应的A相电流中附加分量为ΔE，其中ΔEx·ΔU/rfT表示励磁电压上升的时间常数，ΔU为励磁电压的最大增量。考虑到自并励励磁调节装置在故障后两个周期内能够准确检测到故障并自动投入强励，励磁电压将在第三个周期后达到峰值，因此近似地假设励磁电压上升时间为三个周期，即T=0.06/5=0.012秒。若额定励磁电压为U=186V，实际励磁电压由励磁调节装置决定，U=2.34·U·cosa，其中a为可控硅触发角，强励时可控硅全导通，U为励磁变压器次级相电压。由此推导得出，强励时励磁电压U取决于励磁变压器二次侧电压，若取励磁变压器变比为6300V/500V。计算结果显示，发电机升压变压器高压母线突然三相短路后，发电机定子电流及机端电压经历了大幅下降、缓慢回升、大幅回升的过程。在三相短路故障后的第一个周期内，机端电压降至0.77U，此时强励尚未投入，机端电压大幅下降，至t=0.1秒时，机端电压降至0.54U，尽管此时强励已经投入，但由于励磁绕组的电感效应，励磁电流只能缓慢增长，机端电压仍然迅速下降，至t=0.3秒时，机电压已降至0.4U。随着励磁电流的增长，强励开始发挥作用，机端电压在t=0.3-0.9秒期间虽略有下降，但在0.9秒之后机端电压从最低点开始回升，在t=7.2秒之后则显著回升。

强励倍数与励磁变压器二次侧电压的关系

当励磁变压器变比选为6300V/500V时，其最大强励倍数为3.21。这一数值对于线路最大输电容量受暂态稳定性约束的机组是适宜的；然而，在一般情况下，较高的强励倍数会影响励磁回路电气设备的绝缘，因此为了寻找合适的强励倍数值，分别选取励磁变压器变比为6300V/450V、6300V/430V及6300V/400V三种情况进行计算，得到短路电流暂态值。在短路故障发生后0.6秒内，定子电流大幅下降，其变化规律基本相同，至1.8秒时，由于强励的作用，曲线1中电流已经开始上升；曲线2中电流基本保持水平，曲线3中电流有下降趋势。至3.6秒时，曲线1中电流缓慢上升；曲线2中电流开始下降，而曲线3则由于强励不足，电流明显下降，在短路发生后7.2秒，曲线1中电流继续上升，曲线2中电流仍缓慢下降，曲线3中电流则加速下降，最终衰减至零。结论显示：

1. 当励磁变压器二次侧电压选得较高时，如励磁变压器选6300V/450V变比，即使发生最严重的短路故障，在自并励励磁系统的有效作用下，最终发电机端电压都能够恢复到故障前的值。

2. 当励磁变压器二次侧电压选得偏低时，如励磁变压器选6300V/430V变比，此时若发生最严重的短路故障，虽然发电机端电压最终会衰减至零，但在自并励励磁系统的作用下，能够有效地保证在短路故障后8秒钟内短路电流是额定电流的两倍，从而能够充分满足继电保护的灵敏度，保障发电机后备保护的正确动作。

3. 当励磁变压器二次侧电压选得太低时，如励磁变压器选6300V/400V变比，则自并励励磁系统的强励作用不明显，发电机定子电流迅速衰减至零。

4. 实际强励倍数在刚刚投入强励时最大，但小于3倍，0.6秒后，实际强励倍数大于2倍，这对于远距离输电的大型同步发电机来说，也是满足的。

参考资料

直流电机的励磁方式有哪几种?各有何特点?.直流电机的励磁方式有哪几种?各有何特点?.2024-10-31

什么是直接起动?什么是降压起动?直接起动与降压起动的优缺点.机电之家.2024-10-31

电动机降压启动电路图全解.CSDN博客.2024-10-31