同步电动机励磁系统的技术发展 共24页
图解发电机励磁原理(2024)
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发电机励磁系统故障诊断与处理 措施
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常见故障类型及原因分析
励磁不足或失磁
可能是由于励磁电源故障、励磁 回路开路或接触不良、励磁绕组
匝间短路等原因导致。
应用范围
直流励磁方式和交流励磁方式适用于各种规模的发电机组和电力系统 ；永磁体励磁方式适用于小型风力发电、太阳能发电等领域。
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发电机励磁调节器原理与结构
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调节器基本原理
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电磁感应原理
发电机励磁调节器通过电磁感应 原理，将输入的交流电转换为直 流电，为发电机的励磁绕组提供 励磁电流。
替换法
在怀疑某个元器件损坏时，可以用正 常的元器件替换后观察故障是否消除 ，以验证故障部位和原因。
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测量法
使用万用表、示波器等工具测量励磁 系统各点的电压、电流、波形等参数 ，与正常值进行比较分析，进一步确 定故障原因。
专家系统诊断
利用专家系统或故障诊断软件对励磁 系统故障进行自动诊断和分析，提高 故障诊断的准确性和效率。
性，但控制精度相对较低。
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控制策略选择依据
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系统稳定性要求
对于要求较高的电力系统，应选择稳定性好的控制策略，如恒压控制策略或最优励磁控制 策略。
发电机运行工况
不同的运行工况下，应选择适合的控制策略。例如，在轻载或空载工况下，可采用恒功率 因数控制策略以提高运行效率。
控制精度和响应速度要求
励磁系统控制关键技术与未来展望
励磁系统控制关键技术与未来展望摘要：控制励磁系统的目的是使机端电压在设备允许范围内保持恒定。
对机组侧来说，主要任务是使发电机输出电压接近额定电压，并无功功率调节，以确保发电机的安全和经济运行；对于电网侧，它们还具有支撑电压、电力系统的静态稳定性、抑制功率振荡和提高暂态稳定等特点。
近年来，以风能、太阳能为代表的新能源由于电压控制不足而被纳入有助于控制励磁系统的研究。
我们的电力系统正朝着“双高”方向发展，电力和电网结构正在发生巨大变化。
发电机电励磁控制技术是确保电力系统安全稳定运行的最具成本效益的手段之一。
关键词：励磁系统；自动电压调节器；同步发电机控制同步电机励磁在提高电力系统稳定性方面起着重要作用，因此同步发电机的励磁控制始终是学术界关注的焦点。
励磁控制的任务是使发电机端的电压保持恒定，达到迄今为止电压的最高精度，同时抑制振荡，提高电力系统的稳定性。
一、励磁调节器的控制方法发展1.线性单变量励磁控制。
1950年代的古典控制理论发展到了用传输函数对控制进行数学描述的成熟程度。
研究对象是线性输入输出系统。
在这种情况下，电机通ΔUt的P或PID励磁降低电机端电压偏差。
该方法的优点在于，控制参数可以用频率或根轨迹法的线性函数模型单变量法确定，简单可靠的算法在物理上正确、方便调整、应用技术上明确，可以抑制故障后电压波动，通过向磁系统提供渐进输出，在一定程度上有助于补偿磁电流的相位和负损耗扭矩，从而提高电机电压稳定性。
该方法的缺点是，它仅适用于单变量的线性系统，不适用于非线性、时变、耦合以及参数和结构不确定性的复杂对象，而不考虑其他变量兼顾功率Pe、发电机转速ω性能调节。
超前不一定与低频振荡频率相同，也无法补偿负阻尼所需的相位。
该控制系统必须不断调节电压偏差ΔUt，以区分正负阻尼的变化。
很难降低发电机电压，确保正阻尼，从而避免了系统低频的有限作用。
为了解决此方法的缺点，引入了几种新的PID控制，这些控制将PID与其他控制相结合，例如适应、模糊、神经PI等控制，在一定程度上提高了控制性能。
(完整版)同步电动机励磁柜原理
励磁柜介绍一些同步电动机励磁柜的基本知识，希望大家能了解并多交流一下同步电动机励磁柜的基本知识。
一.KJLF11 具有以下特点： 1.转子励磁采用三相全控整流固接励磁线路； 2.与同步电动机定子回路没有直接的电气联系；3.实现了按同步电动机转子滑差，顺极性自动投励。
按到达亚同步转速（95%）时投入励磁，使同步电动机拖入同步运行； 4.具有电压负反馈自动保持恒定励磁； 5.起动与停车时自动灭磁，并在同步电动机异步运行时具有灭磁保护； 6.可以手动调节励磁电流，电压进行功率因数调整，整流电压可以从额定值的10%至125%连续调节；7.交流输入电源与同步电动机定子回路来自同一段母线；8.同步电动机正常停车5 秒钟之内，本设备整流电路和触发电路的同步电源不容许断电；9.灭磁电阻RFD1 和RFD2 的阻值为所配的转子励磁绕组直流电阻的 5 倍，其长期容许电流为同步电动机额定励磁电流的15%；10.当同步机矢步运行时，可以发出矢步信号，用于报警或跳闸；11.输入电源为380V.二.保护电路：（1）.过压保护：1.同步电动机异步运行时，转子感应过电压由灭磁环节将放电电阻RFD1-2 接入，消除开路过电压。
2.主电路可控硅元件的换向过电压由并接于元件两端的阻容电路吸收。
（RC4-9) 3.整流变压器一次侧分，合闸引起的操作过电压由RC1-3 组成的阻容吸收装置来抑制。
4.为使同相两桥臂上可控硅元件合理的分担自直流侧的过电压，设置了R10-15 均压电阻来保护。
（2）过电流保护： 1.与可控硅串联的快速熔断器是作为直流侧短路保护用，快熔熔断时，保护环节可发出声响报警信号，跳开同步电动机定子侧电源开关，切断励磁。
2.短路电流发生在整流变压器二次侧时，其一次侧空气开关脱扣器顺动，切断电源。
3.直流侧过负荷时，空气开关脱扣器或热继电器动作。
但整定值应保证强励磁30 秒内不动作。
三. 励磁线路各环节的工作电压均由同步电源变压器供给，其工作原理如下：同步电动机起动过程中，灭磁环节工作，使转子感应交变电流两半波都通过放电电阻，保证电机的正常起动。
同步发电机励磁自动控制系统1讲课文档
1 静态不稳定性 2 动态不稳定性 3 暂态不稳定性
功角过大而失步（滑行失步）
1974年美国学者拜金 利及金巴克主编论文
大小扰动引起的振荡失步
集《大规模电力系统
稳定性》
大扰动后发电机在第一摇摆失步
静态/动态稳定性定义及理解出现了混乱
1981年在IEEE电力系统分会的冬季会议上重新对电力系统稳定性进行定 义
North China Electric Power University
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电力系统稳定性的定义与分类
2004年8月，IEEE发表了CIGRE第38委员会与IEEE系统动态行为委员会 联合小组制定的电力系统稳定性分类及定义
电力系统稳定性
功角稳定性 频率稳定性 电压稳定性
小干扰功角 稳定性
大干扰功角 稳定性
1 静态稳定性/小扰动稳定性
所加干扰足够小，可以用系统的线 性化方程来描述系统过渡过程
当系统受到小的干扰后，系统会达到与受干扰前相同或接近的运行状态
2 暂态稳定性/大扰动稳定性
所加的干扰使得不能用系统的线性化方程 来描述系统过渡过程
2第0112页2，/共22/82页1。
当系统遭受到干扰后，系统可以达到一个可以接受的稳定运行状态
静态稳定性——小扰动稳定性 暂态稳定性——大扰动稳定性 动态稳定性
动态稳定性 —— 电力系统受到小扰动时，考虑调节 器及元件动态，并分析它在暂态过程后能否趋于或者 接近原来稳定工况的能力。
2第1062页，2共/228/页2。1 North China Electric Power University
大干扰电压稳定性
小干扰电压稳定性
系统在大干扰后维持可接受稳态电压的能力 系统在小干扰后维持可接受稳态电压的能力
同步电动机新型励磁装置技术改进
随着 科学技 术 的发展 ， 人们 的生活 生产 水平不断 提高 ， 在现 代人 们 的生 产 过程 中， 早 已摒 弃 了传统 的 手工作业 生产 方式 ， 而 逐步 形成 了应 用 机 械设 备 进行 生 产 的生 产模 式 。 电动 机 的发 展 与应用 正 是传 统 手工业 生 产转 向现 代机 械 化 生 产的 标 志 ， 其 在 现代 化 机械 生 产 中
有着举足轻重的地位 。 电机 的工作的物理本质就是通过电机 的本身 器件把电能转化成机械能。 在目 前的社会生产中， 电机已经被广泛的 应用 在工 农业 的各种 领域 ， 随着科 学技 术 水平 的不断 提高 ， 各种各 样 的 自动 化 系统 元件 都 是 通 过对 电机 的控 制 形成 的 ， 包括 航 空领 域 的 人 造 卫星 系统 同样 也 是 通 过对 电机 进 行控 制 ， 卫 星 才能 够 正常 的运 行， 除 此 之外 ， 电机 还被 广泛 的应用在 国防 、 医疗 等其他 方面 ， 因此 电 机是时代发展的成果， 是提高社会生产力的有效工具 。 但是随着社会 的发 展 ， 提 高 电动机 的 性能 ， 必须 对其进 行相 应 的改 进 ， 从 而才 能满 足人们的生产需要。 本文从传统励磁技术中存在的缺陷出发， 对 同步 电动机新型励磁装置技术进行研究， 并且提出了相关的改进措施。 传统 励 磁 技术 存在 的 缺陷 １ 、 励 磁 装置 起动 回路及 环节 设计不 合理 。 同步 电动 机 励磁 装 置 主回路中的主桥分为： 全控桥式和半控桥式， 下面分别以这两种方式 分析。
一
对于某些转速较低、凸极转矩较强的电机空载或特轻载起动 时， 往往 在 尚未 投 励 的 情况 下便 进 入 同步 ， 装 置 内具 有 凸 极投 励 回 路， 在 电机 进入 同步后１ ２ 秒 内自动投 磁 电机进 入 同步后， 电脑系统 自 动控制 励磁 电压 由强磁恢 复到正常励 磁 。 ３ 、 选 用数字 触发 器， 提高触 发脉 冲的精 度 选 用数 字触发 器８ ２ ５ ３ ， 提高 了触 发脉 冲信号 的精 确 度。 当同步信 号 回路 出现 上升过 零时 ， 采用延 时结 束立 即由硬件输 出脉 冲的 方式 ， 当满 足投 励 条件后 ， 电脑 发出触 发脉 冲 指令 ， 经专用 集成 块功 放 由脉 冲变 压 器输 出一 —宽 脉冲 ， 触发可控 硅 。 在同步 信号及主 回路 处 于正常的情 况下， 电脑 系统 能保证 主 电路 三相 电压波 形平 衡 ， 具有自 动 平衡 系统 。 为使电动机中励磁电压不致过高、 过低或失控， 在控制电路中设 有１ Ｋ、 ２ Ｋ、 ３ Ｋ功能开关， 其中１ Ｋ用来设定励磁 电压的上限 ｌ ２ Ｋ用来 ①半控桥式 励磁装置 ： 由三只大功率晶闸管和一只大功率二极 设定 电机 正常运 行 时的励 磁 电压 ， ３ Ｋ用来设 定励 磁 电压 的下限 。 投 励 管组成 。 电动机在起动过程中， 存在滑差， 在转子线圈内将感应一 交 时， 首先 按 １ Ｋ强 励 设定 值运 行 １ 秒， 然 后 自动 移至 正 常励磁 所 设 定 的 变电势， 其正半波通过ｚ Ｑ 形成 回路， 产生＋ ｉ ｆ ， 其负半波则通过Ｋ Ｑ， 位置 上 。 ＲＦ 形成 回路 ， 产生一 ｉ ｆ ， 由于 回路不 对 称 ， 则形 成 的 － ｉ ｆ 与＋ ｉ ｆ 也 不对 采用数字化薄膜面板开关， 按动上升键或下降键， 可在Ｉ Ｋ及３ Ｋ 称， 致使 定子 电流强 烈脉 动 。 使 电动 机 因此而 强 烈振 动 ， 直 到起 动结 所设 定 的范 围内调整 励磁 电压大 小 。 采用 电脑 控制 及数 字开关 ， 使 装 束 才消 失 。 置性 能 稳 定 ， 完全 消 除了电位 器调 节 所带 来 的 温漂 、 跳跃、 卡死 及 易 ②全控桥工励磁装置： 由６ 只大功率晶闸管组成。 在起动过程中， 受 干扰 的弊端 。 随 着滑 差 减小 ， 当转 速 达 Ｎ５ ｏ ％ 以 上时 ， 励磁 感应 电流 负半 波通 路 时 ４ 、 电脑 系统 智能 分析 失步 信号 ， 准 确可 靠地 动 作 当同步 电动 机 通时断， 同样形 成＋ ｉ ｆ 与－ ｉ ｆ 电流 不 对称 从而 形成 脉振 转 矩 ， 造 成 电动 失步时 ， 在其 转子 回路产生不 衰减 的交 变 电流 分 量， 通 过 测取 转子 励 机 强 烈振动 。 磁回路分 流 器上 的交 变电流 毫伏信 号， 经放 大变 换后 输入 电脑系统 ， ２ 、 投励时 “ 转 子位 置角” 不 合理 。 对其波形进行智能分析， 准确 、 快速地判断电动机是否同步， 对于各
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。
发电机励磁系统
第二类： 自励励磁系统（利用发电机自身发出的电流励磁）
概述
基本结构
励磁系统
姓名：直流励磁机励磁系统
同步发电机励磁系统
概述
基本构
励磁系统
同步发电机励磁系统
姓名：他励静止硅整流交流励磁系统 • 优点： 容量不受限制；不受电网干扰，可靠性高；整流装置静止不动，强度要求低。 • 缺点 ：碳刷维护麻烦，存在炭粉和铜末引起电机线圈污染。
值得指出的是：从原理上讲任何一台同步电机既可以作为同步发电机运行，也可以作为电动机或调相 机运行，这就是电机的可逆性原理。例如水电站的同步电机．旺水期用作发电机运行，枯水期可作为 同步调相机运行。当然同步发电机、同步电动机和同步调相机各有自己的特点，没有特殊情况不互换 使用。
概述
基本结构
励磁系统
• 同步电机的基本类型
概述
基本结构
励磁系统
同步发电机励磁系统
概述
基本结构
励磁系统
同步发电机励磁系统
姓名：他励旋转半导体整流交流励磁系统 定义：交流主励磁机的交流绕组和整流设备随同主轴旋转，发电机励磁绕组和主励磁输出绕组相对静止 • 优点 ：取消了大电流集电环及碳刷装置，减少运行维护量。 • 缺点 ：无法对励磁回路进行直接测量；对整流元件等的强度及可靠性要求高。
概述
基本结构
励磁系统
同步发电机励磁系统
第二类：自励励磁系统（特点：利用发电机自身发出的电流励磁，励磁绕组与电枢绕组相连接） 并励：励磁绕组与电枢绕组并联。 串励：励磁绕组与电枢绕组串联。 复励：主极铁心上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，一个与电枢绕组串联。 优点: 结构简单、可靠性高、造价低、维护量小。 无励磁机，缩短机组轴系长度。 直接用可控硅控制转子电压，可获很快的励磁电压响应速度。 缺点: 保护配合较复杂。
同步电动机励磁系统的技术发展共25页文档
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
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5 脉冲插件的工作原理
由同步电源、脉冲发生、脉冲放大、脉冲输出四部分组成。
两组 脉冲输出
脉冲放大 电路
7.同步电动机停机时，从停机开始至5秒钟内，不断开三相全控整流桥交 流电源及触发同步电源，以便同步电动机停机时在转子绕组电感放电的 作用下，三相全控桥工作在“逆变”状态；
8。电网瞬时断电至0.5秒内恢复时，如果同步电动机定子电源不断开，本 装置照常工作。
（二）同步电动机可控硅励磁原理
1. 主电路工作原理 如图3所示，主电路由整流变压器、三相可控整流桥、灭磁 环节组成。三相可控整流桥由六个可控硅元件构成，如图4所 示，改变全控桥上可控硅元件的控制角a，即可得到不同的直 流输出电压，如图6、图7、图8所示的波形，分别为a=0º、 a=60º、a=90º时的整流输出波形和直流输出电压。
同步电动机可控硅励磁工作原理框图
6
380V
整流 变压器
可控硅 整流
灭磁 环节
同步 电动机
触发 脉冲
逆变 环节
投全压 环节
同步电源 变压器
电压 负反馈
移相 给定
信 综合
投励 环节
定子电流
图3
3 同步电动机 可控硅励磁系统 主电路的组成
VT7、VT8、GZ1、Rfd1、Rfd2 组成灭磁环节
灭磁线A2用于关断VT7、VT8
4. 降压起动的同步电动机当其转子的转速达同步速的90％，自动切除降压 起动电阻(电抗)进行全压起动加速至亚同步速度，按转子滑差为5％顺极 性投入励磁，使之拖入同步运行；
5. 当交流电网电压低于下降至额定电压的80％时进行突加强励，强励倍数 为1.4倍，强励时间不超过10 秒；
6.可手动调整励磁电压、电流，即功率因数的调整；
可控硅整流元件VT1~VT6 组成三相桥式全控整流
整流变压器降低电源电压
三相交流电源
图4
图5 b) 为三相交流电源波形 c)分别为六个脉冲与交流电源对应的时刻
图6 a=0º时的整流输出波形
图7 a=60º时整流输出波形
图8 a=90º时的整流输出波形
4.对触发脉冲的要求
三相桥式全控整流电路对触发脉冲有特定要求。为了使 六个晶闸管的触发导通顺序符合自然顺序，在三相电源 正序情况下，编号为VT1、VT4管分别接A相(A相可任 意指定但相序不能反)，VT3、VT6接B相，VT5、VT2接 C相，这样触发脉冲与管子导通的顺序为 1→2→3→4→5→6，间隔为60o。详见图4和图5。为 了保证电路能启动工作和电流断续后能再触发导通，必 须给对应导通的两个晶闸管同时加上触发脉冲 ， 如 图 9 所示的脉冲产生电路。也可采用宽脉冲触发，每一个脉 冲的宽度大于60o通常取90o，使换相后脉冲出现时前 脉冲还未消失，以保证换相点均有相邻两个管子被触发 。
从同步电动机励磁系统的技术发展历程来看，经历了： “原始的发电机组励磁、可控硅分立元件励磁、数字化微 机技术可控硅励磁”三大阶段。不管是哪个阶段，前提是 励磁系统必须正常运行。
一、发电机组励磁系统
如图1所示，同步电动机的转子绕组专门由一台直流发电 机组发出直流电供给励磁，在同步电动机起动时，将转子绕 组短接，作为异步电动机起动，待起动加速至亚同步时，由 主回路电流与时间结合的控制原则控制投励，即断开转子短 接电路 ，自动接入发电机组电路，进行励磁，调节RP，可 调节发电机输出的电压值，也就是调节励磁电流，用以改变 同步电动机的功率因数COSΦ,如图2所示。当停止同步电动 机运行时，断开KM1，发电机组的原动机因断电而停机，停 止发电；同时将同步电动机转子绕线短接，卸放其转子的感 应电动势。
同步电动机励磁系统的 技术发展
1
概述
同步电动机以其转速不受负载的影响，始终以额定速 度运行的特点，被选用于拖动空压机、球磨机、轧钢机等 要求恒定转速运行的大型设备。但由于其结构特殊，转子 绕组需要一套完整的直流电源供电，并与同步电动机的起 动、投励、运行等环节联锁控制，进行同步电动机的励磁。 这就要求励磁系统性能稳定、工作可靠。否则，就会影响 同步电动机的正常拖动。
从电网吸收容性无功（或发出感性
无功）;“欠励”时电动机从电网
吸收感性无功（或发出容性无功），
也就是可以调节无功功率。
图2
调节励磁电流可以调节同步电动机的无功功率和功率因数 , 这是同步电动机最可贵的特点。
二、同步电动机可控硅励磁系统
同步电动机可控硅励磁系统于20世纪70年代 由国家主管部门组织工程技术人员统一设计，受 当时技术条件限制，其控制电路均为二极管、三 极管、双基极二极管、稳压管等分立元件所组成， 如KGLF11（12）型可控硅励磁柜就是当时统一 设计研制定型的换代产品，用此柜更换发电机组 励磁系统，曾受到用户的肯定。因为该柜对同步 电动机的启动、投励、励磁三个阶段的控制考虑 得非常周全，既克服了发电机组励磁系统存在的 不足，又完善了起动控制功能。所以以此励磁柜 为版本，深入剖析，全面掌握同步电动机可控硅 励磁技术。
1 同步电动机发电机组励磁系统电路原理
优点：线路简单，操作 容易； 缺点：发电机碳刷磨损 快，机组噪声大，站地 面积大 ，耗能多，故障 率高、维修量大。因而 淘汰。
图1
2 同步电动机的V形曲线
当同步电动机输入有功功率恒
定而调节励磁电流时,有三种励磁
状态,“正常励磁”时,电动机没有
无功功率输出；“过励”时电动机
（一）同步电动机可控硅励磁系统的特点
1.同步电动机转子回路采用三相全控桥固接线路，如图4所示，保持了同 步电动机的固有起动特性；
2.可适应交流电源电压3KV、6KV、10KV作全压或降压起动同步电动机； 3. 全压起动的同步电动机当其转子的转速达亚同步时按转子滑差为5％时
顺极性投入励磁，使之拖入同步运行；