无刷励磁与自并激静止励磁的比较
发电机励磁方式的选择
．
力发电机组 主要采用无刷励磁 系统和静态励 磁
系统两种方式 。 二 、无刷励磁 系统 的介绍
可控 硅桥 、 发脉 冲发生 器、 冲放大 器和必 触 脉 要 的监 ｝和 冷却 役备组 成。 见 可控硅 整流 器的输 入电压是由励磁 变的副边提 供的 ， 在各种不同 的情 况下部能 与发电机数 据相适 应。 顶值电压 对发 电机电压的调 整速度是很 关键的 ， 因而 电网受 到扰 动的情况 下， 发电机 以致 电 力系 对 统的稳 定性都 有巨火贡献 。 ３ 磁场 起励 ： 步发电机通常只有很低的 、 剩磁电压， 初始建压时， 整流 桥没仃完整的输入 电压 ， 在这种情况下， 有必要对发电机的磁场 线 圈提供一个较小的电流 几秒钟 ， 以起动建压。 磁 场 起励 的专用 电路 对磁场 线圈提供 约１％的空 ０ 载励 磁电流 ， 直到发电机 电压能为整流器提 供 有效的电源， 励单元然 后自 起 动切除。 起励 功率 通常 』用蓄电池或ｒ用交流电源提供功率。 ‘ 一
关键 词 ： 励磁方式 无刷励磁 系统 静态励
磁 系统 自 激 励 磁 电源 旋 转整 流 器 机 端 电压 并
概 述 发电机的励磁 系统足吲 步发电机的重要组 成部分， 蓖接 影响发电机的安 运行， 它的丰要 任务是根据发 电机运 行状 态向发电机 的励 磁绕 组提 供一 个可调节 的直流励 磁电流， 以满 足发 电机 各种运行 式 的需要 ， 励磁系统性能 的优 劣， 其各部 件质 量的 好坏 ， 是影 响整 个机组 安 仑、 经济的 重要 因素之一。 ｒ ， 据 解 我国大 火
日 程术 技
发电机励磁方式的选择
孙雷 １ 王智超２ １ 黑龙江省电力勘察设计研究院；黑龙江省电力有限公司 ２
729_关于静止励磁系统和无刷励磁系统各自优缺点分析
关于静止励磁系统和无刷励磁系统分析发电机静止可控硅励磁系统和无刷励磁系统是目前汽轮发电机的两种励磁方式，早期的发电机励磁系统大多采用三机无刷励磁系统，主要原因是因为当时电力电子技术尚未得到很大的发展，单晶闸管容量做不大，所以主发电机需要的励磁电流由交流励磁机进行放大。
从2000年开始，随着电力电子的发展，使得大功率的晶闸管成为可能，大多励磁系统开始大量采用静态励磁系统，相对，三机（两机）无刷励磁系统比，静态励磁系统有以下几点优势：一、轴系短，节省厂房面积。
一般来说，根据机组容量的不同，静态励磁系统可以节省几米到几十米的厂房长度，节省了大量的基础投资。
二、震动小。
因为无刷励磁机的整流盘、交流励磁机及永磁副励磁机在整个轴系的一端，呈悬臂状态，因此极易引起摆尾现象，导致励磁机扫镗接地现象。
目前多数主机厂还解决不了悬臂梁问题，所以只能采用两机无刷系统。
由于静态励磁轴系平衡，稳定，所以机组振动小，节省了每次大修开机调整振动的时间和费用，减少了运行中，机组摆尾引起的励磁故障（目前在马钢、唐钢等已发生多起这种事故）。
三、运行可靠。
众所周知，旋转机械故障率必定高于静态系统，旋转整流盘尤其是一个薄弱环节，整流管容易击穿，每次更换需要停机拆卸，而且发电机转子回路没有明显的断口，在事故停机时，不能保证快速灭磁。
四、响应速度快。
三机励磁系统是通过调节主励磁机的电流来改变发电机电压，而静态励磁系统是直接调节，响应速度提高10倍，达到0.08秒。
在系统扰动的情况下，大大提高了系统的稳定性。
五、生产周期短。
三机无刷励磁涉及部件多，制造工艺复杂，没有固定国家标准，大部分是舶来品，其中最成功的是南汽从英国BURSH公司引进图纸，其他主机厂再进行测绘和抄袭，多数主机厂会将励磁机部分进行外委生产，不能保证统一设计、统一工艺，往往会大大的影响生产进度。
六、制造、运行经验多。
自本世纪以来，国内从60万大型发电机到6千的小机，有80%以上均采用静态励磁，在迁安附近的5万机由九江线材、津西钢铁等多台5万机静态励磁已投入运行。
浅析自并励励磁与它励励磁系统的异同
２ 励磁控制单元比较分析
２ ． １ 它励励 磁 系统 控 制分 析
１ — ＃ ４ 机组 以往使用 的是美 国西 屋公司技 术生产 的Ｈ ＷＴ Ａ 集成电路 自动电压调节器 ， 它包括 “ Ａ ｃ ” 调节 回路（ 根据机端电
压 自动 调 节 励 磁 电 流 ） 和“ Ｄ Ｃ ” 调 节 回路 （ 人 为 的手 动直 接 调 整
一
个容量 为３ ２ ０ ０ ｋ Ｖ Ａ的励磁 变压器 和一套 静止 可控硅 整流
柜， 另外在静止可控硅整流柜后 的直流 电部分还有一个外接的 启 动励磁装置 回路 ， 其功率 回路如图２ 所示 。 励磁变压器从发 电 机 出 口取 下２ 万Ｖ的电压 ，经过励磁变 压器 的变 压得到额定 电
定电压后启 动励磁 回路会被切除 ， 励磁 电能交 由发电机出 口
提供 ， 所 以启动励磁 电源也 叫做磁场点火 电源 ， 在本 自并励 启 动励 磁回路是采用厂用２ ２ ０ Ｖ 交流电经过 整流而获得启 动励 磁
的电源 ，在定 子出线 电压达 到发 电机空载额定 电压的 １ ０ ％时 ， 微机控制 自动切 除该启动励磁电源。
１ 励磁功率单元比较分析
１ ． １ 它励 励磁 功 率分 析
三机同轴它励 的励磁功率单元包括， Ｉ １ Ｆ Ｙ 一 ８ ０ — ４ ０ ０ 永磁副励
磁机 ， 儿一 １ ４ ３ ４ — ４ 交 流主励磁 机 ， ＨＷＴ Ａ 一 ３ ０ 可 控 硅 调 节 整 流 柜
和Ｇ Ｉ Ｆ 一 ３ ０ ０ ０ ／ １ ５ ０ ０ 静止硅整流柜 。 永励 磁机 的转子经汽轮机的
作 者简介 ： 张鑫（ １ ９ ７ ８ 一） ， 男， 四川 遂宁人 ， 大 学专科 ， 研 究方 向： 发 电
自并激励磁系统和无刷励磁的特点对比
自并激静止励磁系统和无刷励磁系统及其发电机对比一、自并激静止励磁系统的特点介绍在电力系统中，大机组往往通过多回高压输电线给远方负荷中心供电，为减少损耗常常采取无功就地平衡，由于高压线路充电功率大，一旦发生扰动，很容易破坏无功平衡，引起电压不稳定问题。
通过自并激励磁系统的实际应用和多年实验，自并激励磁系统对电网稳定有极其重要的作用。
励磁机本身就是可靠性不高的元件，可以说它是励磁系统的薄弱环节之一，因励磁机故障而迫使发电机退出运行的事故并非鲜见，故相应地出现了不用励磁机的励磁方案。
如下图所示：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方式，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。
系统起励时需要令加一个起励电源。
发电机自并励系统框图1、提高静态稳定当快速励磁采用较高励磁系统增益并配置PSS(电力系统稳定器)后，在小干扰时，可以保持发电机端电压恒定，即：(1)交流励磁机励磁系统一般只能保护E g′或E′恒定，即使是能保持E′恒定，其最大功率输出为：(2)设发电机不调励磁，在励磁电流恒定的情况下：X d′=0.3,X e=0.6,U t=1.0,E′=1.2则P m1=1.25P m2 (3)即自并激励磁系统可提高静稳定25%，当进行励磁调整时，自并激励磁系统可大大提高静稳定。
式中P——有功功率；U t——电动势；U c——出口电压；X e——发电机阻抗；δ——功角；X d′——d轴暂态阻抗；E g′——与励磁电流成正比电势；E′——d、q轴合成电势；P m1、P m2——最大功率。
自并励静止励磁系统的优、缺点
自并励静止励磁系统的优、缺点
1、自并励静止励磁系统的优点：
(1)运行可靠性高。
自并励励磁系统为静态励磁，没有旋转部分，运行可靠性高。
(2)可提高机组轴系的稳定性。
由于取消了主、副励磁机，缩短了汽轮机一发电机组的轴系长度提高了机组轴系的稳定性、改善了轴系的振动，从而提高了机组安全运行的水平。
(3)励磁系统响应快。
因为发电机没有主励磁机这一时滞环节，所以自并励励磁系统是一种高起始的快速响应励磁系统。
因而技术指标高，性能参数好。
(4)可提高电力系统的稳定水平。
在小干扰稳定方面，自并励静止励磁系统配置电力系统稳定器（PSS）后，小干扰稳定水平较交流励磁机励磁系统有明显的提高：在大干扰稳定方面，电力系统的计算表明，自并励励磁系统的暂态稳定水平与交流励磁机励磁系统相近或略有提高。
(5)可提高电厂的经济效益。
自并励静止励磁系统没有旋转部分，发电机运行可靠性高、调整容易、维护简单、检修工作量小，因而可提高发电效益。
(6)可节约电厂的基建投资。
自并励励磁系统缩短了汽轮机一发电机组的轴系长度，因而减少了电厂厂房的长度，节约了电厂的基建费用。
2、自并励静止励磁系统的缺点是：
自并励静止励磁系统的缺点是励磁电源来自发电机机端，受发电
机机端电压变化的影响。
当发电机机端电压下降时其强励能力下降，对电力系统的暂态稳定不利。
不过，随着电力系统中快速保护的应用，故障切除时间的缩短，且自并励静止励磁系统可以通过变压器灵活地选择强励倍数，较好地满足电力系统暂态稳定水平的要求。
无刷励磁系统与自并励励磁系统在实际运行中的比较
无刷励磁系统与自并励励磁系统在实际运行中的比较摘要励磁系统是大型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，目前主要有它励和自并励两种方式。
三相它励式无刷励磁系统由运行中容易导致机组振动大、备件更换困难，严重影响到机组的安全稳定运行，因此国内很多电厂将三机励磁的无刷励磁系统改为静态自并励励磁系统。
关键词：自并励静止励磁系统；无刷励磁；励磁调节装置；自动电压调节器1.发电机组对励磁系统的基本要求：首先励磁系统要有足够的容量，能提供发电机在额定负载和可能低的功率因数下所需的最大励磁容量，以及事故情况下励磁系统强励到顶值时所能承担的短时最大励磁容量。
有两个衡量励磁系统主要性能的指标，即电压反应比（电压响应比）和励磁电压顶值。
前者表征励磁系统电压响应速度，它定义为励磁系统的输入(给定值)有一阶跃变化(其大小足以使励磁机从空载额定电压上升到顶值)时，励磁机在0.5秒内电压上升的标么值。
图1-2示出了一个典型响应，在输入阶跃变化作用下，励磁电压沿曲线ad上升到顶值。
因为响应为非线性的，则用0.5秒内曲线ad下的面积定义为反应比。
可用acb包围的面积代替实际曲线abd所包围的面积且此两个面积相等。
于是反应比Rr表示为:Rr = 电压(标么值)/秒图1-2 电压反应比的定义曲线励磁电压达到95%顶值电压所需时间(以秒计)称为励磁系统电压反应时间(亦即系统强励时达到顶值电压与额定励磁电压之差的95%所需的时间)。
励磁顶值电压用于衡量励磁系统的强励能力，顶值电压的标么值一般定义为励磁顶值电压与额定励磁电压之比，习惯称为强行励磁倍数。
但某些励磁系统励磁电源内阻抗很大，如交流励磁机，在强行励磁的初瞬间，由于发电机励磁绕组有很大的电感，转子电流还来不及增长时，励磁电源内阻降落小，此时转子滑环上的电压会比发电机励磁电流到达稳定的顶值的电压值为大。
1.大型火力发电机组主要励磁方式目前电厂采用的励磁方式主要有两种：无刷励磁和自并励励磁。
无刷励磁与静态励磁方式的比较分析
无刷励磁与静态励磁方式的比较分析[摘要]：本文根据现行各规程规范和国内电机厂的励磁系统资料，对无刷励磁系统和静态励磁系统两种主要励磁方式的优缺点及其对保护和电网稳定性影响进行了分析比较，为发电工程特别是大型常规火电和核电发电机励磁方式的选择提供参考。
[关键词]：无刷励磁；静态励磁；稳定性引言励磁系统是提供同步发电机可调励磁电流装置的组合。
它包括励磁电源装置（如直流励磁机、交流励磁机、励磁变压器及整流装置等）、自动调整励磁装置、手动调整励磁装置、自动灭磁装置、励磁绕组过电压保护装置及上述装置的控制、信号、测量仪表等。
励磁系统是同步发电机组的重要构成部分，它的技术性能及运行的可靠性，对供电质量、继电保护可靠动作、加速异步电动机自启动及发电机与电力系统的安全稳定运行都有重大影响。
随着超高压远距离输电系统的建立以及大容量发电机标幺电抗的增大，电网也要求采用高起始响应好高顶值电压的励磁系统。
1 励磁系统方式目前，我国1000MW等级大型常规火电和核电采用发电机的励磁方式主要有静止励磁和无刷励磁两大类。
无刷励磁系统多种方式，有采用永磁发电机作为副励磁机的无刷励磁形式，也有由机端变压器获取的带旋转整流器的无刷励磁机形式；自并励静态励磁系统多采用电压源—可控硅整流器系统，即机端变压器自并励励磁系统。
1.1 无刷励磁系统无刷励磁系统中发电机转子的励磁由旋转整流器励磁系统提供。
带永磁副励磁机的无刷励磁系统由带旋转整流器的主励磁机、永磁副励磁机及自动电压调节器等几部分组成。
带机端变的无刷励磁系统由带旋转整流器的无刷励磁机、励磁变压器及自动电压调节器等几部分组成。
无刷励磁系统的整流器与旋转电枢装在一个象护环一样材料的整锻圆筒上，悬挂在转子端头。
发电机轴固定，同轴旋转，取消了集电环和碳刷，并且根除了碳刷碳粉的污染，省掉了碳刷、集电环的磨损更换，降低了噪音，减少了维护的工作量。
带永磁机的无刷励磁系统的全部励磁功率均取自轴系，励磁电源独立，不受电力系统电压波动干扰，强励能力不受发电机短路和电网电压大幅度下降的影响，可靠性高。
核电厂发电机励磁系统的分析与比较.doc
2010年度申报专业技术职务任职资格论文题目：核电厂发电机励磁系统的分析与比较作者姓名：唐启军单位：中国核电工程有限公司申报职称：工程师专业：电气工程及其自动化日期：2010年6月核电厂发电机励磁系统的分析与比较摘要：本文介绍了核电厂发电机目前所采用的无刷励磁和自并励静态励磁系统的结构与原理，从技术、经济上分析比较了这两种励磁系统的特点，并总结出其各自的优缺点，最后指出随着制造工艺水平的不断提高，核电厂采用自并励静态励磁系统将是以后发展的一个趋势。
关键字：发电机无刷励磁自并励静态励磁滑环碳刷1. 引言励磁系统是发电机的重要组成部分，它对发电机本身及电力系统的安全稳定运行有着重要的作用。
核电厂由于其发电容量大、使用周期长以及对安全和可靠性有着特殊要求，所以发电机励磁系统的选择也显得尤为重要。
目前国内核电厂发电机励磁系统发电机的励磁系统主要采用无刷励磁和自并励静态励磁两种方式，这两种励磁方式各有优缺点，本文将对其进行详细的比较和分析。
2. 核电厂励磁系统介绍目前，国内核电厂发电机采用的励磁系统主要有两种，一种是无刷励磁系统，一种是自并励静态励磁系统。
其中，无刷励磁系统又分为三机无刷励磁系统和带机端励磁变压器的两机无刷励磁系统。
以上两种励磁系统在国内核电厂的应用情况见表1。
3. 两种励磁系统的结构与原理3.1 无刷励磁系统结构与原理核电厂三机无刷励磁系统和机端励磁变压器构成的两机无刷励磁系统其结构原理图分别见图1和图2。
图1 核电厂发电机三机无刷励磁系统原理图图2 核电厂发电机两机无刷励磁系统原理图三机无刷励磁系统由安装在同一根轴上的永磁发电机PMG、主励磁机EXC 和旋转整流装置组成。
永磁发电机定子产生的中频电流输送到静止的电压调节器A VR，A VR输出的直流电流输送到主励磁机定子绕组产生磁场，在主励磁机转子绕组中感应出交流电流并送到旋转整流装置整流，经过整流后的直流电流由穿过轴中心孔的引线直接向主发电机转子提供励磁电流，不需要电刷。
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无刷励磁系统 复杂 长度大，投资大 支点多，振动大，动平衡复杂 阶数高，扭振模式复杂 旋转励磁，两个旋转电机维护量大 无刷，不耗能，免维护，但如遇主励磁机故障，需更改为静止励磁时， 必须增加滑环，改造工作量和工期难以估量。 整流盘和励磁故障，包括熔丝熔断和接地故障必须停机维护 间接，误动和拒动率高，检出率低不易检测，只能使用原厂产品 涉及机械问题，励磁机损坏时需解体返厂维修，费时，费用很高。
无刷励磁与自并激静止励磁的比较
项目 1 2
3 4 5 6 7
8 9
10
11 12
13
14 15
技术特点 接线 轴系
主设备 滑环和碳刷
自并激静止励磁系统 简单 长度小，节省电站投资 支点少，振动小，动平衡简便 阶数低，扭振模式简单 免维护静止励磁，无旋转机械 有刷，有耗能，需维护，但工作量不太大
可维护性 整流盘故障检测 故障处理
大，秒级，反应慢 需要通过提高副励磁机电压达到：对调节系统要求很高，失控时可能烧 毁励磁机。稳定性差，从空载到满载控制角仅 0.5~1 度。
好，可提供强励。
慢。 如果不是高起始相应，不削弱阻尼，如果是高起始，同样削弱阻尼，且 受励磁机惯性和发电机惯性的双重影响，PSS 复杂且效果不好 无法安装灭磁开关，只能是自然续流灭磁，灭磁速度慢，尤其是故障情 况下。 AVR 功能烦琐，必须在机组启动时调试或自备中频试验机组，非常复 杂。 非主流，包括西屋公司在内正在转向静止励磁
时间常数 高起始响应， 提高暂态稳定性
机端短路响应
远端短路响应 对系统阻尼的影响 PSS 灭磁
AVR 功能和调试
Hale Waihona Puke 技术趋势大功率器件及其保护均可在线维护 直接，可靠，有效，容易检测替换产品多 不涉及机械问题，元器件甚至整机更换都很简单，可在 现场进行，省时，经济 小，10ms 级，反应迅速 固有高起始励磁系统。 调节系统无须设特别保护功能 稳定性高，从空载到满载控制角变化约 20 度 差，但由于封闭母线的采用，故障概率几乎为 0。 对主保护无影响，对后备保护采取适当措施也可正确动 作。 迅速，有效 削弱系统阻尼，但可通过加装 PSS 消除。 PSS 简单且效果明显。 可安装灭磁开关和非线性灭磁电阻，以及实现逆变灭 磁，灭磁速度快，可靠无损伤，防止事故扩大。 控制功能简洁、可靠，无须特别设备，离线调试，简便 易行， 主流，多家主推产品，可靠性高。
Editer: Jean Cui