同步电机现代励讲义磁系统及其控制
第二章同步发电机励磁自动控制系统
接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大，
通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制 系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量 的要求。
（二）控制无功功率的分配
(1)发电机无功功 率的控制原理
以同步发电机接于无穷大电力系统为例说 明发电机无功功率的控制原理。
IG
G
UG =Constant Eq
IP
UG
IQ
IG
PG UG IG cos constant
PG
EqU G Xd
sin
constant
IG cos constant Eq sin constant
发电机励磁电流的变化改变了机组 的无功功率和功率角的大小。
调节与无限大母线并联运行的机组的励磁 电流可以改变发电机无功功率的数值。
ILL
IEE EX =
IEF
G
IAVR
R ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱE
励磁调节器
励磁机EX和发电机G同轴，靠剩 由于励磁机向它自己提供
磁建立电压。
励磁电流，故称为自励。
励磁机发出的电流，一部分(IEF) 送给发电机的励磁绕组；一部分 (IEE)经过磁场变阻器R送给励磁 机的励磁绕组。
自励：
R → IEE → UEF 励磁机→发电机
它的励磁电流控制由两种途径实现：
一是通过人工调节励磁机磁场电阻来改变励磁机的励磁电流 IEE，从而达到人工调整发电机励磁电流的目的，实现对发电 机励磁电流的手动调节。
二是通过自动励磁调节器对励磁机的励磁电流IAVR自动调节， 从而实现对发电机励磁电流的自动调节。
2 他励直流励磁机励磁系统
同步发电机励磁控制系统及特性分析
第二节 同步发电机的励磁控制系统
三、静止励磁系统（发电机自并励系统）
300MW及以上机组励磁系统一般采用
发电机
无刷励磁和自并励方式。
TA
IEF
G ~
静止励磁系统(发电机自并励系统)中
一、直流励磁机系统
采用同轴的直流发电机作为励磁机，通过励磁调节器改变直流励磁机电 流，从而改变供给发电机转子的励磁电流，达到调节发电机电压和无功 的目的。
主要问题： （1）直流励磁机受换向器所限，其制造容量不大。 （2）整流子、电刷及滑环磨损，降低绝缘水平，运行维护麻烦。 （3）励磁调节速度慢，可靠性低。 按照励磁机励磁绕组的供电方式不同，可分为自励式和他励式两种。
负荷的无功电流是造成 E 与U 数值差的主要原因，
q
G
发电机的无功电流越大 ，差值越大。
第一节 概述
同步发电机的外特性必然是下降的，当励磁电流一定时，发电机端电压随无 功负荷增大而下降，必须通过不断的调节励磁电流来维持机端电压维持在给 定水平。
第一节 概述
(二)控制无功功率的分配
1.同步发电机与无穷大系统母线并联运行问题
第二节 同步发电机的励磁控制系统
同步发电机励磁控制系统的分类：
（1）直流励磁机系统：自励式直流励磁机系统、他励式直 流励磁机系统。 （2）交流励磁机系统：他励可控整流式交流励磁机系统、 自励式交流励磁机系统、具有副励磁机交流励磁机系统、 无刷励磁系统； （3）静止励磁系统
第二节 同步发电机的励磁控制系统
第四章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
第一节：概 述:励磁控制系统的作用（重点） 第二节：同步发电机的励磁控制系统 第三节：励磁调节器 第四节：同步发电转子磁场的强励与灭磁
同步发电机励磁控制系统
预测控制是一种基于模型的控制方法，能够根据系统的历史数据和当前状态预测 未来的行为，实现更精确的控制。
环保与节能要求对励磁控制系统的影响
能效要求
随着能源危机和环保意识的提高，励磁控制系统需要更加注重能效，采用更高效的电机 和节能控制策略，降低能源消耗和排放。
排放要求
励磁控制系统需要符合更严格的排放标准，采用环保型的电机和控制策略，减少对环境 的污染。
转子过电流保护装置
作用
转子过电流保护装置用于监测同 步发电机转子电流，当出现异常 过电流时，及时切断励磁电流， 防止转子烧毁。
工作原理
转子过电流保护装置通过电流传 感器实时监测转子电流，当检测 到过电流时，触发保护动作，快 速切断励磁电流。
组成
转子过电流保护装置由电流传感 器、比较电路和开关器件等部分 组成，各部分协同工作实现转子 过电流保护功能。
根据励磁调节器的控制指令，输出励 磁电流给发电机励磁绕组。
励磁控制系统的功能
电压控制
通过调节励磁电流，维 持发电机端电压在给定
水平。
无功功率调节
根据系统无功需求，调 节励磁电流以改变发电
机无功功率的输出。
增磁与减磁
通过增加或减少励磁电 流来改变发电机的输出
电压。
保护功能
在异常情况下，自动采 取措施保护发电机和励
THANKS
谢谢
Байду номын сангаас
磁系统。
02
CHAPTER
励磁控制系统的主要设备
励磁调节器
作用
励磁调节器是励磁控制系统的核 心，用于调节同步发电机的励磁 电流，以控制机组的无功输出和
电压水平。
工作原理
励磁调节器通过采集发电机电压、 电流等信号，经过运算处理后，输 出控制信号给功率整流器，以调节 励磁电流。
同步电动机启动原理与励磁系统分析
同步电动机启动原理与励磁系统分析摘要：对于同步电动机而言，它的起动方法有好几种，例如：辅助电动机起动法、变频起动法和异步起动法。
而异步起动法就是同步电动机在转子上装有类似感应电动机笼型绕组的起动绕组（即阻尼绕组），电动机转子由磁极冲片叠片而成的磁极、圆筒磁轭等组成，磁极设有横、纵阻尼绕组。
当电动机接通电源后，便能产生异步转矩起动电动机到接近同步转速，然后设法将电动机牵入同步。
大多数同步电动机都是采用此方法起动的。
本文对同步电动机启动原理与励磁系统进行分析，以供参考。
关键词：同步机；启运原理；励磁分析引言压缩空气储能（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ-Ａｉｒ-Ｅｎｅｒｇｙ-Ｓｔｏｒａｇｅ，ＣＡＥＳ）是一种具有储能容量大、使用周期长、响应速度快等优点的大规模储能技术方案，同时较电池储能更加安全可靠，较抽水蓄能不那么依赖于地理环境，近年来引起国内外大型企业及研究机构的高度关注，国内也相继建成多个集成示范项目。
其中压缩空气储能环节，因为压缩机空气流量及出口压力一般都比常规压缩机要大很多，及在项目装机容量和建设规模的要求，所以一般选择大型同步电动机作为压缩机的驱动。
同时，同步电动机也以其优异的功角特性及良好的性能在动力拖动中有着广泛的应用。
1永磁同步电动机控制方法简述永磁同步电动机控制方法主要采用变频调速方法。
交流电动机的变频调速系统主要控制形式分为开环控制和闭环控制。
比较2种控制方式，因永磁同步电动机在开环控制方式下无法将电机转子位置信号和电机运行的实际速度信号作为实时反馈信号，易出现电机运行失步和突然停车等问题，从而造成永磁同步电动机退磁故障，所以开环控制的变频调速系统并不适用于永磁同步电动机。
为精确得到电机的转子位置信息和电机运行速度信息，实现永磁同步电动机的闭环控制，目前主要采用的方法是在电机的转轴上安装高精度的传感器。
其中，电梯行业常见的传感器主要为光电编码器来检测电机的转子位置信息和电机转速。
FOC控制是一种使用变频器来控制三相交流电机的技术。
同步发电机自动励磁
调试步骤与注意事项
调试步骤
检查励磁系统的所有设备是否正常，包括励磁机、 整流器、调节器等。
按照励磁系统的设计要求，调整励磁机的输入电 压和电流，观察励磁机的输出是否正常。
调试步骤与注意事项
测试励磁调节器的调节功能，确保其 能够根据输入信号的变化进行相应的 调节。
对励磁系统进行空载和负载试验，检 查系统的稳定性和响应速度。
02
同步发电机自动励磁系统 的组成
励磁功率单元
直流励磁机
作为励磁系统的电源，为发电 机转子提供励磁电流。
交流励磁机
通过整流和逆变，将交流电转 换为直流电，为发电机转子提 供励磁电流。
静止励磁机
采用半导体整流技术，直接将 交流电转换为直流电，为发电 机转子提供励磁电流。
开关励磁机
通过控制开关的通断，实现励 磁电流的调节。
用于调节主励磁绕组的磁场强度，实 现发电机的电压和无功功率的调节。
其他辅助设备
灭磁电阻器
在发电机停机或故障时，用于吸收转子励磁绕组中的能量，保护 励磁系统不受损坏。
电压互感器和电流互感器
用于监测发电机的电压和电流，为励磁调节器提供反馈信号。
断路器和隔离开关
用于控制励磁系统的电源通断和安全隔离。
03
同步发电机自动励磁 系统
目录
• 同步发电机自动励磁系统概述 • 同步发电机自动励磁系统的组成 • 同步发电机自动励磁系统的控制策略
目录
• 同步发电机自动励磁系统的调试与维护 • 同步发电机自动励磁系统的未来发展
01
同步发电机自动励磁系统 概述
定义与工作原理
定义
同步发电机自动励磁系统是用于 控制同步发电机输出电压的装置 ，通过调节励磁电流来改变发电 机的输出电压。
同步发电机励磁调节及励磁系统实验
同步发电机励磁调节及励磁系统实验一、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。
第二章 同步发电机励磁控制系统
①励磁对静态稳定的影响
PG
E qU X
sin
X
—系统总电抗，一般为发电机、变压器、输电线路电抗之和；
—发电机空载电动势 E q 和受端电压 U 间的相角，或叫功角。
Pm
E qU X
解决方案1：无自动励磁调节时，IEF 恒定， q为常数，此时的功角特性称 E 为“内功角特性”，功率极限出现在 δ=90°的条件下。 解决方案2：按电压偏差进行比例 调节的励磁控制系统，则近似为按 E q' 为常数求得的功角特性曲线 C如图1.2-8所示，δ’’> 90°。（外功角特性曲线1） 解决方案3：有灵敏和快速的励磁调节器，可视为能保持UG恒定。
§2.4 励磁调节器原理
一、励磁调节器的功能和基本框图
励磁调节器是一个闭环比例调节器。 输入量：发电机电压UG 输出量：励磁机的励磁电流或是转子电流，通称为IAVR 功能：一是保持发电机的端电压不变；其次是保持并联机组间无功 电流的合理分配。
二、励磁调节器原理
构成励磁调节器的形式很多，但自动控制系统的核心部分却 很相似。基本的控制由测量比较、综合放大、移相触发单元组成 。 1、测量比较单元 作用：测量发电机电压并变换为直流电压，与给定的基准电压相 比较，得出电压的偏差信号。 ①电压测量 电压测量是将机 端三相合成电压降压 、整流、滤波后转换 成一正比于发电机电 压UG的直流电压Use。
3、移相触发单元 移相触发单元是励磁调节器的输出单元，它根据综合放大单 元送来的综合控制信USM的变化，产生触发脉冲，用以触发功率整 流单元的晶闸管，从而改变可控整流柜的输出，达到调节发电机 励磁的目的。
余弦波移相触发单元（具体电路从略）的输入电压USM与控制 角α具有下述关系：
第五章同步发电机励磁自动控制系统解读
频率稳定性
电压稳定性
大干扰电压 稳定性
大干扰功角 稳定性
小干扰电压 稳定性
短期稳定性 短期稳定性
2019/1/1
短期稳定性 长期稳定性
长期稳定性
15/43
电力系统稳定性的定义与分类
功角稳定性
表征着系统维持同步的能力，主要原因是发电机输入、 输出转矩平衡受到破坏，失步的形式可能是功角单调 增长，也可能是增幅振荡。分析时间为10~20s
2019/1/1 5/43
一 同步发电机励磁控制系统的任务
1、电压控制(调压精度0.5%) 2、控制无功功率分配 3、提高同步发电机并联运行的稳定性 4、改善电力系统的运行条件
改善异步电动机的自启动条件 为发电机异步运行创造条件
提高继电保护装置工作的正确性
5、水轮发电机组要求实行强行减磁
2019/1/1 6/43
I G cos K1
2019/1/1 9/43
2 控制无功功率分配—与无穷大母线并联运行
发电机励磁电流变化只是改变了机组的 无功功率Q和功率 角δ值的大小。
U G = 常数
G
I G
与无穷大母线并联运 行的机组，调节励磁 电流就可以改变发电 机的无功功率。
2019/1/1
10/43
2 控制无功功率分配—多台发电机并 联运行 并联发电机组无功功率分配取决
2019/1/1
小扰动小变速运行状态
1954年苏联学 者维.柯.维尼柯 大扰动小变速运行状态 夫《电力系统 大扰动大变速运行状态 机电过渡过程》
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电力系统稳定性的定义与分类
1 静态不稳定性
功角过大而失步（滑行失步） 1974年美国学者 大小扰动引起的振荡失步