同步发电机励磁系统
第二章同步发电机励磁自动控制系统
接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大，
通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制 系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量 的要求。
（二）控制无功功率的分配
(1)发电机无功功 率的控制原理
以同步发电机接于无穷大电力系统为例说 明发电机无功功率的控制原理。
IG
G
UG =Constant Eq
IP
UG
IQ
IG
PG UG IG cos constant
PG
EqU G Xd
sin
constant
IG cos constant Eq 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。
调节与无限大母线并联运行的机组的励磁 电流可以改变发电机无功功率的数值。
ILL
IEE EX =
IEF
G
IAVR
R ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱE
励磁调节器
励磁机EX和发电机G同轴，靠剩 由于励磁机向它自己提供
磁建立电压。
励磁电流，故称为自励。
励磁机发出的电流，一部分(IEF) 送给发电机的励磁绕组；一部分 (IEE)经过磁场变阻器R送给励磁 机的励磁绕组。
自励：
R → IEE → UEF 励磁机→发电机
它的励磁电流控制由两种途径实现：
一是通过人工调节励磁机磁场电阻来改变励磁机的励磁电流 IEE，从而达到人工调整发电机励磁电流的目的，实现对发电 机励磁电流的手动调节。
二是通过自动励磁调节器对励磁机的励磁电流IAVR自动调节， 从而实现对发电机励磁电流的自动调节。
2 他励直流励磁机励磁系统
同步发电机励磁控制系统
预测控制是一种基于模型的控制方法，能够根据系统的历史数据和当前状态预测 未来的行为，实现更精确的控制。
环保与节能要求对励磁控制系统的影响
能效要求
随着能源危机和环保意识的提高，励磁控制系统需要更加注重能效，采用更高效的电机 和节能控制策略，降低能源消耗和排放。
排放要求
励磁控制系统需要符合更严格的排放标准，采用环保型的电机和控制策略，减少对环境 的污染。
转子过电流保护装置
作用
转子过电流保护装置用于监测同 步发电机转子电流，当出现异常 过电流时，及时切断励磁电流， 防止转子烧毁。
工作原理
转子过电流保护装置通过电流传 感器实时监测转子电流，当检测 到过电流时，触发保护动作，快 速切断励磁电流。
组成
转子过电流保护装置由电流传感 器、比较电路和开关器件等部分 组成，各部分协同工作实现转子 过电流保护功能。
根据励磁调节器的控制指令，输出励 磁电流给发电机励磁绕组。
励磁控制系统的功能
电压控制
通过调节励磁电流，维 持发电机端电压在给定
水平。
无功功率调节
根据系统无功需求，调 节励磁电流以改变发电
机无功功率的输出。
增磁与减磁
通过增加或减少励磁电 流来改变发电机的输出
电压。
保护功能
在异常情况下，自动采 取措施保护发电机和励
THANKS
谢谢
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磁系统。
02
CHAPTER
励磁控制系统的主要设备
励磁调节器
作用
励磁调节器是励磁控制系统的核 心，用于调节同步发电机的励磁 电流，以控制机组的无功输出和
电压水平。
工作原理
励磁调节器通过采集发电机电压、 电流等信号，经过运算处理后，输 出控制信号给功率整流器，以调节 励磁电流。
同步发电机与励磁系统
Q
Q
ABB：compensation 陡
Ug
短路电抗
+
陡
ABB：droop
Q
Q
Ug Ug
0 + Q Q
负调差 正调差
Ug
0调差 稍陡
Q
内阻很小的蓄电池并联，电压不同，后果严重
4.2、励磁调节器调差原理
2、为了利用等效电路反应 电势、电压、电流的欧姆关 系，引入电枢电抗 Xa=Xad=Xaq（气隙均衡）和 漏电抗Xs，最后用隐极发电 机同步电抗Xd=Xa+Xs代替， 建立Ė0=Ù +jİXd公式，反映 三相对称定子电流建立的电 枢磁场对定子相电势的综合 影响。
Ù =Ė0-jİXd Ėq=Ù +jİXd
1.6、同步发电机功角特性
同步发电机功角特性Pe=f（δ） 发电机功角的电气概念 U和E的角度 发电机功角的空间概念 气隙合成磁场的等效磁极轴线 与转子磁极轴线的角度
运行功率 P
运行功角 δ
1、发电机的功角是发电机电压和内电势之 间的角度，电抗是Xd和Xq； 2、如果电压取母线电压，则电抗增加主变 电抗，如果取远方母线电压，则再增加线 路电抗； 3、静稳极限Pem、稳定裕度Pem-P
控制与手控机组间无功进行转移, 无法调整母线电压的不正常现象, 极端情
况下可能造成母线电压的波动现象。 系统事故时的处理：参与AVC 控制机组采用无功闭环控制, 一般以机组无 功分配的方式实现, 形成恒无功控制方式。当系统出现事故时, 恒无功方式 并不能抑制电压波动, 甚至加剧电压波动。 鉴于AVC 运行可能出现的问题，调度明确规定： AVC控制机组达到一定数量后，经过试验才能投入；
4、发电机负载特曲线cosφ=0.9曲线：当发电机定子电流保持额定不变和 cosφ保持0.9不变的情况下，UG=f（If）曲线。 额定定子电压对应的励磁电 流就是额定励磁电流；
同步发电机的励磁系统基础知识讲解
目前无刷励磁系统主要存在的问题是： 1、不能监视转子电流和电压； 2、不能监视转子绝缘； 3、不能监视可控硅和二极管的运行情况； 4、维修困难较大。
三、无励磁机的发电机自励系统
目的在于解决励磁机本身可靠性不高问题。
1、自并励系统
优点： 1）、简单、运行可
靠性高； 2）、基建投资少，
便于检修维护； 3）、励磁电压响应速
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 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：
Ue
E0
Ue E0 I EE.1
I EE
E0
kIEE
E0 —— 剩磁电势； Ue —— 励磁机工作电压。
同步发电机的励磁系统基础知识讲解
励磁电流（同步发电机的转子电流） 是电力系统中唯一的电压资源。
电力系统电压的运行质量依赖于无功 功率的分区、分级就地平衡。
一、直流励磁机系统（转子回路的直流发电机，适用于100MW及以 下汽轮发电机）
1、分为自励和他励两类 2、自励直流励磁机系统
GE —— 直流励磁机；EEL —— 励磁机的励磁绕组； rL ——发电机转子绕组。
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。
起励电源在出现全厂性停电事故的情况下，将无法起励，所以一般不从 机组母线上获取。采用永磁式付励磁机就无此弊病了。
2、自励的交流励磁机系统 1）、自励的交流励磁机系统之一
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析1. 引言1.1 引言同步发电机励磁系统是电力系统中重要的组成部分，它的作用是保证发电机在运行过程中能够稳定地输出电能。
励磁系统通过控制励磁电流，调节磁场的大小，从而控制发电机的输出电压和电流。
在电力系统中，励磁系统的性能和稳定性直接影响着发电机的运行质量和电力系统的稳定性。
励磁系统的工作原理主要包括励磁电源、励磁系统控制器和励磁变压器三个部分。
励磁电源提供励磁电流，励磁系统控制器监测发电机输出电压和电流，根据设定值控制励磁电流，励磁变压器将励磁电流通过励磁绕组传递到发电机转子上，从而产生磁场。
常见的励磁系统故障包括励磁电源故障、励磁系统控制器故障、励磁变压器故障等。
对于这些故障，需要及时进行诊断和处理，以避免对发电机和电力系统的影响。
励磁系统的维护与管理也是非常重要的，定期检查励磁系统的各个部分，及时发现并解决潜在问题，可以有效地提高励磁系统的可靠性和稳定性。
在日常运行中，要注意励磁系统的参数监测和记录，及时分析励磁系统的工作状态，以确保发电机的正常运行。
结合以上内容，本文将对同步发电机励磁系统及常见故障进行深入分析和讨论。
2. 正文2.1 同步发电机励磁系统介绍同步发电机励磁系统是发电机组关键的部件之一，其主要作用是提供足够的励磁电流，使发电机产生足够的电磁力，保证发电机在额定运行状态下的稳定性和可靠性。
励磁系统的设计和工作原理直接影响到整个发电系统的运行效率和稳定性。
同步发电机励磁系统通常由恒压励磁系统和恒功率因数励磁系统组成。
恒压励磁系统主要通过稳定的励磁电流来维持发电机的电压稳定；恒功率因数励磁系统则根据负载的变化来调节励磁电流，以保持发电机的功率因数在设定值范围内。
在实际运行中，同步发电机励磁系统可能会出现各种故障，如励磁电流异常、励磁电压不稳、励磁系统接地故障等。
这些故障如果得不到及时处理，可能导致发电机的失效甚至损坏。
对励磁系统的常见故障进行分析，并制定相应的故障处理方法至关重要。
第二章 同步发电机励磁控制系统
①励磁对静态稳定的影响
PG
E qU X
sin
X
—系统总电抗，一般为发电机、变压器、输电线路电抗之和；
—发电机空载电动势 E q 和受端电压 U 间的相角，或叫功角。
Pm
E qU X
解决方案1：无自动励磁调节时，IEF 恒定， q为常数，此时的功角特性称 E 为“内功角特性”，功率极限出现在 δ=90°的条件下。 解决方案2：按电压偏差进行比例 调节的励磁控制系统，则近似为按 E q' 为常数求得的功角特性曲线 C如图1.2-8所示，δ’’> 90°。（外功角特性曲线1） 解决方案3：有灵敏和快速的励磁调节器，可视为能保持UG恒定。
§2.4 励磁调节器原理
一、励磁调节器的功能和基本框图
励磁调节器是一个闭环比例调节器。 输入量：发电机电压UG 输出量：励磁机的励磁电流或是转子电流，通称为IAVR 功能：一是保持发电机的端电压不变；其次是保持并联机组间无功 电流的合理分配。
二、励磁调节器原理
构成励磁调节器的形式很多，但自动控制系统的核心部分却 很相似。基本的控制由测量比较、综合放大、移相触发单元组成 。 1、测量比较单元 作用：测量发电机电压并变换为直流电压，与给定的基准电压相 比较，得出电压的偏差信号。 ①电压测量 电压测量是将机 端三相合成电压降压 、整流、滤波后转换 成一正比于发电机电 压UG的直流电压Use。
3、移相触发单元 移相触发单元是励磁调节器的输出单元，它根据综合放大单 元送来的综合控制信USM的变化，产生触发脉冲，用以触发功率整 流单元的晶闸管，从而改变可控整流柜的输出，达到调节发电机 励磁的目的。
余弦波移相触发单元（具体电路从略）的输入电压USM与控制 角α具有下述关系：
同步发电机励磁系统分类
同步发电机励磁系统分类
同步发电机励磁系统根据其工作原理和结构特点可分为以下几种类型:
1. 静止励磁系统
- 直流励磁系统
- 交流励磁系统
2. 旋转励磁系统
- 直流励磁系统
- 交流励磁系统
3. 无刷励磁系统
- 静止无刷励磁系统
- 旋转无刷励磁系统
静止励磁系统是最传统的励磁方式,其中直流励磁系统使用直流电机或硅整流器作为励磁电源,而交流励磁系统则使用变压器或旋转变流器作为励磁电源。
旋转励磁系统将励磁绕组安装在同步发电机的转子上,与主绕组一同旋转。
直流旋转励磁系统通常使用小型直流发电机作为励磁电源,而交流旋转励磁系统则采用旋转整流器。
无刷励磁系统是近年来发展起来的一种新型励磁方式,它利用功率半
导体器件代替传统的滑环和电刷,可以避免滑环和电刷带来的维护问题。
静止无刷励磁系统将半导体整流器安装在定子上,而旋转无刷励磁系统则将其安装在转子上。
不同的励磁系统各有优缺点,在实际应用中需要根据发电机的型号、容量和运行条件等因素来选择合适的励磁方式。
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析同步发电机是电力系统中常用的发电设备之一，其励磁系统是保证发电机正常工作的重要部分。
励磁系统的性能良好与否直接影响着发电机的稳定性和可靠性。
对同步发电机励磁系统及常见故障分析进行深入了解和研究，对于提高发电机的运行效率和延长设备寿命具有重要意义。
一、同步发电机励磁系统同步发电机的励磁系统是通过向发电机的励磁绕组通入直流电流，产生磁场，从而激励旋转机械能转换为电能。
励磁系统通常包括励磁电源、励磁绕组、励磁调节器以及励磁系统的保护装置等部分。
1. 励磁电源：励磁电源通常采用直流发电机、整流设备和电容器等组成。
直流发电机产生励磁所需的直流电，整流设备将交流电转换为直流电，电容器用于滤波和稳压。
2. 励磁绕组：励磁绕组是由励磁电源产生的直流电流通入的部分，产生磁场激励发电机。
励磁绕组通常包括定子绕组、转子绕组和励磁极。
3. 励磁调节器：励磁调节器通过调节励磁电压和电流，控制发电机的励磁电流，从而调节发电机的输出电压和无功功率。
励磁调节器通常采用自动稳定系统（AVR）来实现。
4. 励磁系统保护装置：励磁系统保护装置包括欠励磁、过励磁、励磁断路器、电压继电器、过流继电器、励磁接地保护等，用于保护励磁系统的安全运行。
二、常见故障分析2. 励磁绕组故障：励磁绕组的故障主要包括绕组接触不良、短路、断路等。
这些故障可能导致发电机的励磁电流不稳定，影响发电机的输出电压和频率。
4. 励磁系统保护装置故障：励磁系统保护装置的故障可能导致对励磁系统的保护不足，从而使得励磁系统无法及时发现故障并进行处理。
三、故障处理方法1. 对励磁电源进行定期检查和维护，保证直流发电机、整流设备和电容器的正常运行。
2. 对励磁绕组进行定期检查和绝缘测试，确保绕组连接良好，没有短路和断路现象。
3. 对励磁调节器进行定期校准和检查，确保励磁电压和电流能够按照设定值稳定输出。
4. 对励磁系统保护装置进行定期测试和校准，确保对励磁系统的保护能够及时、准确地发挥作用。
同步发电机励磁系统
同步发电机励磁系统引言同步发电机是一种将机械能转换为电能的设备，它通过励磁系统来生成磁场，使得转子能够与电网同步运行。
励磁系统在同步发电机的运行中起着至关重要的作用，它对发电机的稳定运行和输出电能的质量产生着重要影响。
本文将介绍同步发电机励磁系统的原理、常见的励磁系统类型以及其在电能发电中的作用。
一、同步发电机励磁系统的原理同步发电机的励磁系统的主要作用是在转子上产生磁场，使得转子与电网的磁场同步，从而使得发电机可以向电网输出电能。
励磁系统的原理可以通过法拉第定律来解释，该定律表明磁场的变化会产生感应电动势。
在同步发电机中，励磁系统的磁场可以通过直流电流在转子上产生。
当通过励磁绕组的电流改变时，绕组周围的磁场也会发生变化，从而在转子内感应出电动势。
这个感应电动势会引起一定的电流流动，从而通过励磁绕组将转子磁场与电网磁场同步。
二、常见的励磁系统类型1. 直流励磁系统直流励磁系统是最常见的励磁系统类型之一。
在直流励磁系统中，励磁绕组通常由一组电枢绕组和磁极绕组组成。
电枢绕组通过直流电流产生磁场，并与磁极绕组相互作用，从而产生所需的磁场分布。
直流励磁系统具有调节灵活性好、响应速度快等优点，被广泛应用于各种类型的发电机。
2. 恒功率励磁系统恒功率励磁系统是一种在同步发电机中常用的励磁系统类型。
恒功率励磁系统通过自动调节输出的励磁电流，使得同步发电机在负载变化时能够保持输出功率不变。
该励磁系统利用负载的反馈信号对励磁电流进行调整，从而实现恒功率输出。
恒功率励磁系统在电能供应系统中起到了稳定电能输出的重要作用。
3. 智能励磁系统随着电力系统的发展，智能励磁系统逐渐成为同步发电机励磁系统的研究重点。
智能励磁系统利用现代控制技术和计算机技术，可以实现对励磁电流和磁场的精确控制，从而提高同步发电机的运行效率和稳定性。
智能励磁系统具有较高的灵活性和可扩展性，能够适应不同负载和电网变化的要求。
三、同步发电机励磁系统在电能发电中的作用1. 稳定发电机输出电压和频率同步发电机励磁系统是保证电力系统稳定运行的关键之一。
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析
浅谈同步发电机励磁系统及常见故障分析同步发电机励磁系统是电力发电系统中非常重要的一部分，它对发电机的稳定运行和电网的稳定运行起着至关重要的作用。
励磁系统的运行状态直接关系到发电机的发电能力和负载能力，因此对励磁系统的运行状态进行监测和分析，及时处理常见的故障是非常重要的。
本文将从同步发电机励磁系统的原理、组成和常见故障进行浅谈。
一、同步发电机励磁系统的原理和组成励磁系统是用来给同步发电机的励磁绕组提供直流电源，以产生磁场，使发电机能够稳定地产生交流电。
励磁系统的主要组成部分包括励磁机、励磁变压器、励磁电路和励磁控制系统。
1. 励磁机励磁机是励磁系统中的核心部件，它是将机械能转化为电能的设备。
大部分发电机采用的是交流励磁机，通过旋转子在励磁绕组内感应出交流电，再通过整流装置将交流电转换为直流电，供给发电机的励磁绕组。
2. 励磁变压器励磁变压器是用来将主变压器的电压调整到适合励磁机的工作电压的变压器。
励磁变压器的工作原理和普通变压器一样，通过变换线圈的匝数来改变电压大小。
3. 励磁电路励磁电路是将励磁电源连接到发电机的励磁绕组的电路系统，包括励磁机、励磁变压器、整流装置和励磁绕组。
4. 励磁控制系统励磁控制系统是用来监测和控制励磁系统运行状态的系统，包括励磁机的调速和励磁电源的控制等。
二、常见的同步发电机励磁系统故障及分析励磁系统是发电机组运行的关键组成部分，因此励磁系统的故障将直接影响到发电机的运行状态。
以下是一些常见的励磁系统故障及分析：1. 励磁机故障励磁机常见的故障有励磁机内部的绕组断路、励磁机电枢和磁极之间的短路、励磁机的机械故障等。
这些故障都将导致励磁机不能正常工作，无法提供足够的励磁电流给发电机，从而导致发电机无法产生足够的电能。
2. 励磁电源故障励磁电源故障包括励磁变压器故障、整流装置故障等。
励磁变压器故障将导致励磁电压异常，从而影响发电机的励磁状态；整流装置故障将导致励磁电流异常，同样会影响发电机的励磁状态。
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四川大学
电力系统自动装置
题目同步发电机励磁系统
学院电气信息学院
专业电气工程及其自动化
同步发电机励磁系统及励磁调节器工作原理
一励磁系统的结构
励磁系统,一般来讲，就是与同步发电机励磁回路电压建立，调整以及必要时使其电压消失的有关元件和设备的总称。
同步发电机的自动励磁调节通常分为两部分：
第一部分是励磁功率单元，用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，已建立直流磁场。
第二部分是励磁调节器，用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流或自动灭磁等以满足运行的需要。
二自动励磁调节系统的作用：
1。
电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平。
当发电机无功负荷变化时，一般情况下机端电压要发生相应的变化，此时自动励磁调节装置应能供给要求的励磁功率，满足不同负荷情况下励磁
电流的自动调节，维持机端或系统某点电压水平。
负荷波动—功率变化—电压变化
负荷增大—电压降低—励磁电流增大
同步发电机的励磁系统就是通过不断调节励磁电流来维持给定的电压。
2。
合理分配发电机间的无功功率。
发电机的无功负荷与励磁电流有着密切的关系，励磁电流的自动调节，要影响发电机间无功负荷的分配，所以对励磁系统的调节特征有一定的要求。
励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功率角的大小。
与无限大母线并列运行的机组，调节励磁电流可以改变发电机无功功率的数值即控制无功分配。
3。
提高电力系统稳定性
电力系统在运行中随时可能受到各种干扰，受到干扰后，电力系统稳定性的要求能够恢复到原来的状态或者过渡到一个新的运行状态。
其主要标志是暂态过程结束后，同步发电机能维持或恢复同步运行。
励磁调节系统对静态稳定和暂态稳定的影响
（1）对改善静态稳定的影响
可以提高静态稳定储备系数Kp，提高静稳极限。
Pm—最大可能传输的功率极限
性能优良的励磁系统，提高了功率极限，扩大了稳定区，发电机能够在功率角大于90度的区段运行。
（2）对暂态稳定的作用
当系统遇到较大干扰时，励磁系统通过增大减速面积，减小加速面积来保持系统的稳定。
4快速灭磁，当发电机或升压器内部发生故障时，要求快速灭磁，以降低故障所造成的损害。
三对励磁系统的基本要求
1.要求励磁系统应能保证发电机在各种运行工况下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。
励磁系统强励性能的主要指标
（1）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。
（2）励磁电压强励倍数：在强励期间励磁功率单元可能提高的最高输出电压Uemax与发电机额定励磁电压Uen之比。
强励倍数高，可使Eq升高，使输出功率增加，从而增大减速面积，使功角摆动最大幅度减小，有利于暂态稳定。
强励倍数一般为2.0左右。
（3）应有足够的强励持续时间
（4）应有足够的电压调节精度与电压调节范围
（5）励磁系统应在工作范围内无失灵区
（6）励磁系统应有快速动作的灭磁性能
四自动励磁调节器装置的工作原理
一。
自动励磁调节器组成
基本控制部分：调差，测量比较，综合放大，同步与移相触发及可控整流环节组成
辅助控制部分：励磁系统稳定器，电力系统稳定器，励磁限制器
二。
励磁调节器的工作原理
基本控制简化图
静态工作特性的合成
调节测量环节整定电位器RP滑动端向右移动，特性曲线向右平移
具有AVR装置的发电机的外特性
发电机带有励磁调节器装置之后，当无功电流Ir变动时，发电机电压UG基本不变。
达到自动调压的目的。
外特性稍有下倾，下倾的程度用调差系数来表示，调差系数是发电机励磁控制系统运行特性的一
个重要参数。
其定义为：
调差系数表示了无功电流由零增加到额定值时，发电机电压的相对变化，调差系数越小，则电压变化也越小。
所以调差系数表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力。
励磁调节器的静态放大倍数越大，ab直线越平缓，调差系数越小。
但过大的放大系数将可能引起运行的不稳定。
励磁调节器的辅助控制
辅助控制与励磁调节器正常情况下的自动控制的区别是，辅助控制不参与正常情况下的自动控制，仅在发生非正常运行工况，需要励磁调节器具有某些特有的限制功能时，通过信号综合放大器中的竞比电路，闭锁正常的电压控制，使相应的限制器起控制作用。