励磁机技术及产品国内外对比doc
与无刷励磁系统的比较及经济分析
静止励磁系统与无刷励磁系统的比较及经济分析一．概述大型常规火电和核电用发电机的励磁方式主要有静止励磁和无刷励磁两大类。
其中静止励磁占有大部份份额（在常规火电中更是绝大部分份额）。
不但原GE家族（含日立、东芝）完全采用静止励磁系统，具有西屋传统的三菱电机也首推静止励磁系统，西门子和ALSTOM也是根据用户要求可提供两种中的任何一种。
我公司从方便机组运行维护、方便将来全面国产化的角度考虑，在后续核电项目中将静止励磁推荐为选择方案之一。
二．静止励磁的主要优缺点静止励磁的主要优点有：静止励磁用静止的励磁变压器取代了旋转的励磁机，用静止可控硅取代了旋转二极管，由于励磁系统没有旋转部分，设备接线比较简单，大大提高了整个励磁系统的可靠性。
采用静止励磁的发电机转子可以直接进行转子电压、电流和电阻（温度）的测量，可以直接设置转子过电压、过电流、转子接地和断路器灭磁保护等。
由于取消了励磁机的惯性滞后环节，静止励磁系统装置（变压器和可控硅）可以有较大的容量裕度和很高的响应速度，可大大提高励磁系统的响应比。
静止励磁系统的可控硅整流器有很大的冗余度（采用N-2冗余），可以进行在线维护，提高了运行的安全性和可维护性。
静止励磁的主要缺点有：整流输出的直流顶值电压受发电机机端或电力系统短路故障形式和故障点远近等因素的影响，但由于现在采用封闭母线后，发电机机端短路的故障概率几乎不考虑。
由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护可能会拒绝动作。
但国内外的分析研究和试验表明，该技术问题已得到解决。
由于有碳刷和滑环，存在碳粉污染滑环而导致短路的可能。
但是该技术问题目前已经解决。
二．无刷励磁系统的主要优缺点无刷励磁的主要优点有：与静止励磁相比，无刷励磁的控制功率大大减小，有利于简化控制、保护线路，少占用厂房场地（省去励磁变压器和大功率整流灭磁屏）。
目前无刷励磁系统也采用小机端变压器的接线方式，当发电机机端或系统短路故障时可以用直流蓄电池辅助强励。
永磁电机国内外研究现状概述
永磁电机国内外研究现状概述世界上第一台真正意义上的永磁电机是1831年法拉第在发现电磁感应现象之后不久发明的，但是由于当时永久磁铁都是由天然磁铁矿石制成，磁性能很低，造成电机体积庞大、性能较差，因而很快被励磁电机所取代。
到了19世纪20年代，美国通用公司利用铁氧体磁钢生产一批微型永磁同步电机，但是功率很小。
到了六七十年代，第一代和第二代稀土钴永磁材料相继问世，其优异的性能才使得永磁电机的发展呈现出新的生机。
1938年，法国的CEM公司推出ISOSYN 系列0.55～18.5kW稀土钴永磁同步电机，与一般感应电机相比，效率高出了2%～8%，功率因数提高0.05～0.15，起动转矩倍数为1.6～2.2。
英国和美国等国家也随之推出类似产品，但是功率都不大。
由于稀土钴是稀有金属，价格昂贵，这使得永磁同步电机的普及带来了困难。
1983年，第三代稀土永磁材料——钕铁硼稀土永磁材料问世。
钕铁硼磁钢磁能积高，性能优越，特别是其原料丰富，价格便宜。
从1984年起，各个工业发达国家开始研究高性能永磁电机，德国西门子公司经过十余年的努力，采用多种结构，成功地研制出用于化纤产业的高速永磁电动机和用于交流调速系统的永磁同步电机。
29298沈阳大学于1980年在国内从事高效永磁同步电机的研究，开发出我国第一台稀土钴永磁同步电机（4kW，4p）和国内第一台钕铁硼永磁同步电机（1.1kW，6p）。
论文网1993年，该校的唐任远教授编著的《现代永磁电机理论和设计》一书采用了传统的磁路等效法，辅助以电磁场数值计算进行永磁电机的研究设计。
西北工业大学李忠明、刘卫国等编著的《稀土永磁电机》中阐述了永磁电机的特殊之处，全面介绍了各类永磁电机的理论和设计技术。
1986年，上海电器科学研究所开发了化纤用外转子永磁同步电机，性能优越，可以取代进口的该类电机。
近几年来，永磁同步电机发展迅速。
XX年西北工业大学开发的油田抽油机用11kW永磁同步电机RSM160L—6；XX沈阳工业大学成功研制了900W高性能化纤用两极永磁同步电动机。
国内外永磁耦合器电机的发展现状
国内外永磁耦合器电机的发展现状国内外永磁耦合器电机的发展现状。
永磁同步电动机具有质量轻、结构较简单、体积小、特性好、功率密度大等优点，很多科研机构、企业都在努力积极开展永磁同步电机的研发工作，其应用领域将进一步扩大。
历史上第一台电机是永磁电机。
当时，永磁材料性能比较差，永磁体矫顽力和剩磁都太低，不久就被电励磁电机取代了。
到了20世纪70 年代，以钕铁硼为代表的稀土永磁材料拥有很大的矫顽力、剩磁，退磁能力强和较大的磁能积使大功率永磁同步电机登上历史的舞台。
现在，关于永磁同步电机的研究日趋成熟，正朝向高速度，大转矩、大功率、高效率以及微型化、智能化发展。
近年来，在永磁同步电机本体上出现了很多高端电机，比如1986年德国西门子公司开发的230r/min、1 095 kW的六相永磁同步电动机。
用它为舰船提供动力，其体积比传统的直流电机小近60%，损耗降低近20%. 瑞士ABB 公司建造的用于舰船推进的永磁同步电动机最大安装容量达38 MW。
我国对永磁电机的研究起步晚，随着国内学者和政府的大力投入，它发展得很快。
目前，我国已经研制生产出3MW 高速度永磁风力发电机，南车株洲公司也在研制更大功率的永磁电机。
随着微型计算机技术及自动控制技术的发展，永磁同步电动机在各领域得到了广泛的应用。
现在由于社会的进步，人们对永磁同步电机的要求更加苛刻，促使永磁电动机向着拥有更大的调速范围和更高的精度控制发展。
由于现在生产工艺的提高，具有高性能的永磁材料得到进一步的发展。
这使其成本大大降低，逐渐被应用于生活的各个领域。
安徽沃弗电力科技有限公司是一家集科研、设计、生产、销售服务为一体的高新技术企业，凭借在永磁传动领域的专业水平和成熟的技术，在工业领域迅速崛起。
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关于发电机采用静态或无刷励磁方式的比较（华东院）+2007-12-21
关于福清核电厂、方家山核电厂的发电机采用无刷或静态励磁方式的分析比较1．概述目前，国内、外1000MW级核电机组的励磁系统主要有以下两种方式：无刷励磁系统和自并励静态励磁系统。
国际上运行中的汽轮发电机主要采用无刷励磁的公司有：西屋、三菱、ALSTOM、西门子等；主要采用自并励静态励磁的公司有：ABB、东芝、日立等。
东方电机股份有限公司在福清核电厂2台1089MW、方家山核电厂2台1089MW汽轮发电机组中标，但具体采用何种励磁方式暂未确定。
下面对无刷励磁系统和自并励静态励磁系统这两种方式进行技术经济比较分析，以供参考。
近几年来，东方电机股份有限公司在国内投中的核电站项目较多，在百万级核电站中通常采用ALSTOM公司的高起始响应的无刷励磁系统，近期的工程如下：（1）在建的广东岭澳二期核电站：2台1089MW机组，与法国ALSTOM公司合作，励磁系统采用ALSTOM公司的产品，为带机端励磁变压器的两机无刷励磁系统；（2）在建的辽宁红沿河一期核电站：4台1110MW机组，励磁系统采用ALSTOM公司的产品，为带机端励磁变压器的两机无刷励磁系统。
（3）设计中的福建宁德一期核电站：2台1000MW级机组，励磁系统采用ALSTOM公司的产品，为无刷励磁系统。
以上工程刚开始建设或设计，在国内暂无运行经验。
东方电机股份有限公司暂无为核电厂配套自并励静态励磁系统的业绩（包括设计、运行）。
2．技术分析比较2.1有关无刷励磁系统和自并励静态励磁系统这两种方式的技术比较，国内火力发电工程中多有论述，具体详见表1：无刷励磁与自并激静止励磁的比较表。
下面根据核电工程的具体情况，对其中一些特点加以详述。
表1 无刷励磁与自并激静止励磁的比较表2.2核电机组的特点2.2.1核电站的单机容量大国内在建的、设计中的核电机组，容量大是其突出的特点。
大多数核电机组均为百万千瓦级发电机组，仅浙江秦山二期扩建核电站例外，为2台65万千瓦机组。
04 各国核电无刷励磁机的性能及结构特征 李基成
事故照片
美国西屋（Westinghouse）无刷励磁机组
美国西屋公司(Westing House)在励磁系统开发研究 方面一个重要的成就是：在20世纪60年代初，首先 研制成功了大型汽轮发电机组无刷励磁系统#原型 无刷励磁系统的功率为180KW。如以无刷励磁系统 的励磁电压响应比评价其性能西屋公司所发展的无 刷励磁系统可分为： 1)标准励磁电压响应比无刷励磁系统R≤0.5 2）高响应比无刷励磁系统R≥2.0 3）高起始响应比无刷励磁系统（HIR系统） 在高起始响应比无刷励磁系统中，0.1s的时间内可使 励磁系统的输出电压达到顶值电压的95% 我国引进美国600MW及300MW无刷励磁汽轮发电机 组出现的问题是，由于美国为60周波1/s系统，我国 为50周波1/s,所以在设计上出现过一些问题。
伊朗<布苏尔>1000MW核电机组无刷励磁机故障
2011年9月4日03:10发电机在60-70MW并网，多 次并网后运行中发现异常，励磁调节器切手动， 最后保护动作跳机，检查发现无刷励磁机旋转整 流器多支路烧毁。事故原因：发电机主断路器非 全相合闸并网。C相接点接触不良，造成发电机 非同步运行，转子励磁绕组侧非正常过电压。
快速二极管无刷励磁系统接线图TBB-1200-2型
1)汽轮发电机2)无刷励磁机3)副励磁机4)起励装置5)副励磁机电压调节器6、6^)自动及手动回路晶闸 管整流器7)自动励磁调节器8)附加电阻9)无触点检测和测量回路10)保护和测量回路11)旋转整流器12) 试验用滑环13) 转子电流传感器
苏制300MW汽轮发电机晶闸管无刷励磁系统接线图
Предварительная записка по причинам отключения Генератора блока АЭС «Бушер» 03÷04.09.2011г. В 22 часа 10 минут 03.09.11г. завершены работы по комплексным электрическим испытаниям генератора 10SP10 в соответствии с рабочей программой 53.BU.1 0.SP.PN.PM.ATE001-WP02 до включения генератора в сеть. В 23 часа 28 минут 03.09.11г. Блок АЭС «Бушер» включен в сеть. Нагрузка Блока составила 60 70 МВт. В 23 часа 40 минут оперативный персонал ОЭО обнаружил недовключение (вхождение подвижной в неподвижную часть) силового контакта фазы «С» выключателя генератора 10AQ01Q01. Отключен генераторный выключатель. Генератор отключен от сети. В 0 часов 20 минут отключены разъединители 10AQ01Q09, 10AQ01Q010. С разрешения НСБ оперативный персонал ОЭО (отделение электротехнического отделения ДАТЭК) произвел включение-отключение выключателя генератора 10AQ01Q01. Замечаний по месту не обнаружено. В 03 часа 10 минут 04.09.11г. Блок АЭС «Бушер» повторно включен в сеть. Нагрузка Блока составила 60-70 МВт. В 03 часа 15 минут оперативный персонал ОЭО обнаружил недовключение силового контакта фазы «С» выключателя генератора 10AQ01Q01. В 03 часа 21 минут из-за неисправности системы регулирования возбуждения ремонтным персоналом ОЭО по команде и согласованию с представителями завода-изготовителя ОАО «Силовые машины» регулятор возбуждения (комплект №2) АРВ-2 переведен на ручное управление. Дальнейшее регулирование системы возбуждения осуществлялось представителями завода-изготовителя ОАО «Силовые машины». Генератор отключен от сети действием защит. Выпавшие блинкера на щите возбуждения: КН-1 « Высокое напряжение генератора более 1,2 Uн» КН-6 «Отказ ограничителей» КН-8 «Зашита блока» КН-9 «I I ступень защиты от к.з. на землю по ротору» Nhomakorabea
EX2100励磁系统介绍及与EX2000励磁系统比较
EX2100励磁系统介绍及与EX2000励磁系统比较摘要:EX2100励磁系统是GE公司的第三代数字式静态励磁系统,主要用于GE公司的新型燃气轮机的励磁调节,本文对其励磁系统组成及励磁调节模块进行了介绍,与EX2000进行了比较。
关键词:EX2100 数字式励磁系统EX2100励磁系统主要用于GE公司的新型燃气轮机的励磁调节,例如GE公司9E燃气轮机采用EX2100与MKVI控制系统配套。
随着我国对燃气轮机的大量引进,使得EX2100励磁系统得到广泛的应用。
1 励磁系统概述1.1 励磁系统组成(1)励磁机(功率回路)。
(2)调节器(低压回路)。
1.2 励磁系统的作用励磁系统在于向发电机的转子提供直流励磁电流,控制发电机的机端电压,使发电机能够并到电网中。
1.3 励磁系统的原理(1)发电机转子末端安装有带旋转二极管的励磁机。
(2)励磁机所产生的交流电由旋转二极管整流为直流电提供给转子做为发电机的励磁电源。
(3)励磁机的电源来自于励磁变,励磁变的原边接在发电机定子出口处。
(4)励磁变付边出口电压由晶闸管进行整流。
(5)励磁变有热保护装置。
(6)发电机灭磁是通过断开主励磁开关Q01,以及非线性电阻F01的放电作用实现的。
(7)励磁包括以下几部分电源及控制回路。
(8)正常运行时励磁变提供电源的回路;励磁起动或发电机端电压突然下降时,由125 V蓄电池组提供的起励/强励回路。
(9)晶闸管整流回路。
(10)控制晶闸管导通脉冲的控制回路。
2 励磁调节器2.1 调节器的作用(1)励磁调节器决定励磁电流的大小。
(2)主要功能。
①控制发电机定子端电压。
②确保发电机向电网输送电能的稳定性。
③当电网发生故障(如短路、负载波动)时确保发电机的安全可靠运行。
④通过安全限制功能确保发电机在正常范围内运行。
(3)欠励。
(4)过励。
(5)U/f磁通控制。
2.2 调节器原理两个独立的励磁通道。
(1)正常数字励磁通道。
(2)备用的手动励通道。
国之重器励磁系统
控制系统设计
控制策略与算法
根据励磁系统的特性和需求，设计合适的控制策略与算法 ，如PID控制、模糊控制等，以实现精确、稳定的控制。
传感器与执行器
传感器用于实时监测励磁系统的状态，执行器则根据控制 指令调节励磁电流或电压，二者共同构成控制系统的反馈 回路。
数字化与智能化技术
采用数字化技术可以提高控制系统的精度和可靠性，而智 能化技术则可以实现自适应控制、故障预测等功能，提升 励磁系统的性能。
03
关键设备与材料
励磁电源及调节器
01
02
03
直流励磁电源
采用高性能直流电源，为 励磁系统提供稳定可靠的 直流电能。
调节器
实现励磁电流的自动调节 ，确保发电机输出电压和 频率的稳定。
控制电路
对励磁电源和调节器进行 实时监控和控制，保证系 统安全运行。
磁极材料与制造工艺
磁极材料
采用高导磁率的优质硅钢片或高 性能永磁材料，降低磁阻，提高
绿色环保和可持续发展要求
高效能源利用
采用先进的电力电子技术和控制策略，提高励磁系统的能源利用 效率，减少能源浪费。
环保材料应用
在励磁系统设计和制造过程中，选用环保材料和工艺，降低系统对 环境的影响。
低碳排放
通过优化励磁系统设计和控制策略，降低系统碳排放，符合国家碳 中和政策要求。
国际合作与竞争态势
持稳定的输出。
效率评估
变换效率
01
系统能够将输入电能高效转换为输出电能，减少能量损耗，提
高能源利用率。
控制精度
02
系统能够精确控制输出电压和电流，降低误差，提高电能质量
。
响应速度
03
系统能够快速响应负载变化，及时调整输出参数，保持稳定的
国内外励磁软件学习(2)(精)
学习要点
ABB励磁软件
UNITROL 5000励磁软件学习方法
1、将外部开关量输入和输出标注在软件中，要区 分这个开关量是命令还是状态，是常开还是常闭接 点。明确这个开关量的含义； 2、将中文报警语句标注在软件中； 3、将实际现场配置及参数标注在软件中，并且根 据软件逻辑写出输出。从而确定那些暂时不要阅读 的软件功能以及并“0”屏蔽的输出逻辑图； 4、根据原理框图看软件，根据软件来分析原理框 图，用自己的语言进一步标注。
南瑞励磁软件
NES5100励磁调节器
通道B
励 磁 变 压 器
南瑞集团电气控制分公司
功率柜 n 功率柜 2 系统电源板 脉冲电源板 功率柜 1
通道A
同步电压板
CPU板 励磁PT 定 子 电 流 C T
脉冲放大板
功率柜信号
模拟量板
开关量板
G
磁场断路器Leabharlann 初励、灭磁NESLOGIC励磁变量逻辑组态软件介绍
NESLOGIC由以下几个模块组成：加模块、减模块、乘模块、除模 块、与模块、或模块、非模块、比较模块、定时置位模块等模块组 成，可充分满足微机励磁调节器的逻辑组态需求。
国内外励磁软件学习(2)
SIMADYN D 可编程
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系统PT 转子电流CT 负 荷 开 关
NESLOGIC
南瑞励磁软件
NESLOGIC
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美国西屋公司（Westing house）在励磁系统开发研究方面一个重要的成就是：在60年代初，首先成功研制了大型汽轮发电机的无刷励磁系统，原型无刷励磁系统的功率为180kW.
如以无刷励磁系统的励磁电压响应比评价其性能，西屋公司所发展的无刷励磁系统可分为：
（1）标准励磁电压响应比无刷励磁系统R≤0.5；
（2）高响应比无刷励磁系统R≥2.0；
（3）高起始响应比无刷励磁系统（HIR系统）
在高起始响应比无刷励磁系统中，0.1s的时间内可使励磁系统的输出电压达到顶值电压的95%。
据不完全统计，从1966年到1973年期间，西屋公司为容量为220-600MW 的24台汽轮发电机配置了无刷励磁系统。
在1975-1981年间，又生产了大约60台无刷励磁系统。
至今，西屋公司大约为500台汽轮发电机组生产了无刷励磁系统。
首台高起始响应无刷励磁设计于1977年7月，用于美国Utah Power Light公司Hunter Nol机组。
其汽轮发电机的容量为496MVA、24kV、
3600r/min,无刷励磁机的功率为1720kW、500V。
前苏联在开发大型汽轮发电机无刷励磁系统方面，研制了两种型式交流励磁机：一种是三相交流励磁机，其旋转电枢具有正弦电动势波形；另一种是具有梯形电动势波形的多相交流励磁机，这种设计可以进一步提高交流励磁机容量的利用率。
对于苏制1200MW汽轮发电机二极管无刷励磁系统，其额定励磁电压为530V，额定励磁电流为7640A，强励电压倍数为2倍。
由于其额定励磁功率高达4050kW，强励功率近似为4倍的额定励磁功率，为此如由一套交流励磁机有旋转整流器供给，将大大增加交流励磁机及旋转整流环的尺寸，此时由于受机械强度的限制而难以实现。
为解决此问题，前苏联的工程师采用在同一汽轮发电机主轴上安装两套相同的无刷励磁机及整流环，每套励磁装置的容量均等于额定励磁功率的一半，两组整流环在直流输出端并联，而无刷交流励磁机的直流励磁绕组相互串联并由自动励磁调节器调节其励磁电流。
旋转整流器按三相桥式接线，每一桥臂由12个额定容量为500A、2000V的二极管并联组成，每两个二极管接有一只750A、1300V的熔断器予以保护。
我国引进西屋公司的600MW汽轮发电机组样机采用高起始响应无刷励磁系统，其励磁功率达3250kW.
而我国广东大亚湾核电站的两台900MW汽轮发电机组无刷励磁系统均由英国GEC公司研制和供货。
英国派生公司所开发的无刷励磁系统有两种方式：采用二极管的无刷励磁系统及采用晶闸管整流元件的无刷可控励磁系统。
在无刷励磁系统中，整流器的接线方式一般均采用三相桥式接线方式，在理想的情况下，这种整流线路的能量变换比系数最高，整流线路每产生
1kW直流输出功率所需的交流电源容量为1.05KVA。
除上述主要国家生产二极管无刷励磁汽轮发电机组以外，瑞典ASEA、瑞士ABB、德国KWU、法国阿尔斯通、日本三菱公司、比利时ACEC和意大利马雷利公司都生产了大容量无刷励磁汽轮发电机组。
英国派生公司曾研制了晶闸管无刷励磁系统，以检验设计的正确性。
原型500KVA交流励磁机在设计时，虽然其输出适用于60MW、3000r/min的汽轮发电机组，但是在整流环、电枢直径、电流负载及晶闸管元件的选择上亦适用于660MW汽轮发电机组无刷励磁系统。
在晶闸管无刷励磁系统的触发方式上，派生公司还发展了旋转脉冲变压器触发方式，它设计的特点是在转轴上进行脉冲放大。
当汽轮发电机组采用晶闸管无刷励磁系统时，除可提高控制系统的快速性外，还可利用逆变进行灭磁。
前苏联在开发大型汽轮发电机的晶闸管无刷励磁系统方面也取得了举世瞩目的成就。
在解决怎样由静止侧将触发脉冲信号传递到旋转晶闸管整流器侧的问题时，采用了简单、可靠的无触点控制系统，以装在与旋转晶闸管元件同一轴上的旋转脉冲变压器来传送控制脉冲。
脉冲变压器定子和转子的磁路为环形，定转子间有一小气隙。
变压器的一次和二次绕组相应地置于定子和转子槽中。
基于以上研究，有可能生产一台用于300MW汽轮发电机原型晶闸管无刷励磁装置。
在原型上进行的研究表明，在脉冲变压器二次绕组控制脉冲前沿持续时间约为70us的情况下，分别接于交流励磁机电枢绕组并联支路的晶闸管元件导通过程正常。
在300-900us内改变触发脉冲持续时间，对以汽轮发电机磁场绕组为负载的晶闸管励磁装置是足够的。
取消滑环、碳刷的发电机更加的安全可靠、维护简单，由于没有旋转接触的导电部件所以不会产生火花，可以安装于恶劣的环境中。
对于大型及超大型汽轮发电机采用无刷励磁系统，避免因为发电机励磁电流的过大而对滑环材质、冷却条件、碳刷均流等因素的限制，可以进一步提高发电机的容量。
伴随着无刷励磁系统的发展，无刷励磁技术已经逐渐应用在越来越多的发电机上。
随着现代半导体技术的发展，能够利用机械性能好、高电压、大电流的硅整流元件作为旋转整流器使得无刷励磁成为一种很有发展前途的励磁方式。
湖南红太东方机电装备股份有限公司。