同步发电机励磁控制系统

ea ec

dt

3

2.34E 1
cos
2

1.35El
1
cos
2

uL
=60°
ug1
t0 t2
VS5
VS1
V6
V2
ug3
ug5
VS3
VS5
t
V4
V6
电路受触发的晶闸管和最低电压相
的二极管导通。
各元件持续导通时间仍为120，输
t
出电压仍以2/3为周期。
1）要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。 2）具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度
励磁顶值电压：是励磁功率单元在强行励磁时可能提供的最高 输出电压值。
强励倍数：励磁顶值电压与额定励磁电压之比称为强励倍数。 或励磁顶值电流与额定励磁电流之比。一般取1.6~2
励磁电压上升速度是衡量励磁功率单元动态行为的一项指标
1） 脉冲控制角=0
e
ea
eb
ec
1
3
5
3
2
4
6
t
ug
ug1
ug3
ug5
t0 t1 t2
t
ab ac bc ba ca cb ab ac bc
u 16 12 32 34 54 56 16 12 32
1
1
3
3
5
5
1
1
Hale Waihona Puke 3622
4
4
6
6
2
2
t
2）脉冲控制角=30° VS1 VS3 VS5
e
ea
IEE
IR DE =
IE
G
IAVR
R
励磁调节器
发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机 磁场电阻R可改变励磁机励磁电流
2 他励直流励磁机励磁系统
IR
PE =
= IAVR IEE DE
IE
G
励磁调节器
他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，比自励多用 了一台副励磁机
三 交流励磁机励磁系统（100MW以上）
ea VS1
VS3
VS5
eb ec
V4
V6
V2
1 工作原理
V
Rf
如图所示，整流二极管V2、V4、V6共阳极连接，晶闸管VS1、 VS3、VS5共阴极连接，V为续流二极管。在电路中仅在桥的一 侧用可控的晶闸管，故称为半控整流桥。 三个晶闸管的导通顺序与三相电源相序的顺序相同为VS1、VS3、 VS5。因为是三相电源，所以触发脉冲间相位也依次相差120。
3 自励交流励磁机静止可控硅整流器励磁系统
AE
VS

G
滑环
TR
TV
电压起 励元件
自动恒 压元件
AVR
起励电源
发电机G的励磁电流由交流励磁机AE经晶闸管整流装置VS供给。 交流励磁机的励磁一般采用晶闸管自励恒压方式。励磁调节 器AVR直接控制晶闸管整流装置。
4 自励交流励磁机静止硅整流器励磁系统
AE
承受反压而关断；在t=210-330之间是V4 导通；在t=330-
450 之间是V6 导通。
e
ea
eb
ec
1
3
5
1
t
2
4
u
6
2
t
ab ac bc ba ca cb ab ac bc
16 12 32 34 54 56 16 12 32
2 输出电压
负载电压时线电压波形的包络线，以2π/6为其脉动周期， 输出空载电压平均值
电力系统受到小的或大的干扰后，计及自动调节和控制装置作 用的长过程的运行稳定问题称为动态稳定。
1 ） 励磁对静态稳定的影响
GG
升压变压器

Eq
输电线
Xd

UG
XT
降压变压器
系统

U

U
PG

EqU X
sin
P
PG

UGU X
sin
P

内功率特性

外功率特性
2） 励磁对暂态稳定的影响
交流励磁机励磁系统根据励磁机电源整流方式及整流器状态的 不同可分为以下几种。
1）他励交流励磁机励磁系统 他励交流励磁机静止整流器励磁 系统
他励交流励磁机旋转整流器励磁 系统(无刷励磁)
2）自励交流励磁机励磁系统 自励交流励磁机静止可控整流器 励磁系统
自励交流励磁机静止整流器励磁 系统
PGmax*
0.75
Te=0.1S
0.70
0.65
Te=0.8S
0.50
0.35
K
01234
4 改善电力系统的运行条件
U(%)
1）改善异步电动机的自起动条件
120 100
2）为发电机异步运行创造条件
80 60
3）提高继电保护装置工作的正确性 40
20
0
t(s)
0 10 20 30
5 水轮发电机组要求实行强行励磁
2 控制无功功率的分配
IG
G
UG =Constant Eq


IP
UG
IQ
IG
PG UGIG cos constant
PG

EqU G Xd
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。
IG cos constant Eq sin constant
P
c
a
d
PG0
F
31
2
b

要使励磁系统在短暂过程中完成符合要求的控制必须要求励 磁系统具备快速响应的条件。为此，一方面缩小励磁系统的 时间常数，另一方面尽可能提高强行励磁的倍数。
PGmax*
0.75
0.70
K=4
0.65
K=2
K=1
0.50
K=1
0.35
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Te(s)
U 6
2

2
ea

eb
dt
6
6
2
2 6
2
Ea
sin t

Ea
sint


2
3

dt

62
2
Ea
c ost

c os t


2
3



2
6
2.34Ea
1.35Eab
二）三相桥式半控整流电路
2 他励交流励磁机旋转整流器励磁系统(无刷励磁)
永磁副励磁机
旋转元件
交流发电机
N


G
S
AE
晶闸管整流器
励磁调节器
它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而交流励磁机正 好相反。交流励磁机电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一根轴上旋转， 所以它们之间不需要任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。
要求励磁调节器没有失灵区； 4）励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控
制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件； 5）具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。 6）要求能长期可靠地工作。
2 对励磁功率单元的要求
励磁功率单元: 受励磁调节器控制，并向同步发电机转子提 供励磁电流。 其基本要求
励磁电压响应比：通常将励磁电压在最初0.5S内上升的平均速 度定义为励磁电压响应比。它粗略反映励磁系统的动态指标
第二节 同步发电机励磁系统
同步发电机的励磁电源实质上是一个可控的直流电源，为满足正 常运行要求，发电机励磁电源必须具备足够的调节容量，且有一 定的强励倍数和励磁电压响应速度 一 励磁系统的历史
直流励磁机励磁系统 换流困难
交流励磁机励磁系统(交流发电机和半导体整流元件组成） 为缩短主轴长度，降低造价，减少环节。
静止励磁系统 (发电机自并励系统)
二 直流励磁机励磁系统（100MW以下） 按励磁机的励磁绕 自励直流励磁机励磁系统 组供电方式的不同 他励直流励磁机励磁系统
1 自励直流励磁机励磁系统
当水轮发电机组发生故障突然跳闸时，由于它的调速系统具 有较大的惯性，不能迅速关闭导水叶，因而会使转速急剧上 升。如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则发电机 电压有可能升高到危及定子绝缘的程度，所以，在这种情况 下，要求励磁自动控制系统能实现强行减磁。
三 对励磁系统的基本要求
1 对励磁调节器的要求
V

G
滑环
VS
电压起 励元件
励磁调节器
起励电源
发电机G的励磁电流由交流励磁机AE经硅整流装置V供给，半导体 型励磁调节器控制晶闸管整流装置VS，以达到调节发电机励磁的 目的。增加了交流励磁机自励回路环节
四 静止励磁系统 (发电机自并励系统)
VS
G
滑环
电压起 励元件
励磁调节器
起励电源
静止励磁系统(发电机自并励系统)中发电机的励磁电源不用励 磁机，而由机端励磁变压器供给整流装置。
2 输出电压与控制角关系
结论：
1） 2 时，输出波形连续，周期为2π/3
6
2）
2
6

时，输出波形不连续，周期为2π/3
三相半控整流电路输出电压与控制角α的关系式为：
Ud

2.34 E1 cos

1
cos