物理发电机励磁系统基础理论
发电机励磁系统原理
发电机励磁系统原理发电机励磁系统是指为了使发电机在运行中能够产生稳定的电压和电流，采取的一系列控制和调整励磁电流的措施。
励磁系统的原理是通过调节励磁电流来改变磁场强度，进而控制发电机的输出电压和频率。
一、电磁感应原理根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动或磁场变化时，会在导体中产生感应电动势。
由此，发电机中的转子在转动时，通过导线产生的感应电动势可以用来驱动电流，从而实现电能的转换。
二、励磁机构发电机励磁系统的核心是励磁机构，它由励磁电源和励磁回路组成。
励磁电源提供直流电源，用于激励发电机的磁场。
而励磁回路则通过一组电阻、电感和励磁开关等元件，将励磁电流导入到发电机的励磁线圈中。
三、调整励磁电流励磁电流的大小决定了发电机的磁场强度，从而影响了输出电压和频率。
一般情况下，发电机励磁系统会根据负荷的需求，通过调节励磁电流的大小来实现稳定的电压输出。
4、励磁系统的调整机制发电机励磁系统通常采用自动调压和手动调压两种方式来保持输出电压的稳定。
在自动调压模式下，根据电压传感器的反馈信号，控制励磁电流的大小。
一旦输出电压下降，励磁系统会自动增加励磁电流，以提高输出电压。
手动调压模式下，操作人员可以根据需要手动调整励磁电流，以实现电压的稳定输出。
五、励磁系统的稳定性好的励磁系统应具有良好的稳定性，能够在负荷变化时迅速调整励磁电流，并且使输出电压变化最小。
稳定性的提高可以通过增加励磁回路中的电感和电容元件，以及制定合理的励磁调节策略来实现。
六、励磁系统的应用发电机励磁系统广泛应用于各种发电场景中，包括电力站、风力发电、水力发电、汽车发电机等。
它不仅能够保证电力供应的稳定性和可靠性，还能够提高发电效率和节能减排。
总结：发电机励磁系统是使发电机能够稳定输出电压和频率的重要控制系统。
通过调节励磁电流来改变发电机的磁场强度，励磁系统能够实现电能的转换和稳定输出。
良好的励磁系统应具有稳定性和高效性，能够适应负荷变化并实现可靠的电力供应。
励磁系统基本原理
尹志丰 2016.06.21
一、励磁系统的基本作用
励磁的基本概念
什么是励磁？ 导体切割磁力线感生电动势e 励磁就是提供一个磁场B
E=4.44fNΦ
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
励磁的基本任务
Governor调速
Active Power（P） Frequency（f）
Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug）
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
不能突变的。储存能量为：
W
1 2
L
f
If2
灭磁系统由灭磁开关、灭磁电阻及灭磁回路 开通控制单元组成。灭磁，就是把转子中储存的 能量转移到灭磁电阻中，来消耗掉。
灭磁系统的构成原理图
灭磁系统的基本工作原理
发电机正常运行中，励磁电压比较小，控制单元不能 触发可控硅开通，灭磁电阻回路中没有电流通过 。
• 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。
发电机励磁基础知识
发电机励磁基础知识讲座第一讲 发电机和三相交流电路一、同步发电机的基本原理：1．电磁感应定律：导线在磁场中运动切割磁力线，在导线两端产生感应电势。
线圈在磁场里运动，如通过线圈截面的磁力线（或磁通）发生变化，在线圈也会感应电势，其感应电势：dtd Ne φ= 式中：e ----线圈两端的感应电势；N ----线圈的匝数；φ---- 通过线圈的磁通。
从式中看到感应电势的大小与线圈的匝数成正比；与磁通的变化率成正比（也就是发电机的旋转速度成正比）2．一个矩形线圈在单（对）极磁场转动的感应电势：下图为一个矩形线圈在单极磁场转动时，在不同位置产生的电势，从图中看到：在当线圈转动到1和5位置时，线圈面的垂直方向与磁力线方向平行，因导线没有切割磁力线，线圈输出电压为零；当线圈逆时针转动到3和7位置时，线圈面的垂直方向与磁力线方向垂直，导线垂直切割磁力线，线圈输出电压达到最大值，输出电压的瞬时值按正弦规律：αsin Em e =式中：e ----线圈处在某一位置感应电势的瞬时值Em ----感应电势的最大值α----线圈面的垂直方向与磁力线方向的夹角α角称为电角度，它直接影响感应电压的大小和方向，如果我们把线圈从1位置逆时针旋转到5位置，这时段输出电压定义为正的话，线圈从5位置逆时针旋转到1位置这时段输出电压就为负了。
上面我们讨论是单极（一对磁极），线圈在磁场中旋转一圈360°为一周期，如果是二对磁极，线圈在磁场中旋转一圈360°就完成了二个周期了；换句话来说：如果线圈在单对极磁场里以每秒钟50圈的速度旋转，在线圈感应的电压交变频率50HZ，那么同样的线圈在二对极的磁场里旋转，如果还是需要输出交变频率50HZ 的话，线圈以每秒钟25圈的速度旋转就可以了。
pf n 60= n ---- 线圈每分钟旋转的圈数p ---- 磁极对数f ---- 电势输出频率这里可以看到：频率一定的前提下，在不同制造角度需要，如果允许有比较高的转速，磁极的对数可以造得很少（如汽轮发电机）；反之如发电机的转速提不高，磁极的对数就要比较多（如水轮发电机）发电机的体积也比较大。
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）。
发电机励磁系统原理
维持发电机端电压恒定
01
通过自动调节励磁电流，使发电机在负载变化时保持端电压稳
定。
实现并列运行发电机间的无功功率分配
02
根据各发电机的无功功率需求，合理分配励磁电流，实现无功
功率的均衡分配。
提高电力系统的稳定性
03
通过快速、准确的励磁调节，提高电力系统的静态稳定性和暂
态稳定性。
控制策略选择与优化方法
维护保养
为每台发电机励磁系统建立档案 ，记录其运行和维护情况，为故 障分析和预防性维护提供依据。
05
励磁系统性能评估与测试 方法
性能评估指标体系构建
稳定性指标
衡量励磁系统在扰动下的稳定性，包括静态稳定 性和动态稳定性。
响应性指标
评价励磁系统对发电机运行状态变化的响应速度 和准确性。
经济性指标
考虑励磁系统运行过程中的能耗、维护成本等经 济因素。
面临的挑战和解决方案探讨
挑战
数字化励磁技术的发展面临着电磁干扰、硬件可靠性、软件安全性等方面的挑战。
解决方案
通过优化电磁兼容设计、提高硬件制造工艺、加强软件安全防护等措施，解决数字化励磁技术发展中的难题。
未来发展趋势预测
高效化
随着电力电子技术的发展，未来励磁系统将更加高效，能 够降低能耗，提高发电效率。
过励限制
通过调整励磁电流的大小，限制发电机的过励程度，防止因过励而损坏发电机 。具体实现方式包括设置过励保护定值、采用自动励磁调节器等。
欠励限制
当发电机励磁电流不足时，采取相应措施增加励磁电流，以保证发电机的正常 运行。具体实现方式包括设置欠励保护定值、采用备用励磁系统等。
故障诊断技术原理及应用案例
组成部分
发电机励磁系统工作原理
发电机励磁系统工作原理
发电机励磁系统的工作原理如下：
1. 励磁电源：发电机励磁系统通常由励磁电源提供直流电能。
励磁电源可以是直流电源、电池或者其他的电源装置。
2. 励磁线圈：发电机中有一个称为励磁线圈的线圈，它通常由铜导线绕成，固定在发电机的定子上。
励磁线圈连接到励磁电源。
3. 励磁电流：当励磁电源接通时，电流将开始流经励磁线圈。
这会在发电机中产生一个磁场。
4. 磁场：励磁线圈产生的磁场通过铁芯传导到转子和定子之间的空间。
转子是发电机中旋转的部分，定子是固定的部分。
5. 感应电压：当发电机的转子旋转时，磁场也随之旋转。
由于电磁感应的原理，转子中的导线将产生感应电压。
这个感应电压会驱动绕在定子上的线圈产生电流。
6. 电流输出：通过定子上的线圈产生的电流输出到外部负载上，为外部负载提供电能供应。
总结起来，发电机励磁系统的工作原理就是通过励磁电源提供直流电能，产生磁场，使得转子中的线圈通过电磁感应产生电流，从而输出电能供应外部负载。
发电机励磁系统讲稿课件
学习感悟与建议
学习感悟
通过本课程的学习，我深刻认识到发电机励磁系统在电力系统中的核心地位。 同时，我也了解到发电机励磁系统的复杂性与挑战性，意识到要成为一名优秀 的电力工程师，需要不断学习与积累。
建议
希望学校在今后的课程中，能进一步增加实践性的内容，如实验、仿真等，让 我们有机会亲身体验发电机励磁系统的实际运行过程，加深对理论知识的理解 。
频率调整
02
阐述如何通过励磁系统与其他控制系统的配合，实现发电机运
行频率的稳定。
励磁电流监控
03
介绍对励磁电流进行实时监控的必要性，以及如何通过励磁调
节器实现对励磁电流的稳定控制。
励磁系统故障识别与处理
常见故障类型
列举励磁系统可能出现的常见故障，如励磁电源故障、励磁调节器 故障等。
故障识别方法
介绍如何通过监控系统的报警信息、励磁电流的异常变化等手段， 及时发现励磁系统的故障。
静止励磁系统：采用静 态电子设备作为励磁电 源，具有响应速度快、 调节精度高、可靠性好 等优点，被广泛应用于 现代大型发电机中。
03
励磁系统的组成与设 备
励磁电源
详细描述
根据不同的应用需 求，励磁电源可采 用直流电源或交流 电源。
总结词：提供励磁 电流的电源设备。
励磁电源是励磁系 统的核心部分，负 责向发电机提供励 磁电流。
停运操作
介绍在发电机停运时，励 磁系统需要进行的操作步 骤，如励磁电源的切断、 励磁电流的逐渐减小等。
安全注意事项
强调在励磁系统启动与停 运过程中需要注意的安全 事项，如防止电击、避免 电流突变等。
励磁系统的正常运行调整
电压调整
01
解释如何通过励磁系统调整发电机的输出电压，以满足电网或
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。
1
2
3
4
5
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
对励磁系统的基本要求
❖ 对励磁调节器的要求 1、对励磁调节器的要求： 1.1、电压静差率，半导体＜1%。（规程） 1.2、电压调差率，±10%。 1.3、连续调节，没有失灵区。 1.4、能迅速反应系统故障，具备强励等功能。 1.5、具有较小的时间常数。 1.6、长期可靠工作。
对励磁系统的基本要求
发电机励磁系统的任务
三、提高发电机并联运行的稳定性 ❖ 静态稳定:电力系统在正常运行状态下,经受微小
扰动后恢复到原来运行状态的能力.
❖ 暂态稳定:电力系统在某一正常方式下突然遭受大 扰动后能否过渡到一个新的稳定运行状态\或者恢 复到原来运行状态的能力.
❖ 动态稳定:电力系统受到小的或大的扰动后,计及 自动调节和控制装置作用的长过程的运行稳定稳 定称为动态稳定.
发电机励磁系统的任务
❖ 如果在摆动过程中故障切除，则跳到曲线III上运 行，此时输送的极限功率小于曲线I。
❖ 如果励磁系统装设自动调节器，则在故障II短路时 增加励磁，这时不但减少了加速面积，而且还增 大了减速面积。
❖ 当往回摆动时，调节曲线，减少减速面积，减少 回程振幅。
发电机励磁系统的任务
三、提高并联运行的稳定性 2、对暂态稳定的影响 ❖ 在一定的条件下,励磁自动控制系统如果能按照要求
❖ 整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功 率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。
概述
图1.1 励磁系统结构框图
发电机励磁系统的任务
电
无
提
强
强
压
功
高
行
行
控
分
稳
励
减
制
配
定
磁
磁
发电机励磁系统的任务
❖电压控制
GEW
.
IEF
.
UEF
..
UG
G IG
等值电路
.
xd IG
.
.
Eq
UG
φ
. δG
IP
..
2、对励磁功率单元的要求 2.1、足够的容量，N-1冗余配置。 2.2、具有足够的励磁顶值电压和电压上升速
度。 强励倍数，励磁电压响应比。 高起始响应励磁系统（励磁电压响应时
发电机励磁系统的任务
发电机励磁系统的任务
没有励磁调节器的情况下（Eq保持不变）暂态 过程：
❖线路II发生短路（电压降低，输送功率减小） ❖线路II故障切除（输送功率增加，但仍小于正
常情况） ❖线路I单独供电
发电机励磁系统的任务
三、提高并联运行的稳定性
2、励磁对暂态稳定的影响
图 发电机的暂态稳定等面积法则
Pm Eq，而Eq值与励磁有关。
PG
UGU X'
sin '
此时，可能 大于90度，
但 '仍小于90度
它使发电机能在大于90度范围的人工稳 定区运行，即可提高发电机输送功率极 限或提高系统的稳定储备。另外，当系 统联系较弱时，PSS可以抑制低频振荡。
发电机励磁系统的任务
三、提高并联运行的稳定性
2、励磁对暂态稳定的影响
IQ IG
.
Eq
φ
.
..
UG j IQ xd
相量图
Eq UG jIG Xd
发电机励磁系统的任务
一、电压控制
Eq cos G U G I Q X d
Eq UG IQ X d
同步发电机的励磁自动控制系统就是通过不断地调节 励磁电流来维持机端电压为给定水平的（IEF对应 Eq）。
同步发电机的外特性（图）
❖《电力系统自动化》 李先彬 主编 中国电力出版社
与励磁系统相关的专业知识
❖《电力系统分析》 ❖《电机学》 ❖《自动控制原理》
第一章 发电机励磁 系统的任务
概述
❖ 同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励 磁调节器两部分组成。
❖ 励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流， 即励磁电流。
❖ 励磁调节器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。
本课程主要内容
❖第一章：发电机励磁系统的任务 ❖第二章：同步发电机励磁系统类型 ❖第三章：励磁系统中转子磁场的建立和灭
磁 ❖第四章：励磁控制系统的调节特性和并联
机组间的无 功分配 ❖第五章：励磁调节装置原理 ❖第六章：励磁自动控制系统的动态特性
参考教材
❖《电力系统自动装置原理》 杨冠城 主编 中国电力出版社
发电机励磁系统的任务
图1.2 同步发电机的外特性
发电机励磁系统的任务
❖同步发电机的外特性是下降的。 当励磁电流IEF一定时，发电机端 电压UG随着无功负荷增大而下降。
❖同步发电机的励磁控制系统就是 通过不断地调节励磁电流来维持机 端电压为给定水平。
发电机励磁系统的任务
二、控制无功功率的分配
设单机无穷大系统：
3
提高继电保护工作的准确性
发电机励磁系统的任务
水轮发电机强行减磁
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。
进行某种适当的控制，同样可以改善电力系统的暂态 稳定性。 ❖ 要求励磁系统首先必须具备快速响应的条件:
一方面缩小励磁系统的时间常数, 另一方面要尽可能提高强行励磁的倍数（同样的时 间，曲线更陡）.
发电机励磁系统的任务
四、强行励磁以改善电力系统运行条件
1
改善异步电动机的自启动
2
为异步发电机运行创造条件
.
UG = 常数
G.
IG
改变功角 改变无功
发电机励磁系统的任务
二、控制无功功率的分配
由于发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁 电流的大小无关。
发电机励磁系统的任务
二、控制无功功率的分配 ❖ 在实际运行中，与发电机并联运行的母线并不是
无限大母线，母线电压将随着负荷波动而改变。 电厂输出无功电流与它的母线电压水平有关，改 变其中一台发电机的励磁电流不但影响发电机电 压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组 的无功功率。因此同步发电机的励磁自动控制系 统还担负着并联运行机组间无功功率合理分配的 任务。 ❖ 讨论：励磁系统是否完全不影响有功调节？
发电机励磁系统的任务
三、提高并联运行的稳定性
1、励磁对静态稳定的影响
发电机的输出功率为
PGLeabharlann EqU Xsin
发电机励磁系统的任务
三、提高并联运行的稳定性
c
a
b
图 同步发电机的功角特性
最大可能传输的功率极限为
Pm
EqU X
发电机励磁系统的任务
三、提高并联运行的稳定性
内功角特性：无自动励磁调节器，Eq为常数。 外功角特性：有自动励磁调节器，恒Ug，Eq变化。