发电机及讲义励磁系统
同步发电机的励磁系统基础知识讲解
由条件①、②共同得出：
（R k）I EE
LEE
dI EE dt
E0
时间常数为：
Tse
LEE Rk
二、交流励磁机系统 1、他励的交流励磁机系统
特点：容量较小，只占同步发电机容量的0.3%～0.5%；响应速度快；一 般
主励磁机的频率为100Hz或更高。 GE（100Hz）—— 主励磁机； MFG（500Hz）—— 付励磁机（中频发电机）； AEEL —— 付励磁机励磁绕组。
E
Tt
I EE R
2）、自励直流励磁机的时间常数
①、由自励直流励磁机等效电路得：
I EE R LEE
dI EE dt
Ue
②、根据自励直流发电机端电压的建立过程
虚线（EEL的磁化曲线）上任何一点的 励磁机电动势为：
UeBiblioteka E0Ue E0 I EE.1
I EE
E0
kIEE
E0 —— 剩磁电势； Ue —— 励磁机工作电压。
完全不考虑励磁机的时间常数，励磁电压的建立速度快，时间常数小， 但对其容量要求较大。
2）、自励的交流励磁机系统之二
时间常数大，对其容量要求较小。 他励与自励系统均属静止励磁，只有通过滑环才能送入励磁回路。
3、无刷励磁系统 1）、可控硅不旋转系统（响应速度较慢）
2）、可控硅旋转系统
中频付励磁机MFG（书中ALG）→EEL供电，PG（脉冲触发器）的q、 d合成磁场在空间和时间上作着相角和大小的不同变化，从而达到控制励磁 机送至转子绕组的励磁电流的变化。
起励电源：解决交流励磁机的磁路经过交流电枢后，剩磁不如直流励 磁机那样高，不足以可靠的起动可控硅。中频发电机（MFG）可靠工作 后，退出。
发电机励磁系统-讲解
2013年07月
生产准备部金恩
粤电靖海电厂励磁控制柜 （美国GE公司）
华润电力（温州）有限公司生产准备部
发电机励磁系统基本原理
➢ 供给发电机励磁电流的电 源及其附属设备称为励磁 系统。
➢ 它分为励磁功率单元和励 磁调节器两个主要部分。
➢ 励磁功率单元向同步发电 机转子提供励磁电流；而 励磁调节器则根据输入信 号和给定的调节准则控制 励磁功率单元的输出。
间的自动跟踪 ➢ 自动和手动通道的双向自动跟踪 ➢ 恒无功或恒功率因素的控制 ➢ PSS电力系统稳定器。
测量单元板(MUB)
➢ 用于测量发电机定子侧信 号。它直接测量发电机的 三相电压和电流，并通过 这些量计算出其它信号： 如P（有功）、Q（无功）、 f（频率）等，同时提供了 强电参数和测量信号之间 的电气隔离。
扩展门极控制板(EGC)
➢ 作为双通道配置的后备通道使 用。
➢ EGC 连同COB、MUB一起安 装在同一个金属箱中，但在结 构上是独立的。
➢ EGC具有下列功能： 1、励磁电流调节 2、通道跟踪，以便在COB故障
时实现平稳切换 3、备用瞬时过电流保护继电器 4、备用反时限过电流继电器 5、直流侧短路保护
采用自然风冷（带冷却风机）的冷却方式，当励磁变温 度高至100℃时，冷却风扇自启；温度低至80℃时，风 扇自动停止。励磁变温度高至130℃时，发超温报警。
高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护，一组用于 测量。低压侧每相也提供3组CT，两组用于保护，一组 用于测量。
可控硅整流器
➢ 采用三相全波桥式整流，共有4个功率 柜组成。
灭磁要求： 1.灭磁时间尽可能的短（发电 机端电压由额定值Un降至5% Un所需的时 间称灭磁时间）2.励磁绕组两端的过电压 不超过允许值（通过跨接器来实现过压保 护的要求）。
图解发电机励磁原理共4文档
可根据发电机负载的变化自动调节励磁电流，保持发电机输出电 压的稳定。
直流发电机励磁特点分析
励磁方式多样
直流发电机可采用他励、并励、 串励和复励等多种励磁方式，可
根据实际需求选择。
磁场可控性强
通过调节励磁电流的大小和方向， 可以灵活控制发电机的磁场强度 和方向。
输出特性稳定
在负载变化时，通过自动调节励 磁电流可以保持发电机输出电压 和电流的稳定。
作用
励磁系统的主要作用是维持发电机端电压在给定水平，同时控制并列运行各发 电机间无功功率的合理分配，以满足电力系统正常运行和发电机安全运行的要 求。
励磁系统组成部分
励磁功率单元
向同步发电机转子提供直流励磁电流，主要包括交流励磁机、整流器 等部分。
励磁调节器
根据发电机端电压、无功功率等信号，自动调节励磁功率单元输出的 励磁电流，以维持发电机端电压稳定并控制无功功率分配。
经验总结
总结故障排除过程中的经验教训，完 善维护流程，提高设备维护水平。
THANKS
感谢您的观看
对比法
将故障设备与正常设备进行对比， 分析差异，找出故障原因。
03
02
测量法
使用万用表、示波器等工具测量电 路参数，判断故障点。
替换法
用正常元件替换疑似故障元件，观 察设备是否恢复正常。
04
预防性维护策略制定
定期检查
制定详细的检查计划，对发电机励磁系统进行定期检查。
清洁保养
保持设备清洁，定期清理灰尘和杂物，确保散热良好。
紧固接线
检查所有接线端子是否松动，及时紧固。
预防性试验
定期进行预防性试验，检测设备的绝缘性能、电气性能等。
故障排除后性能恢复验证
发电机励磁系统课件
励磁系统的运行和控制
励磁系统的运行方式
励磁系统的工作原理：通过 调节励磁电流，控制发电机 的输出电压和频率
励磁系统的组成：包括励磁 电源、励磁控制器、励磁调 节器等
励磁系统的控制方式：包括 手动控制、自动控制和自适
应控制等
励磁系统的运行状态：包括 正常状态、异常状态和故障
状态等
励磁系统的控制方式
功率和电压
励磁电压：控 制励磁电流的 大小，影响发 电机的磁场强 度和输出功率
励磁频率：控 制发电机的磁 场频率，影响 发电机的输出
频率和电压
励磁相位：控 制发电机的磁 场相位，影响 发电机的输出
功率和电压
励磁阻抗：控 制励磁电流的 传输，影响发 电机的磁场强 度和输出功率
励磁时间常数： 控制励磁电流 的响应速度， 影响发电机的 输出功率和电
超导车，提高动 力性能和续航里程
智能励磁系统：采用智能控制技术，提高 响应速度和稳定性
船舶和轨道交通领域：应用于船舶和轨道 交通，提高动力性能和节能效果
THANK YOU
汇报人：PPT
励磁系统的发展趋势和未来展望
发展趋势：智能化、数字化、网络化 技术进步：提高效率、降低能耗、提高稳定性 应用领域：电力、交通、工业、新能源等 未来展望：更加智能化、高效化、环保化
励磁系统的新技术和新应用场景
永磁同步发电机：采用永磁材料，提高效 率和稳定性
新能源发电领域：应用于风能、太阳能等 新能源发电系统，提高发电效率和稳定性
励磁电流控制：通过调节励磁电流来控制发电机的输出电压和频率 励磁电压控制：通过调节励磁电压来控制发电机的输出电压和频率 励磁功率控制：通过调节励磁功率来控制发电机的输出电压和频率 励磁电流和电压联合控制：通过调节励磁电流和电压来控制发电机的输出电压和频率
发电机讲义(励磁方式部分)
发电机讲义(励磁方式部分)5.2 同步发电机的运行特性(空载特性、短路特性、外特性)5.3 同步发电机的并列方法（定速、升压、并网前准备、准同期并网）。
5.4 同步发电机的功角特性（有功调节、无功调节、静态稳定性、V形曲线、发电机的PQ运行曲线）5.5 同步发电机的故障分析(突然短路、不对称运行、失磁、失步、震荡)同步电机原理和结构同步电机原理简述结构模型◆同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。
一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。
◆图15.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。
这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。
◆转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。
◆气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。
◆ 除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。
图中用AX、BY、CZ三个在空间错开120电角度分布的线圈代表三相对称交流绕组。
工作原理◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。
◆ 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。
◆ 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。
◆ 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。
通过引出线，即可提供交流电源。
◆ 感应电势有效值：由第11章可知，每相感应电势的有效值为(15.1)◆ 感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即(15.2)◆ 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。
发电机原理及无刷励磁系统
二、励磁系统
励磁系统的分类：
01
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
按励磁方式分： .自励 .他励
02
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
03
按励磁的接入方式分类： （旋转整流）无刷励磁 （静止整流）有刷励磁
04
①.自励：即从发电机出口引出一条支路，通过励磁变压器降压以后输入励磁调节器，励磁调节器的输出作为励磁电源为转子磁场提供电流。 特点：系统简单，发电机出口电压较稳定，励磁调节器输出电流稳定，但需要起励电源。
四、发电机孤立运行和并网运行的特点
--一次调频，机组本身的功能
同时
孤立运行发电机组的特点：机组负荷、电压、周波等参数随外界负荷的需求和性质的变化而变化，并且波动比较大。在机组调节过程中需要人为干预。
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2、发电机同大网并联运行时的调节
发电机与大网并列运行后就被拉入同步，这时发电机的电压、周波比较稳定，单台机组运行工况的改变对整个系统运行影响不大。 机组有功的调节是靠改变机组的进汽量进行的，而无功的调节是靠改变机组的励磁电流来实现的。
发电机的励磁系统介绍
发电部培训专题（发电机的励磁系统）（因为目前我公司的励磁系统的资料还没有到，该培训资料还是不全面的，其间还有许多不足之处希望大家批评指正）我厂励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统，全套引入ABB公司型号为UNITROL5000励磁系统。
发电机励磁系统能够满足不超过额定励磁电压和额定励磁电流倍情况下的连续运行。
励磁系统具有短时间过负荷能力，励磁强励倍数为2倍，允许强励时间为20秒，励磁系统强励动作值为倍的机端电压值。
我厂励磁系统可控硅整流器设置有备用容量，功率整流装置并联支路为5路。
当一路退出运行后还可以满足强励及额定励磁电压和额定励磁电流倍情况下的连续运行工况；当两路退出运行时还可以满足额定励磁电压和额定励磁电流倍情况下的连续运行工况，但闭锁强励功能。
5路整流装置均设有均流装置，均流系数不低于95%。
整流柜冷却风机有100%的额定容量，其通风装置有两路电源供电并可以自动进行切换。
任意一台整流柜或风机有故障时，都会发生报警。
每一路整流装置都设有快速熔断器保护。
我厂励磁系统主要包括：励磁变、励磁调节器、可控硅整流器、起励和灭磁单元几个部分。
如图所示：我厂励磁变采用三相油浸式变压器，其容量为7500KV A，变比为，接线形式为△/Y5形式，高压侧每相有3组CT ，其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为测量用。
低压侧设有三组CT其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为备用。
高压侧绝缘等级是按照35KV设计的，它设有静态屏蔽装置。
我厂励磁调节器采用的是数字微机型，具有微调节和提高暂态稳定的特性。
励磁调节器设有过励限制、过励保护、低励限制、电力系统稳定器、过激磁限制、过激磁保护、转子过电压和PT断线保护单元。
自动调节器有两个完全相同而且独立的通道，每个通道设有独立的CT、PT稳压电源元件。
两个通道可实现自动跟踪和无扰动切换。
单通道可以完全满足发电机各种工况运行。
自动调节器具备以下4种运行方式：机端恒压运行方式、恒励磁电流运行方式、恒无功功率运行方式、恒功率因数运行方式。
发电机励磁系统图解(老图,在校生参考)
发电机励磁系统图解
上图为三机励磁系统（主要内容在左半边以及中下部），带厂用电备励。
先说备励：厂用380伏经Q3刀闸到T1感应调压器，隔离变压器T2，交流三相保险，二极管（6只）整流桥，投退刀闸Q6（和Q4，Q5的切换有操作流程的），ELE是线性灭磁回路。
主励部分：400HZ的永磁机，输出电压大概在350V～450V之间（东电、哈电、上电、北重、济电均不一样），T10是同步变压器（采集励磁调节器需要的同步信号，时序、相序、电压值等，但主要是相序）。
中间的很多框图表示的是以前的模拟调节器，现在主流是下面的数字调节器，调节器发出触发脉冲信号（和同步时序配合好的）给中间的两个可控硅整流桥（Q2+A+Q5 Q1+B+Q4)中的可控硅（内部还有脉冲变压器，6脉冲变对应各自的可控硅），整流桥输出直流电压（带很大的三次谐波的）给100HZ的励磁机转子供电（0V～
1.35×450V可调。
励磁机后面就很简单了，励磁机发出三相电经两个二接管整流桥（通常被称为死硅）整流为直流给发电机转子供电，调节发电机的无功输出值，SD是负极单相灭磁开关（其实灭磁开关的种类很多的），转子两侧并联的是灭磁回路（线性电阻灭磁+过压气隙放电保护，实际上中国的30万机组肯定没有这个回路，这个图应该从老外的早期研究中抄来的，太老了）。
最后，多说一句，三级励磁应该是小机组用的，2000年后，10万以上的机组肯定用自并励方式。
发电机励磁系统课件
4、机组剩磁极性引起的故障
5、可控硅损坏引起的故障
正确评价自并励
自并励方式的主要优点是设备和接线简单、可靠性高、励磁调节速度快，如采用三相全控整流电路，可以实现逆变灭磁，为简化励磁系统创造了条件 。
对发电机轴系安全的影响
自并励磁方式大大缩短汽轮发电机的轴系长度，对减小汽轮机的震动是非常有帮助的。若励磁系统为微机化的励磁系统，而不再采用分离元件，其运行更灵活，维护更方便
10、微机自并励励磁系统
11、回顾与展望
励磁系统的任务
使并列运行的各台同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。
在正常运行条件下，供给发电机励磁电流，并根据发电机所带负荷 的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上。
1
增加并入电网运行的发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性 及输电线路的有功功率传输能力。
灭磁方式（二）
灭弧栅灭磁特点：接近理想灭磁。缺点是转子电流较小时不能很快断弧
灭弧栅灭磁：灭弧栅中的电弧电阻实质上也是一种非线性电阻，当燃弧时，其两端电压与电流大小无关，基本维持一定值不变。当熄弧时，其阻值为无穷大，反电动势Us愈大，则转子过电压愈高，灭磁过程也愈快。为防止灭弧栅中的电弧在其电流下降到零前同时熄灭而引起过电压，故在每一栅片上并联一段电阻。
2、交流励磁机励磁方式。其中按功率整流器是静止的还是旋转的又可分为 交流励磁机静止整流器励磁方式（有刷）和交流励磁机旋转整流器励磁方式 （无刷）两种。多用于容量在100MW及以上的汽轮发电机组。
3、静止励磁方式。其中最具代表性的是自并励励磁方式。也多用于容量在 100MW及以上的汽轮发电机组
对系统暂态功角稳定的影响
《发电机励磁系统》课件
# 发电机励磁系统
简介
发电机励磁系统或缺的部分。
励磁系统的作用是提供足够的励磁电流，以产生和维持发电机的磁场，从而 实现电能的转换和传输。
励磁系统的主要组成部分包括励磁电源、励磁机械装置和励磁调节装置。
直流励磁系统
故障的原因可能包括电路短路、设备老化和操作失误等，处理方法包括修复、 更换和调试。 励磁系统巡检是预防故障的重要手段，包括检查电路连接、设备状态和系统 参数等。
总结
励磁系统在电力发电中扮演着重要的角色，保证发电机系统的正常运行。 励磁系统的发展趋势是向数字化、智能化和可靠性更高的方向发展。 未来的发展方向包括新型励磁技术的应用、能源转型的需求和电力系统的智 能化升级。
励磁系统控制
发电机励磁系统的控制对于保证电力系统的稳定运行至关重要。 励磁系统控制回路的基本原理是通过不同的反馈信号来调节励磁电流的大小 和方向。 励磁系统控制回路的实现方式包括模拟控制和数字控制。
励磁系统故障及处理
励磁系统故障可能导致发电机失去励磁，影响电力系统的安全稳定运行。 常见的励磁系统故障包括励磁电源故障、励磁线圈故障和励磁调节装置故障。
直流励磁系统通过直接给发电机施加直流电压来激励发电机磁场。 其工作原理是通过电刷和滑环装置将励磁电流输送到发电机的励磁线圈中。 直流励磁系统的优点是响应速度快、调节性能好，但存在能耗较高和电刷磨损的缺点。 主要组成部分包括励磁电源、发电机励磁线圈、电刷和滑环装置。
交流励磁系统
交流励磁系统通过交流电源产生交流电压来激励发电机磁场。 其工作原理是通过交流电源和励磁变压器将励磁电压传输到发电机的励磁线 圈中。 交流励磁系统的优点是能耗低、结构简单，但调节性能相对较差。 主要组成部分包括交流电源、励磁变压器、发电机励磁线圈和整流装置。