1.励磁系统的构成与工作原理.
励磁系统基本原理
想。 • SiC非线性电阻，国外生产，经常采用英国M&I公司的产品，超大型
机组应用较多，比如：三峡、龙滩、拉西瓦等；灭磁时间适中。 • 水轮发电机要求快速灭磁，普遍采用非线性电阻灭磁方案。 • 单片ZnO阀片的工作能容量是15KJ，而单片SiC阀片的工作能容量为
62.5KJ。在超大型水轮发电机组中，灭磁能量很大，比如10MJ，需 要几百片非线性电阻阀片串、并联连接。并联均能或并联均流问题突 出。 SiC阀片容量大、其伏安特性更适合并联，所以，在超大型发电 机的励磁系统中普遍使用。
Excitation励磁
G
功角含义（电气量与空间量）、静稳极限Pmax、系 统稳定余度（Pmax/P）、功角范围（机组小于系统）
基本作用
建立发电机机端电压：电磁感应原理 最主要功能：维持发电机机端电压恒定、稳定
交流输电系统的输送功率极限公式：
在并列运行的发电机间合理分配无功功率 提高电力系统的运行稳定性
PM
U2 X
电力系统稳定简介
• 电力系统稳定分为三个电量的稳定： • 电压稳定（励磁、无功平衡、电压崩溃、人工干预：增加Q） • 频率稳定（调速、有功平衡、安稳装置切机、自动减载）、功角稳定（P、
Q变化）。 • 励磁系统提高电力系统的稳定主要是提高电压的稳定，其次是提高功角稳
定。频率稳定由调速器调节。 • 功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。 • 静态稳定是系统受到小扰动后系统的稳定性（稳定余度问题、极限功率问
励磁系统基本原理
电力系统稳定器（PSS）可以增加电力系统正阻尼，用于抑制电力系统低频振荡 。
ΔTs
ΔTD
ΔTE
Pe/ΔPe、Δδ
Δω
Pm、ΔPa
ΔTD′
ΔTE′
发电机电气功率Pe/ΔPe、机械功率Pm、加速功率ΔPa、同步转矩ΔTs、阻尼转矩ΔTD、电磁转矩ΔTE、转子角Δδ、转子角速度Δω的正方向相位关系如下图所示：
自动方式AVR控制的整体模型描述
励磁系统的组成：
自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器）
励磁电源（励磁机、励磁变压器）
整流器（AC/DC变换，SCR、二极管）
灭磁与转子过电压保护
按励磁电源分类：
直流励磁机励磁系统
交流励磁机励磁系统
无刷励磁系统
自并励励磁系统
按响应速度分类：
慢速励磁系统
快速励磁系统
高起始励磁系统
二、励磁系统的几种主要类型
功角稳定比喻
碗中放置一个球，且受到外部的一个小外力，它就偏离原来的位置。如果这个碗的高度很矮，像一个盘子，该球就有可能从碗中掉下来。此时，我们就说这个系统静稳不足。提高碗的高度最经济的办法就是采用自动电压调节器。 当碗中的球受到一个大的外力，怎样保证该球不飞出，最主要措施就是快速的继电保护。继保的作用就相当于减少这个外部力量的作用时间，继保越快，外力的作用时间就越短，这个球就不会一下子掉下来。自动电压调节器此时作用相当于自动改变这个碗的坡度，当这个球上升时增加坡度，当这个球下降时就减少这个坡度，使这个球在碗中滚动幅度迅速减小。 如果这个碗和球之间的摩擦很小，这个球受到扰动后在碗中来回滚动时间就很长，特别是，如果这个扰动的外力不断的来回施加，就比如我们不断的荡秋千，这个球就永远不停的来回滚动甚至掉下来，我们就说这个系统的动态稳定性差。这里的摩擦阻力相当于电力系统的阻尼，这个来回不断施加的外部力量就相当于自动电压调节器产生的负阻尼。一般来说，自动电压调节器在电力系统的动态稳定中起坏作用，产生负阻尼，使整个系统阻尼减少。当我们在自动电压调节器中增添PSS装置，PSS就把自动电压调节器原来所产生的负阻尼变为正阻尼，相当于增加碗和球的摩擦系数，使球的滚动幅度快速减小，于是这个系统的动态稳定性就满足要求。
励磁调速电机原理
励磁调速电机原理
励磁调速电机是一种通过调节励磁电流来控制电机转速的电机。
其工作原理基本上可以分为两个部分：励磁系统和调速系统。
励磁系统的作用是提供励磁电流，产生磁场，使电机转子产生旋转力矩。
励磁系统通常由电源、变压器、整流器和调节器等组成。
电源用来提供电流，变压器将电源电压转换为设定的励磁电流级别。
整流器将变压器输出的交流电转换为直流电，供给电机的励磁绕组。
调节器根据调速系统的指令，调节励磁电流的大小，以控制电机的转速。
调速系统的作用是根据反馈信号和设定值之间的误差，调节励磁电流，以达到设定的转速要求。
调速系统通常由传感器、比较器、控制器和执行器等组成。
传感器用来测量电机的转速，并将其转换为电信号。
比较器将传感器信号与设定值进行比较，得到转速误差。
控制器根据转速误差和其他额外的输入信息，计算出调整励磁电流的命令。
执行器根据控制器的命令，调节励磁系统中的励磁电流，以实现电机转速的调整。
在工作过程中，励磁调速电机将输入的电能转换为机械能，并通过调节励磁电流的大小，实现电机转速的控制。
当励磁电流增加时，电机的磁场也增强，产生的旋转力矩增大，电机转速加快。
相反，励磁电流减小时，电机转速减慢。
通过调节励磁电流的大小，励磁调速电机可以实现精确的转速控制，适应不同的工作负载要求。
总之，励磁调速电机通过励磁系统和调速系统的协调工作，实
现对电机转速的控制。
通过调节励磁电流的大小，可以实现电机转速的精确调整，适应不同的工作要求。
第一章 同步发电机励磁系统概述
第一章 同步发电机励磁系统概述[ 摘 要 ] 本文阐述了同步发电机励磁系统的任务及发展，讨论了同步发电机的不同励磁方式及其特点，最后介绍了在发电机励磁控制系统的基本要求和相关技术。
[ 关键词 ] 同步发电机 励磁系统第一节 同步发电机励磁系统的任务和发展同步发电机的励磁系统一般由两部分组成。
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，通常称为励磁功率输出部分（或称为功率单元）。
另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流，以满足运行的需要。
这一部分包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和自动灭磁等，一般称为励磁控制部分（或称为控制单元）。
不论在系统正常还是在故障情况下，同步发电机的直流励磁电流都需要控制，因此励磁系统是同步发电机的重要组成部分。
励磁系统不但与发电机及其相联的电力系统的运行经济指标密切相关，而且与发电机及其电力系统的运行稳定性能密切相关。
一．同步发电机励磁系统的任务（一）控制发电机的端电压维持发电机的端电压等于给定值是电力系统调压的主要手段之一，在负荷变化的情况下，要保证发电机的端电压为给定值则必须调节励磁。
由发电机的简化相量图（图1-1）可得：E U jI X q f f d=+ (1-1)式中： E q ——发电机的空载电势；U f ——发电机的端电压；I f ——发电机的负荷电流比例。
图1-1 同步发电机简化向量图式（1-1）说明，在发电机空载电势E q 恒定的情况下，发电机端电压U f 会随负荷电流I f 的加大而降低，为保证发电机端电压U f 恒定，必须随发电机负荷电流I f 的增加（或减小），增加（或减小）发电机的空载电势E q ，而E q 是发电机励磁电流I fq 的函数（若不考虑饱和，E q 和I fq 成正比），故在发电机运行中，随着发电机负荷电流的变化，必须调节励磁电流来使发电机端电压恒定。
为了表示励磁系统维持发电机端电压恒定的能力，采用了调压精度的概念。
励磁电机的工作原理
励磁电机的工作原理励磁电机是一种利用电磁感应原理工作的电动机。
它通过电流在线圈中产生磁场，使得线圈内的导体受到力的作用而运动。
励磁电机具有结构简单、效率高、运行平稳的特点，广泛应用于工业生产中。
励磁电机的工作原理可以分为静态励磁和动态励磁两种方式。
一、静态励磁静态励磁是指通过外部电源直接给励磁线圈供电，使其产生磁场。
励磁线圈通常由铜线绕成的线圈组成，线圈中通有直流电流。
当电流通过线圈时，会在线圈周围形成一个磁场。
根据右手螺旋定则，电流方向确定后，磁场的方向也可以确定。
静态励磁的原理是利用励磁线圈产生的磁场与电枢线圈产生的磁场相互作用，使得电枢线圈受到力的作用而运动。
具体来说，当电流通过励磁线圈时，产生的磁场会与电枢线圈产生的磁场叠加在一起，形成一个合成磁场。
由于电枢线圈是绕在励磁线圈周围的，所以受到的合成磁场力会使得电枢线圈转动。
电枢线圈转动后，会带动机械负载的转动，实现了功的转换。
二、动态励磁动态励磁是指通过电枢线圈产生的电动势来激励励磁线圈，从而产生磁场。
电枢线圈通常由绕在铁芯上的导线组成。
当电枢绕组通过外部电源供电时，电流会在电枢绕组中形成闭合回路。
根据电磁感应定律，电枢绕组中的磁场会与励磁线圈中的磁场相互作用，从而产生电动势。
动态励磁的原理是利用电枢线圈产生的电动势来激励励磁线圈。
当电枢线圈中的电流发生变化时，会产生电动势。
这个电动势会通过励磁线圈，使得励磁线圈中的电流发生变化，从而产生磁场。
这个磁场又会与电枢线圈中的磁场相互作用，从而产生反作用力。
根据牛顿第三定律，反作用力会使得电枢线圈受到力的作用而运动。
电枢线圈的运动带动机械负载的转动，实现了电能向机械能的转化。
励磁电机是利用电磁感应原理工作的电动机。
它通过励磁线圈产生的磁场与电枢线圈产生的磁场相互作用，使得电枢线圈受到力的作用而运动。
励磁电机的工作原理可以分为静态励磁和动态励磁两种方式。
静态励磁是通过外部电源直接给励磁线圈供电，使其产生磁场；动态励磁是通过电枢线圈产生的电动势来激励励磁线圈，从而产生磁场。
可控硅励磁装置工作原理
可控硅励磁装置工作原理
嘿，咱今天来聊聊可控硅励磁装置的工作原理，这玩意儿可有意思啦！
你看啊，可控硅励磁装置就像是一个特别会调节气氛的大师傅。
它主要由可控硅啊、触发电路啊这些部分组成。
可控硅呢，就好比是一个很听话的小开关，能根据我们的要求，乖乖地打开或者关闭。
而触发电路呢，就像是那个指挥小开关的指挥官，告诉它啥时候该工作啦。
当我们需要给某个设备提供励磁电流的时候，可控硅励磁装置就开始行动啦！触发电路发出信号，就好像给可控硅这个小开关打了个招呼：“嘿，该你上场啦！”然后可控硅就听话地导通，电流就开始欢快地流动啦。
这就好像是一条小溪，平时水闸关着，水流不出来，一旦我们打开水闸，水就哗啦哗啦地流出来啦。
可控硅不就是那个控制水流的水闸嘛！
而且啊，这个可控硅励磁装置还特别智能呢！它能根据实际需要，灵活地调整励磁电流的大小。
这就好比我们调节灯光的亮度一样，想亮一点就调亮一点，想暗一点就调暗一点，多方便呀！
你说这是不是很神奇？它能让电流乖乖听话，该大就大，该小就小。
那它是怎么做到这么厉害的呢？其实就是靠着那些精巧的电路和元件的配合呀。
就像一场精彩的演出，每个演员都有自己的角色和任务，大家相互配合，才能呈现出一场完美的表演。
可控硅、触发电路等等这些元件，不就是这场演出里的演员嘛！
想想看，如果没有可控硅励磁装置，很多设备可能就没办法正常工作啦。
它就像是设备的动力之源，给它们提供着源源不断的能量。
总之呢，可控硅励磁装置可真是个了不起的东西！它默默地工作着，为我们的各种设备提供着重要的支持。
我们可真得好好感谢它呀！这就是可控硅励磁装置的工作原理啦，是不是很有趣呀？。
励磁基本原理..
灭磁中的移能
• 灭磁过程中，移能成功的条件：
U DCarc U E U r
灭磁开关要有足够高的弧压，才能顺利实现移能。 UR、HPB型灭磁开关的弧压，都在4000V以上。
灭磁电阻
• 线性电阻，汽轮发电机励磁系统经常采用；灭磁时间较长。 • 氧化锌ZnO非线性电阻，国内生产，应用普遍；灭磁时间短，较为理 想。 • SiC非线性电阻，国外生产，经常采用英国M&I公司的产品，超大型 机组应用较多，比如：三峡、龙滩、拉西瓦等；灭磁时间适中。 • 水轮发电机要求快速灭磁，普遍采用非线性电阻灭磁方案。 • 单片ZnO阀片的工作能容量是15KJ，而单片SiC阀片的工作能容量为 62.5KJ。在超大型水轮发电机组中，灭磁能量很大，比如10MJ，需 要几百片非线性电阻阀片串、并联连接。并联均能或并联均流问题突 出。 SiC阀片容量大、其伏安特性更适合并联，所以，在超大型发电 机的励磁系统中普遍使用。
AVR的数学控制模型
PID控制
给定值 Ref + － 电压 偏差 微分 积分 比例 励磁电压 Efd 机端电压 Ut
发电机
AVR数学模型中的放大倍数Kavr
• Kavr关系到发电机端电压的调节精度。在保证AVR闭环调节稳定的前 提下，Kavr越大，机端电压的调节精度越高，越能维持机端电压的恒 定。 • 超前－滞后环节的参数整定，保证AVR闭环控制稳定，并有良好的动 态特性。通过励磁标准中机端电压阶跃试验的指标来验证。 • 励磁标准中要求机端电压的调节精度为0.5％。即，在AVR给定值 Uref不变的情况下，发电机输出从空载到满载的过程中，机端电压的 变化不超过发电机额定电压的0.5％。
积分参数的作用和影响
对稳态特性的影响 积分控制能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精 度。但若TI太大，积分作用太弱，将不能减小稳态误差； 对动态特性的影响 积分时间常数TI偏小，积分作用强，振荡次数较多，TI太 大，对系统性能的影响减小。当时间常数TI合适时，过渡
发电机励磁原理
发电机励磁原理发电机励磁原理：1.引言发电机励磁是指在发电机的转子上产生电磁场，使得发电机能够产生电能的过程。
发电机的励磁原理是电磁感应定律与电气工程基本理论的应用。
本文将详细介绍发电机励磁的原理及其相关内容。
2.发电机励磁分类2.1 恒差励磁2.1.1 直流恒差励磁2.1.2 交流恒差励磁2.2 变差励磁2.2.1 直流变差励磁2.2.2 串励发电机励磁2.2.3 并励发电机励磁2.2.4 无刷励磁3.发电机励磁原理及工作过程3.1 励磁原理3.1.1 磁场基本原理3.1.2 励磁电流原理3.2 励磁过程3.2.1 励磁电源3.2.2 励磁电流的调节与控制3.3 励磁稳定性3.3.1 励磁稳定性的影响因素3.3.2 励磁稳定性的控制措施4.励磁系统4.1 励磁系统的构成4.1.1 励磁机构4.1.2 励磁控制器4.1.3 励磁传感器4.2 励磁系统的工作原理4.2.1 励磁机构工作原理4.2.2 励磁控制器工作原理4.2.3 励磁传感器工作原理5.励磁系统的调试与维护5.1 励磁系统的调试方法5.1.1 励磁电压的调试方法5.1.2 励磁电流的调试方法5.2 励磁系统的维护5.2.1 励磁系统故障排除5.2.2 励磁系统的定期检查与维护6.附件本文档涉及以下附件：- 图表：包括发电机励磁原理图、励磁系统结构图等。
- 数据表格：包括不同励磁方式的效率比较表格等。
7.法律名词及注释7.1 发电机：根据法律法规的定义，用于将其他形式的能量转化为电能的设备。
7.2 励磁：通过在发电机转子上产生磁场，使其能够产生电能的过程。
7.3 电磁感应定律：简述电流在导体中的产生及其与磁场间的相互作用。
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发电机励磁系统控制
§1.1 励磁控制系统的构成形式
一. 直流励磁机系统
直流励磁机系统的接线有自励式和他励式[由图1—1(a)、(b)]。在自励 式接线中，应用并激直流发电机作为励磁机，利用剩磁自励；在他励式接 线中，除主励磁机外，还有副励磁机，副励磁机供给主励磁机的励磁。励 磁机、副励磁机大多与主机同轴旋转。自励和他励接线中(图1—1)，励磁 回路部装有调节电阻R，改变R 大小，即可改变直流励磁机的电压，从而 改变发电机的励磁电流。有的接线图中，在励磁回路中加入旋转放大器或 者引入附加控制电流，改变放大器电势或控制电流大小，也可调节励磁。 直流励磁机励磁优点： 1)励磁机一般和发电机同轴相连，励磁系统中发生短路或电压发生剧 变时，主机的惯性很大，励磁机转速不受影响，能够照常励磁； 2)励磁机可以改变极性，在切断负荷时能快速去磁； 3)当系统发生故障时，在发电机励磁绕组上感应的交流电形成闭环回 路，不会发生转子过电压。
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发电机励磁系统控制
§1.1 励磁控制系统的构成形式
(4)在负荷变化而引起速率变化时，端电压只反应速率的一次方；而同 轴励磁机时，励磁机的电压反应速率的一次方，因而发电机的端电压要反 应速率的二次方。因此，这种系统对抑制水轮发电机甩负荷引起的过电压 特别有利。 (5)系统发生短路时，端电压下降，从而使强励能力受影响，在最不利 的情况下可能引起失磁。 (6)由于短路电流迅速衰减，带时限的继电保护可能会拒绝动作。 2. 自复励励磁系统 根据励磁变压器和串连变压器的组合方式又可以分为交流侧和直流侧 串连、并联几大类。 (1) 直流侧叠加自复励励磁系统 图1—3表示直流侧并联和串联自复励励磁系统的原理图。从图上可看 到，发电机的励磁电流Ifd或励磁电压Ufd由两部分组成：并联时[图1－3(a)] 得式1－1，串连时[图1－3(b)]得式1－2。
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发电机励磁系统控制
刘连光
华北电力大学 电气工程学院
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发电机励磁系统控制
一. 励磁系统的构成与工作原理
§1.1 励磁控制系统的构成形式
§1.2 励磁控制系统的主要任务 §1.3 对励磁控制系统的基本要求
§1.4 励磁系统的保护措施
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§1.1 励磁控制系统的构成形式
流IGZ虽然很大，如果串联比选择不适当，IGZ可能小于转于绕组中的暂态电 流，强励电流送不出去，因而造成IGZ被堵塞，产生很高的尖峰过电压。串 联叠加时与上述情形有所不同，交流侧是两个电压源经过各自的整流桥串 联运行，复励桥的电流IGZ等于可控桥电流IKZ 。在机端三相短路的情况下， 复励桥的输出电压UGZ高，可控桥失去电源，UKZ接近零，但可控桥铝保持 最后的导通状态，所以直流回路中仍能流过强励电流，不产生配合和堵塞 的问题。由子上述原因，直流侧串联自复励励磁系统要比直流侧并联自复 励励磁系统的应用广泛得多。
I fd I KZ IGA
(1－1)
U fd UKZ UGZ
(1－2)
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发电机励磁系统控制
§1.1 励磁控制系统的构成形式
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§1.1 励磁控制系统的构成形式
当发电机空载运行时，定于电则If＝0，仅由自励部分KZ供给空载励磁 电流，改变可控桥KZ的控制角可以调节发电机的端电压。当发电机带负荷 运行时，可控桥KZ和二极管GZ共同供给发电机的励磁。当负荷增加时， GZ供给的部分自动增加；当发电机端短路时，可控桥KZ失去交流电源，IXZ 或UKZ等于零，但这时由于复励桥GZ供给励磁的部分增大，如果参数选择 适当，就可对发电机进行强行励磁，使定子短路电流和励磁电流衰减很慢 而越于较高的稳定值,从而改善了短路过程的动态性能。 值得提出的是，直流侧叠加自复励励磁系统和交流侧叠加时不同，无 论并联或串联，励磁电流或电压都是在直流侧算术相加，而不是在交流侧 相量相加，所以，直流侧叠加自复励励磁系统不具有相补偿的特性。 直流侧叠加自复励励磁系统广泛应用于中小型机组。它的主要优点是， 可以降低对硅元件反向电压或电流的要求；缺点是，可控桥和复励桥在各 种运行状态下不容易很好地配合，可能产生一方被封锁或一方被堵塞的现 象。例如并联叠加时，励磁电流是IKZ 和IGZ之和，两者都不能反向。当发电 机发生近端短路时，自励电流IKZ很小，可能被封锁而送不出去，复励桥电 9
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§1.1 励磁控制系统的构成形式
根据励磁电源的不同类型，励磁系统可以分为三种方式： （1）直流励磁机方式：用具有整流子的直流发电机作为励磁电源。 一般该励磁机与同步机同轴，一起由原动机带动旋转，因而励磁功率 独立于交流电网，不受电力系统非正常运行状况的影响。 （2）交流励磁机方式：用交流励磁机取代直流励磁机，经半导体 可控整流后供给给发电机励磁。其励磁功率同样独立于交流电网，因 此又称他励半导体励磁系统。根据半导体整流器是静止的还是旋转的 该励磁系统又可分为他励静止半导体励磁系统和他励旋转半导体励磁 系统。 （3经半导体整流后供给给发电机励磁。因该励 磁方式在个励磁系统中无旋转元件，常称为“全静止励磁方式”。由 于 励磁功率取自交流电网本身，故又称之为自励半导体励磁系统，它受 电力系统非正常运行状况的影响要注意分析。
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§1.1 励磁控制系统的构成形式
二. 静止励磁系统
1. 自并励励磁系统 图1—2表示自并励半导体励磁系统原理图。 励磁变压器LB接在发电机机端，通过可控硅整 流装置KZ供给发电机励磁。当发电机电压变 化时，自动电压调节器ZLT可以改变可控硅KZ 的控制角α的大小，保证机瑞电压恒定。自并 励半导体励磁系统的优缺点如下； (1)制造简单、经济、布置方便。 (2)由于没有转动部分，工作可靠、维护简 单。 (3)由于没有励磁机的时滞，反应速度快， 有高速响应特征(响应时间一般小于0.05s)。
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§1.1 励磁控制系统的构成形式
直流励磁机励磁缺点： 1)整流子集电环电刷的维护工作量较大，且往往是故障的根源； 2)同轴高速励磁机由于受到机械强度和换向困难等限制，极限容量在 300一500kw之间，所以不能用于大型机组 (150Mw)； 3)直流励磁机有较大的时间常数，因此电压响应速达度较慢。