同步步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。
一、发电机获得励磁电流的几种方式
1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。
2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。
3、无励磁机的励磁方式，在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。
二、发电机与励磁电流的有关特性
1、电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
2、无功功率的调节：
发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
3、无功负荷的分配：
并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
三、自动调节励磁电流的方法
在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元。励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。
四、发电机启励过程是怎样的
起励装置：对于自并励励磁系统，由于励磁能源取自发电机端，当机组起动后，转速接近额定值时，机端电压为残压，其值一般较低(约为额定电压的1～2%)。这时励磁调节器中的触发电路，由于同步电压太低，可能不能正常工作，可控硅不工作，不能送出励磁电流便发电机建立电压。因此必须采取措施，先给发电机初始励磁，使发电机建立一定的电压，这一过程称为起励。起励措施有两类。第一类称为他励起励，即另设起励电源及起励回路，供给初始励磁。另一类称为残压起励，利用发电机剩磁所产生的残压，供给初始励磁。
1.他励起励，所谓他励起励，即是另设起励回路，由另外的电源供给初始励磁电流。起励电源可以用厂用直流电源，称为直流起励。也可以用厂用交流电源经整流后提供，称为交流起励。如果采用直流起励，将增加厂用蓄电池的负担。若采用交流起励，当厂用电消失时机组便不能起励。
2.残压起励当发电机的残压较高时，可考虑不用另外的起励电源，而利用残压起励。这又有两种做法。
第一种做法的思路为；起励时虽然调节器尚不能工作，但可采取技术措施，使整流桥中的可控硅支路暂时导通，形成不可控整流装置，供给初始励磁。目前的主要做法有；1)利用高频脉冲来触发可控硅；2)利用直流电来触发可控硅；这两种做法的实质都是在起励瞬间使可控硅暂时具有硅整流管特性，构成不可控整流桥。3〉对于三相半控桥，起励时把外接的一个二极管通过接触器与桥中任一臂的可控硅并联，这样三相半控桥便形成单相轮流导通，供给初始励磁电流；4)对于三相全控桥，起励时投入由二极管组成的辅助整流桥，供给初始励磁。
第二种做法的思路是；对调节器的同步电路采取措施，使在残压下和额定电压下一样都能正常工作。另外，调节器的供电电源取自其它的独立电源。这样，调节器在起励时就参与工作，控制可控硅开放，供给初始励磁电流、，直到发电机电压继续升到调节器的电压整定值。必须指出，发电机的残压在每次开机后其值不一定相同。特别是在机组进相运行解列后，剩磁减弱，残压减小，下次残压起励时可能会失败。为了可靠进行残压起励，如有必要，可以考虑残压起励与他励起励相结合的方法，先用较小的他励电源供给较小的初始励磁，接着断开他励电源，进行残压起励。起励装置采用交流起励方式，提供起励装置的电源为380V、3相有中性点的厂用电，功率为25KW。起励电流不大于空载额定励磁电流的15%。起励控制回路设有起励后自动退出和起励不成功的保护回路。就地和远方均能实现起励。机组启动后，当转速达到95%额定值时，自动投入起励回路。当机端电压上升到30%额定电压时，自动投入自动励磁调节器，并自动切除起励回路，机端电压自动上升至额定值。起励回路主要由起励变压器、低电压继电器、AC接触器、DC接触器、J极管桥式整流器、起动可控硅元件、可控硅触发回路组成。起励回路简化线路图如图所示。
起励回路
当向发电机转子回路提供初始励磁时，先闭合接触器6A，接通380V电源供变压器一侧供电，然后再闭合接触器6B，在2秒瞬间内起励可控硅元件被触发并建立转子电压和供给电流。只要维持此电流，起励可控硅元件在无重复触发的条件下可维持导通状态。由于起励回路只要求有10秒工作时间，所以接触器6A配有计时器，使其在闭合10秒后自动断开。在此起励期间内，主可控硅变流器将取代起励回路供给发电机励磁电流，将其转移到变流器。接触器6B同样具有计时器，当6B闭合35秒后将自行断开。
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