发电机励磁系统的简述讲解.docx

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发电机励磁系统的简述讲解

发电机励磁系统的简述

同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、自动调节励磁的组成部件及辅助设备　　自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。

　　励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。

在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。

根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。

　近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。

在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。

由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。

励磁基础知识1．励磁的概念及定义？

励磁概念：

依靠电磁相互作用的原理，导体切割磁力线感应电动势，励磁就是提供磁场，对同步发电机而言，感应电动势由励磁和调速共同控制，励磁只是感应电动势的必要条件之一。

同步发电机的两个基本控制是励磁和调速，电能质量通过电压、频率、相位和波形来衡量，其中电压由励磁控制，频率由调速控制。

励磁定义：

在国家标准GB/T7409.1～7409.3-1997中关于励磁系统的定义1）提供电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置。

2）励磁控制系统是包括控制对象的反馈控制系统。

3）励磁控制系统对电力系统的安全、稳定、经济运行都有重要的影响。

2．同步发电机励磁系统的作用是什么？

从发电厂角度研究励磁系统的作用有：

（1）调节发电机电压；

（2）调节发电机无功功率；（3）多台发电机无功功率分配（成组调节AQC）；（4）安全可靠运行。

从电力系统角度研究励磁系统的作用有：

（1）提高系统的静态稳定性；

（2）提高系统的暂态稳定性；（4）改善系统的电压稳定性；（5）二次电压控制；（6）安全可靠运行。

3．励磁系统的主要任务是什么？

1）维持电压在给定水平运行，即控制电压。

2）合理分配并列机组无功功率，即分配无功。

3）提高电力系统的稳定性。

4）发电机变压器组内部出现短路时，快速灭磁，以避免事故扩大。

5）电力系统发生短路事故或其他原因使发电机电压严重下降时，对发电机进行强行励磁，以提高电力系统的动稳定性和继电保护动作的准确性。

6）在发电机由于突然甩负荷等原因造成发电机过电压时，对发电机进行强行减磁，以限制发电机电压过度升高。

4．励磁系统主要由哪几部分组成？

一般来说，与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路，总称为励磁系统（ExcitationSystem）。

励磁系统由励磁电源和励磁装置两大系统构成。

励磁电源（excitationpower）的主体是励磁机或励磁变压器，主要向同步发电机励磁绕组提供直流励磁电流。

励磁装置（excitationequipment）是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。

它包括励磁自动调节回路、功率整流回路和灭磁回路等三部分。

励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节控制屏、整流屏和灭磁屏几部分组合而成。

5．同步发电机励磁的分类？

按励磁电源分类：

（1）直流励磁机励磁系统；

（2）交流励磁机励磁系统；（3）自并励励磁系统。

按响应速度分类：

（1）常规励磁系统；

（2）快速励磁系统；（3）高起始励磁系统。

6．三相桥式全控整流电路有何特点，其触发脉冲有何要求？

三相桥式全控整流电路，六个桥臂元件全都采用可控硅管。

它既可工作于整流状态，将交流变成直流；也可工作于逆变状态，将直流变成交流。

其触发脉冲的宽度均大于60°，即所谓“宽脉冲触发”，或者采用“双脉冲触发”。

7．自动开机不能启励升压，其故障原因有哪些，如何处理？

自动开机不能启励升压，其故障原因有很多可能性，主要有启励电源未投，或启励回路元件有问题，或开机令没有发到励磁盘来，或调节器工作不正常，或功率柜的开关未合，等等。

处理以上问题，可以解决自动开机不能启励升压问题。

8．常规励磁PID调节的含义是什么？

励磁调节器对发电机端电压偏差ΔUt进行比例、积分、微分控制，简称PID调节。

比例就是按比例放大；积分是对微小偏差进行累计求和，以达到消除这些偏差，提高调压精度；微分将动态的输入信号相位超前，使调节器能作出快速的反应。

9．数字移相的工作原理是怎样的？

所谓数字移相触发器，就是通过计算机软件发出触发脉冲的技术。

其工作原理首先是将控制角α根据计算机工作频率折算成对应的延时t，接着在同步电压的中断下，计数器进行计时，延时t后，计算机通过I/O口输出触发脉冲。

10．什么是线性电阻和非线性电阻?

电阻值不随电压、电流的变化而变化的电阻叫做线性电阻。

线性电阻的阻值是一个常量,其伏安特性是一条直线,线性电阻上的电压与电流的关系服从欧姆定律。

电阻值随着电压、电流的变化而变化的电阻叫做非线性电阻,其伏安特性曲线是一曲线,不能用欧姆定律来直接运算,而要根据伏安特性用作图法来示解。

11．发电机的自动灭磁装置有什么作用？

自动灭磁装置是在发电机开关和励磁开关跳闸后，用于消除发电机磁场和励磁机磁场，为的是在发电机切开后尽快降低发电机电压至零，以便在下列几种情况下不导致严重后果：

（1）发电机内部故障时，只有去掉电压才能使故障电流停止；

（2）发电机甩负荷时，只有自动灭磁起作用才不致使发电机电压大幅度地升高。

（3）转子两点接地引起跳闸时，只有尽灭磁才能消除发电机的振动。

总之在事故情况下，尽快灭磁可以减轻故障的后果。

12．强励有何作用？

（1）增加电力系统的稳定度；

（2）在短路切除后，能使电压迅速恢复；（3）提高带时限的过流保护动作的可靠性；（4）改善事故时电动机的自起动条件。

13．发电机失磁后有什么现象？

发电机失磁后，在仪表上反映出来的现象是：

转子电流突然降为零或接近于零，励磁电压也接近为零，且有等于转差率的摆动，发电机电压和母线电压均降低，定子电流表指示升高，功率因数表指示进相，无功功率表指示零值以下。

14.如何简单地判断可控硅的好坏？

用一对线灯接在可控硅的两端（正电源接A，负电源接K），另一对线灯在可控硅的触发极与阴极之间触发一下（正电源接G，负电源接K），接在可控硅两端的对线灯