同步发电机励磁控制实验
同步发电机励磁控制实验
一、实验目的
1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；
2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；
3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；
4．了解微机励磁调节器的基本控制方式；
5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响；
6．了解几种常用励磁限制器的作用；
7．掌握励磁调节器的基本使用方法。
二、原理与说明
同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。
图1 励磁控制系统示意图
实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。
微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F（保持机端电压稳定）、恒I L（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。
同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按
钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。
发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。
电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。
三、实验项目和方法
（一）不同α角（控制角）对应的励磁电压波形观测
（1）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄；
（2）励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器面板“它励”指示灯亮；
（3）励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面板上的“恒α”指示灯亮；
（4）合上励磁开关，合上原动机开关；
（5）在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。
注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需要调节，则松开按钮，重新按下。
实验时，调节励磁电流为表1规定的若干值，记下对应的α角（调节器对应的显示参数为“CC”），同时通过接在Ud+、Ud-之间的示波器观测全控桥输出电压波形，并由电压波形估算出α角，另外利用数字万用表测出电压Ufd和U AC，将以上数据记入下表，通过Ufd，U AC和数学公式也可计算出一个α角来；完成此表后，比较三种途径得出的α角有无不同，分析其原因。
表2-1
励磁电流Ifd 0.0A 0.5A 1.5A 2.5A
显示控制角α
励磁电压Ufd
交流输入电压U AC
由公式计算的α
示波器读出的α
（6）调节控制角大于90度但小于120度，观察全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？为什么？
（7）调节控制角大于120度，观察全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？为什么？
（二）同步发电机起励实验
同步发电机的起励有三种：恒U F方式起励，恒α方式起励和恒I L方式起励。其中，除了恒α方式起励只能在它励方式下有效外，其余两种方式起励都可以分别在它励和自并励两种励磁方式下进行。
恒U F方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”的两种起励方式。设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳定在手动设定的电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工不能干预，起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为85%～115%额定电压；“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励
方式，而“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验。
恒I L方式起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工不能干预，起励后的发电机电压一般为20%额定电压左右；恒α方式起励只适用于它励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始由人工调节逐渐增加励磁，完成起励建压任务。
1．恒U F方式起励步骤
（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；
（2）按下“恒U F”按钮选择恒U F控制方式，此时恒U F指示灯亮；
（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；
（4）启动机组；
（5）当转速接近额定时，（频率≥47Hz）,将“灭磁”按钮松开，发电机起励建压。注意观察在起励时励磁电流和励磁电压的变化（看励磁电流表和电压表）。录波，观察起励曲线，测定起励时间，上升速度，超调，振荡次数，稳定时间等指标，记录起励后的稳态电压和系统电压。
上述的这种起励方式是通过手动解除“灭磁”状态完成的，实际上还可以让发电机自动完成起励，其操作步骤如下：
（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；
（2）按下“恒U F”按钮选择恒U F控制方式，此时恒U F指示灯亮；
（3）使调节器操作面板上的“灭磁”按钮为弹起松开状态（注意，此时灭磁指示灯仍然是亮的）；
（4）启动机组；
（5）注意观察，当发电机转速接近额定时（频率≥47Hz），灭磁灯自动熄灭，机组自动起励建压，整个起励过程由机组转速控制，无需人工干预，这就是发电厂机组的正常起励方式。同理，发电机停机时，也可由转速控制逆变灭磁。
改变系统电压，重复起励（无需停机、开机，只需灭磁、解除灭磁），观察记录发电机电压的跟踪精度和有效跟踪范围以及在有效跟踪范围外起励的稳定电压。
按下灭磁按钮并断开励磁开关，将“励磁方式开关”改切到“微机它励”位置，恢复投入“励磁开关”（注意：若改换励磁方式时，必须首先按下灭磁按钮并断开励磁开关！否则将可能引起转子过电压，危及励磁系统安全。）本励磁调节器将它励恒U F运行方式下的起励模式设计成“设定电压起励”方式（这里只是为了试验方便，实际励磁调节器不论何种励磁方式均可有两种恒U F起励方式），起励前允许运行人员手动借助增减磁按钮设定电压給定值，选择范围为0～110%额定电压。用灭磁和解除灭磁的方法，重复进行不同设定值的起励试验，观察起励过程，记录设定值和起励后的稳定值。
2．恒I L方式起励步骤
（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式或者“微机它励”方式，投入“励磁开关”；
（2）按下“恒I L”按钮选择恒I L控制方式，此时恒I L指示灯亮；
（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；
（4）启动机组；
（5）当转速接近额定时（频率>=47Hz）,将“灭磁”按钮松开，发电机自动起励建压，记录起励后的稳定电压。起励完成后，操作增减磁按钮可以自由调整发电机电压。
3．恒α方式起励步骤
（1）将“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，投入“励磁开关”；
（2）按下恒α按钮选择恒α控制方式，此时恒α指示灯亮；
（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；
（4）启动机组；
（5）当转速接近额定时（频率>=47Hz）,将“灭磁”按钮松开，然后手动增磁，直到发电机起励建压；
（6）注意比较恒α方式起励与前两种起励方式有何不同。
（三）控制方式及其相互切换
本型微机励磁调节器具有恒U F，恒I L，恒Q，恒α等四种控制方式，分别具有各自特点，请通过以下试验自行体会和总结。
1．恒U F方式
选择它励恒U F方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据；
表2-2
发电机频率发电机电压励磁电流励磁电压控制角
45Hz
46Hz
47Hz
48Hz
49Hz
50Hz
51Hz
52Hz
53Hz
54Hz
55Hz
2．恒I L方式
选择它励恒I L方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据；
表2-3
发电机频率发电机电压励磁电流励磁电压控制角
45Hz
46Hz
47Hz
48Hz
49Hz
50Hz
51Hz
52Hz
53Hz
54Hz
55Hz
3．恒α方式
选择它励恒α方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、
控制角α的关系数据；
发电机频率发电机电压励磁电流励磁电压控制角
45Hz
46Hz
47Hz
48Hz
49Hz
50Hz
51Hz
52Hz
53Hz
54Hz
55Hz
选择它励恒U F方式，开机建压，并网后选择恒Q方式（并网前恒Q方式非法，调节器拒绝接受恒Q命令），带一定的有功、无功负荷后，记录下系统电压为380V时发电机的初始状态，注意方式切换时，要在此状态下进行。改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；
系统电压发电机电压发电机电流励磁电流控制角 有功功率无功功率
380V
370V
360V
350V
390V
400V
410V
将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒U F方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；
系统电压发电机电压发电机电流励磁电流控制角α有功功率无功功率
380V
370V
360V
350V
390V
400V
410V
将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒I L方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；
系统电压发电机电压发电机电流励磁电流控制角α有功功率无功功率
380V
370V
360V
350V
390V
400V
410V
将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒α方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；
系统电压发电机电压发电机电流励磁电流控制角α有功功率无功功率
380V
370V
360V
350V
390V
400V
410V
四种控制方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。
5．负荷调节
调节调速器的增速减速按钮，可以调节发电机输出有功功率，调节励磁调节器的增磁减磁按钮，可以调节发电机输出无功功率。由于输电线路比较长，当有功功率增到额定值时，功角较大（与电厂机组相比），必要时投入双回线；当无功功率到额定值时，线路两端电压降落较大，但由于发电机电压具有上限限制，所以需要降低系统电压来使无功功率上升，必要时投入双回线。记录发电机额定运行时的励磁电流，励磁电压和控制角。
将有功、无功减到零值作空载运行，记录发电机空载运行时的励磁电流，励磁电压和控制角。了解额定控制角和空载控制角的大致度数，了解空载励磁电流与额定励磁电流的大致比值。
发电机状态励磁电流励磁电压控制角α
空载
半负载
额定负载
（四）逆变灭磁和跳灭磁开关灭磁实验
灭磁是励磁系统保护不可或缺的部分。由于发电机转子是一个大电感，当正常或故障停机时，转子中贮存的能量必须泄放，该能量泄放的过程就是灭磁过程。灭磁只能在空载下进行（发电机并网状态灭磁将会导致失去同步，造成转子异步运行，感应过电压，危及转子绝缘）。三相全控桥当触发控制角大于90°时，将工作在逆变状态下。本实验的逆变灭磁就是利用全控桥的这个特点来完成的。
1．逆变灭磁步骤：
（1）选择“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁控制方式采用“恒U F”；
（2）启动机组，投入励磁并起励建压，增磁，使同步发电机进入空载额定运行；
（3）按下“灭磁”按钮，灭磁指示灯亮，发电机执行逆变灭磁命令，注意观察励磁电流表和励磁电压表的变化以及励磁电压波形的变化。
2．跳灭磁开关灭磁实验步骤：
（1）选择微机自并励励磁方式或者“微机它励”方式，励磁控制方式采用恒U F；
（2）启动机组，投入励磁并起励建压，同步发电机进入空载稳定运行；
（3）直接按下“励磁开关”绿色按钮跳开励磁开关，注意观察励磁电流表和励磁电压表的变化。
以上试验也可在它励励磁方式下进行。
（五）伏赫限制实验
单元接线的大型同步发电机解列运行时，其机端电压有可能升得较高，而其频率有可能降得较低。如果其机端电压U F与频率f的比值B=U F/f过高，则同步发电机及其主变压器的铁芯就会饱和，使空载激磁电流加大，造成发电机和主变过热。因此有必要对U F/f加以限制。伏赫限制器工作原理就是：根据整定的最大允许伏赫比Bmax和当前频率，计算出当前允许的最高电压U Fh=Bmax*f，将其与电压给定值Ug比较，取二者中较小值作为计算电压偏差的基准Ub，由此调节的结果必然是发电机电压U F≤U Fh。伏赫限制器在解列运行时投入，并网后退出。
实验步骤：
（1）选择“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁控制方式采用“恒UF”；
（2）启动机组，投入励磁起励建压，发电机稳定运行在空载额定以上；
（3）调节原动机减速按钮，使机组从额定转速下降，从50Hz～44Hz；
（4）每间隔1Hz记录发电机电压随频率变化的关系数据；
（5）根据试验数据描出电压与频率的关系曲线，并计算设定的Bmax值（用限制动作后的数据计算，伏赫限制指示灯亮表示伏赫限制动作）。做本实验时先增磁到一个比较高的机端电压后再慢慢减速。
表2-10
发电机频率f 50Hz 49 Hz 48 Hz 47 Hz 46 Hz 45 Hz 44 Hz
机端电压U F
（六）同步发电机强励实验
强励是励磁控制系统基本功能之一，当电力系统由于某种原因出现短时低压时，励磁系统应以足够快的速度提供足够高的励磁电流顶值，借以提高电力系统暂态稳定性和改善电力系统运行条件。在并网时，模拟单相接地和两相间短路故障可以观察强励过程。
实验步骤：
（1）选择“微机自励”励磁方式，励磁控制方式采用“恒U F ”； （2）启动机组，满足条件后并网；
（3）在发电机有功和无功输出为50％额定负载时，进行单相接地和两相间短路实验，注意观察发电机端电压和励磁电流、励磁电压的变化情况；观察强励时的励磁电压波形； 自 励
它 励
单相接地短路 两相间短路
单相接地短路 两相间短路 励磁电流最大值 发电机电流最大值
（4）采用它励励磁方式，重复（1）~（2），并完成后面的思考题。
（七）欠励限制实验
欠励限制器的作用是用来防止发电机因励磁电流过度减小而引起失步或因机组过度进相引起定子端部过热。欠励限制器的任务是：确保机组在并网运行时，将发电机的功率运行点(P 、Q)限制在欠励限制曲线上方。
欠励限制器的工作原理：根据给定的欠励限制方程和当前有功功率P 计算出对应的无功功率下限：Q min =aP+b 。将Q min 与当前Q 比较，若：Q min （1）选择“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁控制方式采用“恒U F ”； （2）启动机组，投入励磁； （3）满足条件后并网； （4）调节有功功率输出分别为0，50%，100%的额定负载，用减小励磁电流(按“减磁”按钮)或升高系统电压的方法使发电机进相运行，直到欠励限制器动作（欠励限制指示灯亮），记下此时的有功P 和无功Q ； （5）根据试验数据作出欠励限制线P=f(Q)，并计算出该直线的斜率和截距；如果减磁到失步时还不能使欠励限制动作时可以用提高系统电压来实现。 表2-12 发电机有功功率P 欠励限制动作时的Q 值 零功率 50%额定有功 100%额定有功 （八）调差实验 1．调差系数的测定 P Q 方 式 电 流 值 类 型 在微机励磁调节器中使用的调差公式为（按标么值计算）UB=Ug ±KQ*Q ，它是将无功功率的一部分叠加到电压给定值上（模拟式励磁调节器通常是将无功电流的一部分叠加在电压测量值上，效果等同）。 实验步骤： （1）选择“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁控制方式采用“恒U F ”； （2）启动机组，投入励磁； （3）满足条件后并网，稳定运行； （4）用降低系统电压的方法以增加发电机无功输出，记录一系列 U F 、Q 数据； （5）作出调节特性曲线，并计算出调差系数； 表2-13 发电机机端电压U F 发电机无功输出Q 1 2 3 4 5 2．零调差实验 设置调差系数＝0，实验步骤同1。 用降低系统电压的方法以增加发电机无功输出，记录一系列 U F 、Q 数据，作出调节特性曲线。 3．正调差实验 设置调差系数＝4%，实验步骤同1。 用降低系统电压的方法以增加发电机无功输出，记录一系列 U F 、Q 数据，作出调节特性曲线。 4．负调差实验 设置调差系数＝-4%，实验步骤同1。 用降低系统电压的方法以增加发电机无功输出，记录一系列 U F 、Q 数据，作出调节特性曲线。 K=0 K=+4% K=-4% U F Q U F Q U F Q （九）过励磁限制实验 发电机励磁电流超过额定励磁电流1.1倍称为过励。励磁电流在1.1倍以下允许长期运行，1.1～2.0之间按反时限原则延时动作，限制励磁电流到1.1倍以上，2.0倍以下，瞬时动作限制励磁电流在2.0倍以上。过励限制 Q U F O 指示灯在过励限制动作时亮。 实验步骤： (1) 选择“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁控制方式采用“恒U F ”； (2) 启动机组，投入励磁； (3) 用降低额定励磁电流定值的方法模拟励磁电流过励（注：无法使励磁电流真正过励，你有办法吗？），此时限制器将按反时限特性延时动作，记录励磁电流值和延时时间，观察过励限制器动作过程； (4) 描出励磁限制特性曲线，?? ? ??=e I I f t ； (5) 励磁电流实际值I 过励倍数(I/I e ) 延时时间(t) （十）PSS 实验 PSS （电力系统稳定器）的主要作用是抑制系统的低频振荡。它的投入对提高电力系统的动态稳定性有非常重要的意义。 实验步骤： （1）选择“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁控制方式采用“恒UF ”； （2）启动机组，投入励磁； （3）满足条件后并网，稳定运行； （4）在不投入PSS 的条件下，增加发电机有功输出，直到系统开始振荡，记下此时的机端电压、有功输出和功角（由调速器的显示器读数）； （5）在投入PSS 的条件下，增加发电机有功输出，直到系统开始振荡，记下此时的机端电压、有功输出和功角； （6）比较PSS 投和不投两种情况下的功率极限和功角极限有何不同。 表2-16 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 I/Ie t 单回输电线双回输电线 PSS投PSS不投PSS投PSS不投 机端电压U F 发电机有功P 功角δ （十一）停机灭磁 发电机解列后，直接控制调速器停机，励磁调节器在转速下降到43HZ以下时自动进行逆变灭磁。待机组停稳，断开原动机开关，跳开励磁和线路等开关，切除操作电源总开关。 四、实验报告要求 1．分析比较各种励磁方式和各种控制方式对电力系统安全运行的影响； 2．比较各项的实验数据，分析其产生的原因。 3．分析励磁调节器、空载实验的各项测试结果。 4．分析励磁调节器、负载实验的各项测试结果。 五、思考题 1．三相可控桥对触发脉冲有什么要求？ 2．为什么在恒α方式下，必须手动“增磁”才能起励建压？ 3．比较恒UF方式起励、恒IL方式起励和恒α方式起励有何不同？ 4．逆变灭磁与跳励磁开关灭磁主要有什么区别？ 5．为什么在并网时不需要伏赫限制？ 6．比较在它励方式下强励与在自并励下强励有什么区别？ 7．比较在它励方式下逆变灭磁与在自并励下逆变灭磁有什么差别？ 8．比较单回线路和双回线路有功功率与功角的关系有何变化，线路电压降落与无功功率的关系有何不同？9．比较四种运行方式：恒UF、恒IL、恒Q和恒α的特点，说说他们各适合在何种场合应用？对电力系统运行而言，哪一种运行方式最好？试就电压质量，无功负荷平衡，电力系统稳定等方面进行比较。 摘要 同步发电机励磁系统对电力系统的可靠性和稳定性起着重要作用，在我国，励磁系统的可靠性和技术性能指标还不能令人满意。除了制作水平的提高外，利用特殊的动态测试设备在设计、生产、运行、维护等各个阶段对励磁系统进行设计验证和动态性能测试，是提高励磁系统可靠性和技术性能指标的重要手段。随着计算机技术的发展，数字仿真测试技术在电力系统研究领域正起着越来越重要的作用。因此研究采用数字仿真测试技术对同步发电机励磁系统进行动态性能测试，对提高励磁系统的可靠性和技术指标有着重要意义。 关键词：同步发电机，励磁系统 Abstract The excitation system of synchronous generator plays an important role in reliability and stability of power system. However, the reliability of current excitation system in China is not very satisfactory. To improve the reliability and performance of excitation system, in addition to enhancing the fabrication technology, it is critical to conduct design verifying and dynamic performance testing at the stages of design, manufacture, run and maintenance with special dynamic testing devices. With the rapid development of computer science and technology, digital simulation testing is becoming more and mo re important in Power System research field. Adopting digital simulation testing technology in the dynamic performance testing of synchronous generator excitation systems has a great significance in improving the reliability and performance of an excitation system. Keyword: Synchronous Generator, Excitation System 浅谈同步发电机的励磁系统 技术分类:电机与运动控制作者：赵宇发表时间：2006-11-10 1 概述 向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它的可靠性对于发电机的安全运行和电网的稳定有很大影响。发电机事故统计表明发电机事故中约1/3为励磁系统事故，这不但影响发电机组的正常运行而且也影响了电力系统的稳定，因此必须要提高励磁系统的可靠性，而根据实际情况选择正确的励磁方式是保证励磁系统可靠性的前提和关键。我国电力系统同步发电机的励磁系统主要有两大类，一类是直流励磁机励磁系统，另一类是半导体励磁系统。 2 直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源，供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴，励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流，形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。 图1 自励直流励磁机励磁系统原理接线图 上图中 LH——电流互感器 YH——电压互感器 F ——同步发电机 FLQ——同步发电机的励磁线圈 L——直流励磁机 LLQ——直流励磁机的励磁线圈 Rc——可调电阻 采用直流励磁机供电的励磁系统，在过去的十几年间，是同步发电机的主要励磁系统。目前大多数中小型同步发电机仍采用这种励磁系统。长期的运行经验证明，这种励磁系统的优点是：具有独立的不受外系统干扰的励磁电源，调节方便，设备投资及运行费用也比较少。缺点是：运行时整流子与电刷之间火花严重，事故多，性能差，运行维护困难，换向器和电刷的维护工作量大且检修励磁机时必须停主机，很不方便。近年来，随着电力生产的发展，同步发电机的容量愈来愈大，要求励磁功率也相应增大，而大容量的直流励磁机无论在换向问题或电机的结构上都受到限制。因此，直流励磁机励磁系统愈来愈不能满足要求。目前，在100MW及以上发电机上很少采用。 3 半导体励磁系统 半导体励磁系统是把交流电经过硅元件或可控硅整流后，作为供给同步发电机励磁电流的直流电源。半导体励磁系统分为静止式和旋转式两种。 3.1 静止式半导体励磁系统 静止式半导体励磁系统又分为自励式和它励式两种。 3.1.1自励式半导体励磁系统 自励式半导体励磁系统中发电机的励磁电源直接由发电机端电压获得，经过控制整流后，送至发电机转子回路，作为发电机的励磁电流，以维持发电机端电压恒定的励磁系统，是无励磁机的发电机自励系统。最简单的发电机自励系统是直接使用发电机的端电压作励磁电流的电源，由自动励磁调节器控制励磁电流的大小，称为自并励可控硅励磁系统，简称自并励系统。自并励系统中，除去转子本体极其滑环这些属于发电机的部件外，没有因供应励磁电流而采用的机械转动或机械接触类元件，所以又称为全静止式励磁系统。下图为无励磁机发电机自并励系统框图，其中发电机转子励磁电流电源由接于发电机机端的整流变压器ZB提供，经可控硅整流向发电机转子提供励磁电流，可控硅元件SCR由自动励磁调节器控制。系统起励时需要另加一个起励电源。 图2 无励磁机发电机自并励系统原理接线图 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求： 图一 1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自 动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。 2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。 3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了3种励磁方式: 1、图二为一期两台QFG-6-2型发电机的励磁系统方框图。 图二 2、图三为二期两台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图。 图三 3、图四为三期一台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图 图四 一、三种发电机励磁系统的组成 一期是交流励磁机旋转整流器的励磁系统，即无刷励磁系统。如图二所示，它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而交流励磁机正好相反，其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转，不需任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。二期是自励直流励磁机励磁系统。如图三所示，发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机磁场电阻Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。三期采用的是静止励磁系统。这类励磁系统不用励磁机，由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。 二、励磁电流的产生及输出 一期励磁系统原理图如图五所示。其中主励磁机的励磁 同步发电机励磁控制实验 一、实验目的 1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4．了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响； 6．了解几种常用励磁限制器的作用； 7．掌握励磁调节器的基本使用方法。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V 市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F （保持机端电压稳定）、恒I L （保持励磁电流稳定）、恒Q （保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 图1 励磁控制系统示意图 无刷励磁发电机的轴端头是一台交流发电机，其转子是发电绕组，发出的电流通过固定在发电机轴上的导线引导固定在轴上的硅整流管，整流后的直流直接进入转子绕组，其中没有整流刷这个东西，所以成为无刷励磁。 无刷励磁发电机的轴端头是一台交流发电机，其转子是发电绕组，发出的电流通过固定在发电机轴上的导线引导固定在轴上的硅整流管，整流后的直流直接进入转子绕组，其中没有整流刷这个东西，所以成为无刷励磁。曾经风靡过一段时间，但是由于整流管坏了就得停机，所以现在已经用的很少了，基本都采用自复励系统。 同步发电机励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。现说明如下： 1.直流励磁机励磁 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。 2.静止励磁器励磁 同一轴上有3台发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励（有时采用永磁发电机）。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。 3.旋转整流器励磁 静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到了数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。用于这种励磁系统取消了集电环和集电装置，故又称为无刷励磁系统。 发电机原理及构造——发电机的励磁系统 众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 左图为常用的电抗移相相复励励磁系统线路图。由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK 移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 左图为三次谐波原理图，对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 由左图可以看出，可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（A VR），控制可控硅的导通角来调节励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。 四、无刷励磁原理 无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。它是利用交流励磁机，其定子上的剩磁或永久磁铁（带永磁机）建立电压，该交流电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发电机建压。自动电压调节器（A VR）能根据输出电压的微小偏差迅速地减小或增加励磁电流，维持发电机的所设定电压近似不变。 中小型三相同步发电机的技术发展概况 一．概述 中小型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及新能源――风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。它对边（疆）老（区）贫（穷）地区实现电气化，提高该地区经济发展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。移动电站对国防设施、工程建设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也是不可缺少的关键装备之一。应急备用电站在突发事件中的防灾、救护保障人民的生命和财产的安全有着不可替代的作用。开发绿色能源、可再生能源、减少大气二氧化碳的含量，小水电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成部分。 我国小型同步发电机的第一代产品是1956年电工局在上海组织的统一设计并于1957年完成的TSN、TSWN系列农用水轮发电机。第二代产品是在进行了大量试验研究和调查研究的基础上于1965年开始的T2系列小型三相同步发电机统一设计，该水平达到六十年代国际先进水平，为B级绝缘的有刷三相同步发电机。在这段时间还开发了ST系列有刷单相同 2．1同步电机模型 同步电机是电力系统的主要元件，电磁暂态和机电互动现象十分丰富，模型的建立和求解往往决定着仿真的精度和能够反映实际系统动态过程的程度，因此，很多专家在同步发电机建模方面展开研究并取得多项成果。 同步电机是励磁控制系统的控制对象，又和励磁控制系统密切相关系。研究励磁系统的动态特性，离不开对同步电机动态特性的分析。同步电机的过渡过程比较复杂，通过以d,q 坐标系统推导出来的派克(Park)方程作为同步电机的基本方程，求出完整的动态模型；在某些特定的条件下，可由完整的动态模型得到简化模型。在小干扰情况下，可以将非线性的完整模型在工作点附近线性化，得出线性化模型：同样，在某些特定的条件下，还可以求得简化的线性模型。 同步电机dqO 坐标下的暂态方程称为派克方程，它是一组非线性的微分方 程组。由于dqO 三轴之间的解耦以及aqO 坐标下的电感参数是常数，因此派克变换及同步电机的派克方程在实用分析中得到广泛的使用。 同步电机具有三个定子绕组、一个转子绕组、两个阻尼绕组。六个绕组间 都有磁的耦合，加上转子位置不断变化，绕组间的耦合又必然是转子的位置函 数。要正确反映上述情况就需要七个非线性微分方程。 2．1．1同步电机基本方程 由同步电机在d,q 轴的park 微分方程组出发，电压和磁链方程(以标幺值形式)如(2．1)-(2．10)所示： 电压方程： 定子绕组：d q d d ri p U --=ωψψ （2.1） q d q q ri p U --=ωψψ （2.2） 励磁绕组： f f f f p r i U ψ-= （2.3） 阻尼绕组： d d d p i r 1110ψ-= （2.4） q q q p i r 1110ψ-= （2.5） 磁链方程： 定子绕组：d ad f ad d d d i X i X i X 1++-=ψ （2.6） q aq q q q i X i X 1+-=ψ （2.7） 励磁绕组：d ad f f d ad f i X i X i X 1++-=ψ （2.8） 阻尼绕组：d d f ad d ad d i X i X i X 111++-=ψ （2.9） q q q aq q i X i X 111+-=ψ （2.10） 其中，dt d p θθω==。式中各物理量的定义为：d i -负载电流d 轴分量；q i -负载电流q 轴分量；f i -励磁电流；d U -机端电压d 轴分量；q U —机端电压q 轴分量；f U - 柴油发电机组控系统工作原理 LIXISE 作者： 作者：LIXISE 柴油发电机组控制系统工作原理和算法是相当的复杂，每个电路的设计都有其特定的算法来予以实现。柴油发电机组的控制器系统犹如发电机组的心脏，智能控制系统的使用大大提高了柴油发电机组的运行，保障了柴油发电机组的稳定工作，那么控制系统是通过何种原理和算法来实现呢？柴油发电机组的控制部分，数字式励磁控制器较传统的模拟电路励磁控制器具有精度高，反应快，控制算法适应性强，对于不同特性的电机只要通过调整程序参数就能适应，甚至可以实现更高端的自适应智能控制算法等优点。 一、数字励磁控制器软件实现与算法研究 主要是对数字式励磁控制器的软件和所采用的控制算法进行论述。首先对数字励磁控制器的主程序进行设计，然后对电量参数采集算法和智能励磁控制算法进行研究，并在ＣＰＵ上进行实现。为了实现精确的数字励磁控制，需要得到实时、精确的电量数据，而要获得实时、精确的电量数据，则需要采用交 流采样方法，并推导出交流采样下各个电量的计算公式，最终编写计算出电量数据的算法程序。交流采样是按一定的规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按照一定的数学算法求出被测电量参数的测量方法。下面给出交流电压，交流电流，有功功率，无功功率，功率因素的各种算法中的离散公式。 二、数字式励磁控制器总体设计方案 工作电源：由于微处理器的工作电源要求，我们需要一个５Ｖ的稳定直流电源，信号调理电路的运算电路的供电需要一组±１２Ｖ的直流电源，另外，开关量输出需要驱动继电器，所以需要一个＋２４Ｖ的直流电源，为此我们需要设计一个电源转化模块得到系统正常工作所需的三组ＤＣ电源。 三、交流采样锁相环电路 要进行交流采样，通常需要进行同步采样，目前交流采样方式主要有硬件同步采样、软件同步采样和异步采样三种。硬件同步由硬件同步电路向ＣＰＵ提出中断实现同步。硬件同步电路有多种形式，常见的如锁相环同步电路等。硬件同步采样法是由专门的硬件电路产生同步于被测信号的采样脉冲。它能克服软件同步采样法存在截断误差等缺点，测量精度高。利用锁相频率跟踪原理实 1．同步发电机运行实验指导书2．发电机励磁调节装置实验指导书3．静态稳定实验(提纲，供参考) 4．发电机保护实验提示 5． 广西大学电气工程学院 同步发电机运行实验指导书 目录 一、实验目的 二、实验装置及接线 三、实验内容 实验一发电机组的起动和同步电抗Xd测定 实验二发电机同期并网实验 实验三发电机的正常运行 实验四发电机的特殊运行方式 实验五发电机的起励实验 四、实验报告 五、参考资料 六、附录 1．不饱和Xd的求法 2．用简化矢量图求Eq和δ 3．同期表及同期电压矢量分析 一、实验目的 同步发电机是电力系统最重要又最复杂的电气设备，在电力系统运行中起着十分重要的作用。通过实验，使学生掌握和巩固同步发电机及其运行的基本概念和基本原理，培养学生的实践能力、分析能力和创新能力，加强工程实线训练，提高学生的综合素质。 二、实验装置及接线 实验在电力系统监控实验室进行，每套实验装置以4KW直流电动机与同轴的1.5KW同步发电机为被控对象，配置常规仪表测量控制屏（常规控制）和自动控制屏（微机监控）。可实现对发电机组的测量、控制、信号、保护、调节、并列等功能，本次同步发电机运行实验，仅采用常规控制方式。 直流电动机-同步发电机组的参数如下： 直流电动机： 型号Z2-42，凸极机 额定功率4KW 额定电压DC220V 额定电流22A 额定转速1500r/min 额定励磁电压DC220V 额定励磁电流0.81A 同步发电机 型号STC-1.5 额定功率 1.5KW 额定电压AC400V(星接) 额定电流 2.7A 额定功率因数0.8 空载励磁电流1A 额定励磁电流2A 同步发电机接线如图电-01所示。发电机通过接触器1KM、转换开关1QS、 浅谈同步发电机的励磁系统 1 概述 向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它的可靠性对于发电机的安全运行和电网的稳定有很大影响。发电机事故统计表明发电机事故中约1/3为励磁系统事故，这不但影响发电机组的正常运行而且也影响了电力系统的稳定，因此必须要提高励磁系统的可靠性，而根据实际情况选择正确的励磁方式是保证励磁系统可靠性的前提和关键。我国电力系统同步发电机的励磁系统主要有两大类，一类是直流励磁机励磁系统，另一类是半导体励磁系统。 2 直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源，供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴，励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流，形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。 图1 自励直流励磁机励磁系统原理接线图 上图中LH——电流互感器 YH——电压互感器 F ——同步发电机 FLQ——同步发电机的励磁线圈 L——直流励磁机 LLQ——直流励磁机的励磁线圈 Rc——可调电阻 采用直流励磁机供电的励磁系统，在过去的十几年间，是同步发电机的主要励磁系统。目前大多数中小型同步发电机仍采用这种励磁系统。长期的运行经验证明，这种励磁系统的优点是：具有独立的不受外系统干扰的励磁电源，调节方便，设备投资及运行费用也比较少。缺点是：运行时整流子与电刷之间火花严重，事故多，性能差，运行维护困难，换向器和电刷的维护工作量大且检修励磁机时必须停主机，很不方便。近年来，随着电力生产的发展，同步发电机的容量愈来愈大，要求励磁功率也相应增大，而大容量的直流励磁机无论在 同步发电机准同期并列实验 一、实验目的 1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法； 3．熟悉同步发电机准同期并列过程； 4．观察相关参数。 二、实验项目和方法 （一）机组启动与建压 1．检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置； 2．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮； 3．按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮； 4．励磁调节器选择它励、恒UF运行方式，合上励磁开关； 5．把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置； 6．合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V； 7．合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机到额定转速； 8．当机组转速升到95%以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与系统电压相等。 （二）手动准同期 将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。 观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，相应操作微机励磁调节器上的增磁或减磁按钮进行调压，直至“压差闭锁”灯熄灭。 观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的增速或减速按钮进行调速，直至“频差闭锁”灯熄灭。 此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0o位置前某一合适时刻时，即可合闸。观察并记录合闸时的冲击电流。 具体实验步骤如下： （1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置； （2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮； （3）按调速器上的“模拟方式”按钮按下，使“模拟方式”灯亮。合上原动机开关，按下“停机/开机”按钮，开机指示灯亮； 四川大学 电力系统自动装置 题目同步发电机励磁系统 学院电气信息学院 专业电气工程及其自动化 同步发电机励磁系统及励磁调节器工作原理 一励磁系统的结构 励磁系统,一般来讲，就是与同步发电机励磁回路电压建立，调整以及必要时使其电压消失的有关元件和设备的总称。 同步发电机的自动励磁调节通常分为两部分： 第一部分是励磁功率单元，用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，已建立直流磁场。 第二部分是励磁调节器，用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流或自动灭磁等以满足运行的需要。 二自动励磁调节系统的作用： 1。电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平。当发电机无功负荷变化时，一般情况下机端电压要发生相应的变化，此时自动励磁调节装置应能供给要求的励磁功率，满足不同负荷情况下励磁 电流的自动调节，维持机端或系统某点电压水平。 负荷波动—功率变化—电压变化 负荷增大—电压降低—励磁电流增大 同步发电机的励磁系统就是通过不断调节励磁电流来维持给定的电压。 2。合理分配发电机间的无功功率。发电机的无功负荷与励磁电流有着密切的关系，励磁电流的自动调节，要影响发电机间无功负荷的分配，所以对励磁系统的调节特征有一定的要求。 励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功率角的大小。 与无限大母线并列运行的机组，调节励磁电流可以改变发电机无功功率的数值即控制无功分配。 3。提高电力系统稳定性 电力系统在运行中随时可能受到各种干扰，受到干扰后，电力系统稳定性的要求能够恢复到原来的状态或者过渡到一个新的运行状态。其主要标志是暂态过程结束后，同步发电机能维持或恢复同步运行。励磁调节系统对静态稳定和暂态稳定的影响 （1）对改善静态稳定的影响 2．无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理。 2．1结构：由主磁机、永磁副励磁机、旋转整流盘、空气冷却器、硅整流器、A VR等组成。 主励：三相、200Hz、2760KV A、417V、2820A、cos∮0. 9、 8极 副励：三相、400Hz、90KV A、250V、208A、cos∮0.95、 16极 f=pn/60 旋转整流装置：全波不可控硅整流有熔断器及过电压保护， 直流输出：2450KW 500V 4900N 副励磁机为旋转磁极式，发出的电流送到主励磁机的定子作为主励磁机的励磁电流，由于主励磁机为旋转电枢 式，电枢发出的电流通过转轴中孔送到旋转整流盘，经整 流后送至转子线圈从而达到对发电机励磁。 2．2 发电机励磁电流的调节过程 △由副励磁机——可控硅——A VR调节器——作为主励磁机定子励磁电流——来调节主励旋转电枢的输出电流— —送至旋转整流盘——转子绕组 △静止的永励副励磁机的电枢送出400Hz的电源，通过励磁电压调节器中的三相全控桥式可控硅整流器形成可调的 直流电源到交流励磁机的磁场绕组。 通过控制全控桥整流器的导通角来调节交流励磁机的磁场电流，从而达到调节发电机励磁电流的目的。 当DA VR故障时，由厂用电经工频手动励磁调节装置整流 后提供。发电机励磁。 工作原理 发电机的励磁电流由交流励磁机经旋转整流盘整流后提供，交流励磁机的励磁电流则由永磁机经调节装置中的 可控硅全控桥整流后提供，励磁电流的大小由自励磁调节 装置进行自动或手动调节，以满足发电机运行工况的要求。 2.3 无刷励磁系统特点 2.3.1 励磁机与发电机同轴，电源独立，不受电力系统干扰 2.3.2 没有滑环和电刷，根除了碳粉污染，噪音低，维护简单2.3.3 具备高起始、响应持久、能有效地提高电力系统稳定性2.3.4 选扎整流盘设计合理、电流和电压余量大，运行可靠 2.3.5 采用双重数字A VR、功能齐全、故障追忆功能强 无刷励磁系统原理框图 整流盘及电路 整流盘采用双盘结构，一个正极盘，另一个负极盘。 整流盘与转轴间绝缘可靠、固定合理，能承受各种短路力矩的冲击而不产生位移。 电路接线是：励磁机电枢八个Y支路中心点通过短路 发电机的励磁系统 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、维护方便等优点。 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 实验报告 课程名称： 电力系统分析综合实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 同步发电机励磁控制实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5.掌握励磁调节器的基本使用方法； 6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 图1 励磁控制系统示意图 实验用的励磁控制系统示意图如图l 所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控 专业： 电气工程及其自动化 姓名： 学号： 日期： 地点：教2-105 桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F (保持机端电压稳定)、恒I L(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒α(保持控制角稳定)。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90?；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90?，实现逆变灭磁。 三、实验项目和方法 (一) 不同α角(控制角)对应的励磁电压波形观测 (1)合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄； (2)励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器 面板“它励”指示灯亮； (3)励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面 板上的“恒α”指示灯亮； (4)合上励磁开关，合上原动机开关； (5)在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮 即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。 注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需 发电机励磁原理 励磁机的作用: 发电机原理为永磁极随转子旋转，产生交流电，交流电一部分作为AER的电源，一部分通过逆变器整流成直流为转子建立磁场。通过调节导通角可以改变发电机的端电压（空载时）进而实现并网，在并网时调节向电网的无功输出。 工作原理:众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二极管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE 中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（AVR），控制 三相同步发电机的运行特性 学院: 电气信息学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 2011级 姓名: 一、实验目的 1.掌握三相同步发电机的空载、短路及零功率因素负载特性的实验求取法 2.学会用试验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳态参数 二、实验参数 实验在电力系统监控实验室进行，每套实验装置以直流电动机作为原动机，带动同步电动机转动，配置常规仪表进行实验参数进行测量，本次同步发电机运行试验，仅采用常规控制方式。 同步发电机的参数如下 额定功率2kw 额定电压400v 额定电流 3.6A 额定功率因素0.8 接法Y 三、实验原理 工作原理 ◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 ◆载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 ◆切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 ◆交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 ◆感应电势有效值：每相感应电势的有效值为 ◆感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即 ◆交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 同步转速 ◆同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： ◆要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。运行方式 ◆同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还 同步发电机励磁控制 实验.. 精品文档 实验报告 课程名称： 电力系统分析综合实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 同步发电机励磁控制实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5.掌握励磁调节器的基本使用方法； 6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 专业： 电气工程及其自 动化 姓名： 学号： 日期： 图1 励磁控制系统示意图 实验用的励磁控制系统示意图如图l所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F(保持机端电压稳定)、恒I L(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒α(保持控制角稳定)。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90?；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90?，实现逆变灭磁。 三、实验项目和方法 (一) 不同α角(控制角)对应的励磁电压波形观测 (1)合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯 熄； (2)励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器 面板“它励”指示灯亮； 课程名称：电力系统分析综合实验指导老师：成绩：__________________ 实验名称：同步发电机励磁控制实验实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的 1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5.掌握励磁调节器的基本使用方法； 6.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 实验用的励磁控制系统示意图如图l所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控 桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F(保持机端电压稳定)、恒I L(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒α(保持控制角稳定)。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90?；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90?，实现逆变灭磁。 三、实验项目和方法 (一) 不同α角(控制角)对应的励磁电压波形观测 (1)合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄； (2)励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器 面板“它励”指示灯亮； (3)励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面 板上的“恒α”指示灯亮； (4)合上励磁开关，合上原动机开关； (5)在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮 即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。 注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需Q ，欠励限制器动作，自动增加无功输出，使Q min
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