重庆中鼎电气有限公司
一、基本知识
1.1 同步电动机起动方式
同步电动机起动方式主要有异步起动和变频起动。变频起动需一套专用调频电源，技术复杂且设备成本高，主要用于负载及转动惯量都很大的大容量高速同步电动机，国内钢厂有几套进口变频起动装置，其它行业一般不使用。异步起动是同步电动机常用的起动方式，视供用电系统容量采用全压起动或降压起动，降压起动分为电抗器降压和自耦变压器降压。
图 1-1 电抗器降压起动图 1-2 自耦变压器降压起动
1.1.1 电抗器降压起动
图 1-1 为采用电抗器降压起动主接线及投全压开关合闸控制回路示意图。电抗器降压时施加于电机端电压电流降低的同时起动力矩相应降低较大，适用于系统容量小不允许直接全压起动且对起动力矩要求不高的机组，如供电系统容量小但又要求起动力矩大的场合，需采用自耦变压器降压起动。电抗器降压起动时，合 1DL，机组转速加速至投全压滑差时（约0.9Ne），励磁装置投全压继电器JQY 动作，控制 2DL 合闸，将母线电压直接施加于电机定子。
1.1.2 自耦变压器降压起动
图 1-2 示自耦变压器降压起动主接线及控制回路，两者都较电抗器降压起动复杂。励磁装置投全压继电器 JQY 需控制2DL 跳闸及 3DL 合闸，操作顺序为 1DL 合闸---2DL 合闸---JQY 动作跳 2DL，合 3DL。
不论全压起动还是降压起动，机组起动时间长短与起动时
机端电压及负载等有关，从励磁装置读写控制器上读出的机组各次起动时间有些差异属正常。
1.2 同步电动机无功调节特性
同步电动机正常运行时需从电网吸收有功，吸收有功功率 大小
取决于所带负载及电机本身有功损耗。同步电动机无功决 定于励磁
装置输出励磁电流，过励（超前）运行时，同步电动 机向电网发无
功；欠励（滞后）运行时，从电网吸收无功；正 常励磁运行时，既
不发无功，又不吸收无功，对应功率因数 COS Φ＝1。同步电动机 V
形曲线是指电机定子电流 I 和励磁电流 If 的关系曲线，见图 1-
3。
同步电动机 V 形曲线图表 明，功
率因数为 1 运行时，定子 电流最
小，在此基础上增/减磁， 定子电
流都将增加，增磁时功率 因数超前
运行，减磁时功率因数 滞后运行。
利用同步电动机 V 形 曲线这一特
点，在 励磁装置投闭环之前，可以
检查接入励磁装置用于测取功率因 数的 PT 及 CT 外部接线是否正
确。
图 1-3 同步电动机 V 形曲线
利用同步电动机的无功调节特性，工业现场实际运行时， 同步
电动机工作在超前状态，可以就地补偿异步电机所需无 功。
1.3 同步电动机运行稳定性
同步电动机正常运行时，由从电网吸收的电磁功率 Pem 与 负载
功率 Pf 维持动态平衡，电网电压及负载在正常波动范围 内时，同
步电动机都不会滑出同步而失步，这由其功角特性决 定，如图 1-4
所示。
图1-4 功角特性曲线
功角特性：
负载突增而电压不变时，负载功率P 往上移，如无闭环调节，电
磁功率曲线Pem 不变，运行功角δ增大，δ≥90°时，电机将失去同
步；有闭环调节时，曲线Pem 同时上移，运行功角δ保持相对恒定，电机稳定性增加。
电压突降而负载不变时，如无闭环调节，因励磁装置 380V 励磁电源（取自电机同段母线）同时下降，励磁电势 E 近似与电压成正比下降，故电磁功率曲线 Pem 近似与机端电压 Ud 平方成正比下降，运行功角δ增大,电机稳定裕度大大减小；如采用闭环调节，Ud 下降的同时励磁电势 E 加大，Pem 基本不变，电机稳定性增加。1. 4 同步电动机的失步危害及措施
同步电动机在正常运行时，其转速与电网频率严格对应（n＝60f/p），转子磁场和定子旋转磁场严格同步，这种严格的对应和同步关系是以转轴上转矩平衡为基础的。来自电网、负载等多种扰动一旦破坏转矩平衡关系，依靠电机的一定调节能力，以功角δ相应变化自动地调节电磁转矩大小，以抵消各种扰动引起的不平衡，使转轴上的转矩关系处于动态平衡。电机的这种调节能力有一定限度，当扰动超过一定限度时，就会导致电机失步。
按失步原因及性质不同，可分为三种类型：即带励失步、失磁失步和断电失步。带励失步一般由相邻出线端头短路故障、、附近大型机组起动或自起动引起母线电压较长时间较大幅度的降低，电动机所带负载的大幅度增加以及起动过程中励磁系统过早投励等原因所引起。带励失步对电动机所造成的危害主要是脉振转矩较长时间的反复作用，使电动机在绕组的端部和端部绑线、转子线圈的接头处、电动机轴和联轴器等部位承受正负交变的扭矩，影响机械强度和使用寿命，甚至造成设备的损坏。由于振荡转矩按转差频率脉振，电动机的电流、电压、功率等物理量会强烈振荡，在一定条件下可能引起电气和机械
共振，导致事故扩大。
失磁失步因转子绕组匝间短路，励磁电源短暂中断、励磁系统设备故障等引起。同步电动机失磁异步运行时，由于定子过电流不大，约 1.2 倍额定电流，电动机出力不减，运行无异常声音和振动，不易被值班人员发现，导致长时间失磁运行，引起转子绕组尤其是阻尼绕组的过热、开焊、甚至烧毁。
断电失步是由于供电系统故障及人为切换电源引起，如输电线路的自动重合闸动作、备用电源自动投入等；由于电源中断后重新投入的瞬间，电网电压矢量与机端感应电压矢量的相位关系存在随机性，两矢量相位差在 180°时对电机冲击最大。断电失步对电机主要危害在于电源重新恢复瞬间使电机遭受巨大的冲击电流和冲击转矩。
电机出现失步后，转子回路的物理量能反映出来，因此励磁装置应设有完备的失步检测环节，一旦检测出失步应根据情况分类处理，
因电机本身故障引起的失步应跳闸停机，对非电机本身引起的失步，如外部条件许可，则应实施自动再整步。同步电动机自动再整步即在检测到失步后熄灭转子磁场，将电机暂时转入异步运行，在适当滑差时重新投入励磁将电机牵入同步运行。
1.5 三相桥式全控整流电路
1.5.1三相桥式全控整流
电路
在三相桥式全控整流
电路中，对共阴极组和共
阳级组是同时进行控制
的，控制角都是α。
下面将结合图
1-5电路，分析三相桥
式全控整流电路工
作的物理过程。图1-5三相全控桥式整流电路在习惯上希望三相全
控桥的六个晶闸管触发
的顺序是1－2－3－4－5－
6，晶闸管是这样编号的：
图
T1 和T4 接a相，T3 和T6
接b相，T5 和T2 接c相。
T1、T3、T5 组成共阴极组，
T2、T4、T6 组成共阳极组，
如图1-5所示。为了搞清楚
α变化时各晶闸管的导
通规律，分析输出波形的变
化规则，下面研究几个特殊控
制角，先分析α＝0°的情
况，也就是在自然换相
点触发换相时的情况。图1-
6是波形，为了分析方便起见，
把一个周期等分6段。在第
（1）段期间，a相电位最高，因
而共阴极组的 T1 被触发导
通，b相电位最低，所以共阳
极组的T6 被触发导通。这是电图1-6 感性负载，α＝0°时波形图
流由a相经T1 流向负载，再经Tb流入b相。变压器a、b 两相工作，共
阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流
电压为：Ud=Ua-Ub=Uab。经过60°后进入第（2）段时期。这时a相电位
仍然最高，T1 继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相
点时触发c相T2，电流即从b相换到c相，T6 承受反向电压而关断。这时
电流由a相出经T1、负载、T2 流回电源c相。变压器a、c 两相工作。这
时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为: Ud＝Ua－Uc＝
Uac。再经过60°，进入第（3）段时期。这时b相电位最高，共阴极
组在经过自然换相点时，触发导通T3，电流即从a相换到b相，c相T2 因
电位仍然最低而继续导通。此时变压器b、c两相工作，在负载上的电
压为：Ud=Ub-Uc=Ubc。余依次类推。在第（4）段时期内，T3、T4 导
通，变压器b、a两相工作。在第（5）段时期内，T4、T5 导通，变压
器c、a 两相工作。在第（6）段时期内，T5、T6 导通，变压器c、b
两相工作，再下去又重复上述过程。总之，三相桥式全控整流电路
中，晶闸管导通的顺序是：
6－1→1－2→2－3→3－4→4－5→5－6
由上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出：
(1)三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导
通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组的，另一个是共阳极组的，只有
它们能同时导通，才能形成导电回路。
(2)三相桥式全控整流电路对于共阴极组触发脉冲的要求是保证
T1、T3 和T5 依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°
对于共阳极组触发脉冲的要求是保证T2、T4 和T6依次导通，因此它
们的触发脉冲之间的相位差也是120°。在电感负载情况下，每个晶
闸管导通120°。
(3)由于共阴极的晶闸管在正半周触发，共阳极组在负半周触发，
因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。例
如接在a相的T1 和T4，接在b相的T3 和T6，接c相的T5 和T2，它们之间
触发脉冲的相位差都是180°。
(4)三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流，由上
一号晶闸管换流到下一号晶闸管。例如由T1、T2换流到T2、T3。因此
每隔 60°要触发一个晶闸管，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5
→6→1，依次下去。相邻两脉冲的相位差是60°，如图1-3所示。
(5)为了保证在整流器合闸后，共阴极组和共阳极组应各有一个晶闸管导电，或者由于电流断续后能再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时有触发脉冲。为了达到这个目的，可以采取两种办法；一种是使每个触发
脉冲的宽度大于60°
（必须小于120°），一般取
80°～100°,称为宽脉冲
触发。另一种是在触发某一
号晶闸管时，同时给前一号
晶闸管补发一个触发脉冲，
相当于用两个窄脉冲等效
地代替大于60°的宽脉
冲。这种方法称
双脉冲触发。这两种触发方
式均示于图1-7中。例如当
要求T1 导通时，除了给T1 发
出触发脉冲外，还要同时给T6
发一个触发脉冲。欲触发
T2 时，必须给T1 同时发出一图1-7 触发脉冲
个脉冲等。因此用双脉冲触发，在一个周期内对每个晶闸管须要连续触发两次，两次脉冲中间间隔为60°。双脉冲触发的电路，因为有补入和输出的要求，比较复杂，但它可以减小触发装置的输出功率，减小脉冲变压器的铁芯体积。用宽脉冲触发，虽然脉冲数目减少一半，为了不使脉冲变压器饱和，其铁芯体积要做得大些，绕组匝数多些，因而漏感增大，导致脉冲的前沿不够陡（这对晶闸管多串多并时是很不利的），增加去磁绕组可以改善这一情况，但又使装置复杂化。所以通常多采用双脉冲触发控制。
(6)整流输出的电压，也就是负载上的电压。它属于变压器二次的线电压。图1-7a中的电压波形都是相对于变压器零点而言的相电压波形。三相全控桥计算控制角α的起点仍然是相电压的交点。整流输出的电压应该是两相电压相减后的波形，实际上都属于线电压，波头u ab、u ac、u bc、u ba、u ca 和u cb 均为线电压的一部份，是上述线电压的包络线。相电压的交点与线电压的交点在同一角度位置上，故线电压的交点同样是自然换相点，同时亦可看出，三相桥式全控整流电压在一个周期内脉动六次，脉动频率为6×50Hz=300Hz。
(7)晶闸管所承受的电压波形示于图形1-6d。三相桥式整流电路在任何瞬间仅有两臂的元件导通，其余四臂的元件均承受变化着的反
向电压。例如在第（1）段时期，T1 和T6 导通，此时T3 和T4 承受反向线电压Uba＝Ub－Ua。T2承反向线电压 Ubc＝Ub－Uc。T5承受反向电压Uca＝Uc－Ua。如果仅看一个晶闸管上的电压波形，例如T1，则在第（1）段和第（2）段期间，T1 导通，仅有很小的正向压降。在第（3）段和第（4）段期间，由于T3 导通，故T1承受反向线电压Uab＝Ua －Ub。在第（5）和第（6）段期间，由于T5导通，T1承受反向线电压Uac＝Ua－Uc。只要负载电流波形是连续的情况下，晶闸管上的电压波形总是由上述三部分组成。例如对T1来说，即导通段，波形与坐标轴重合，还有线电压U ab段和线电压U ac段共三段组成。当改变时，它也有规律的变化；当α＝0是，晶闸管不承受正向电压。当α变化时，其承受的正向电压与sinα成比例。熟识这些波形对调试设备很有帮助。其他五个晶闸管上的电压波形与T1相同，不过相位依次序逐个都要差60°。由图1-6d可以看出，晶闸管所受的反向最大电压即为线电压的峰值。当α从零增大的过程中，同样可分析出晶闸管承受的最大正向电压也是线电压的峰值。至于电阻性负载，当α＞60°时，电流进入断续区。故α=60°时晶闸管承受最大的正向电压为：
2U2l sinα＝2U2l sin60°＝1.22U2l
当控制角α＞0时，每个晶闸管都不在自然换相点换相，而是从自然换相点向后移一个α角开始换相。图1-8所示为电感负载α=30°时的电压波形。分析的方法与α=0时相同。可从α角开始把一个周期六等分。在第（1）段时期，T1 和T6 导通，其间虽经过共阳极组的自然换相点，c相电压开始低于b 相电压，T2 开始承受正向电压，但因未被触发所以不能导通。由T6 继续导电。这就是和不可控整流电路工作情况根本差别之处。直到距上次触发T1（ωt1）60°时触发T2，才迫使T6 关断，负载电流从T6 转移到T2上，进入第（2）段时期。此时导电元件为T1 和T2，负载上的电压由原来第（1）段时期的Uab转为Uac，余类推。得到一个周期脉动六次的输出电压分别为Uab、Uac、Ubc、Uba、Uca和Ucb等，它们都属于线电压，各段都取其中的某一部分。作出线电压的整个波形，仍可见到线电压的交点与相电压的交点在同一位置，因而控制角α从线电压算起是无须怀疑的。图1-8表示电感性负载，α=60°时的电压波形。电路原先是T5 和T6 工作，
在ωt1(相当于α)时触发
T1，它因此刻承受正向电压而导
通，并将T5 关断，负载电流便从
T5 转移到T1，此时导电元件为T1 和
T6，输出电压为Uab。过60°后Ua
与Ub相等，Uab=0，输出电压到达
零点，但此时又立即触发T2，它
承受正向电压而导通，并关断
T6，负载电流从T6 转移到T2，此时
导电元件为T1 和T2，输出电压为
Uac。依此类推。图中也画出晶闸
管T1 上的电压波形。它由三段组
成：一段是线电压Uac，一段是导通
期，与横坐标重合，另一段则是线
电压Uab。当α>60°时，当线电压
瞬时值为零并转负值时，由于电感
的作用，导通着的晶闸管继续导通，图1-8 感性负载，α=30°波形
整流输出出现了负的电压波形，从而使整流电压的平均值降低。图形1-10所示为
电感性负载，α=90°时的电压波形。对应于ωt1（α=90°）时触发晶闸管T1，在触发前，假设电路已在工作，即T5和T6已导通。至ωt1 时触发T1 后，导电元件为T1 和T6，输出电压为Uab。当线电压Uab由零变负时，由于大电感存在，T1 和T6 继续导通，输出电压仍是Uab，
此时出现负值，直到ωt2 进触发 T2，才迫使T6 承受反向电压而关断，此时导电元件为T1 和T2，输出电压为U ac。依此类推，周而复始
继续下去，得到图1-10 的输出电压波形。T1 两端的电压波形亦表
示在图1-10上。
图1-9感性负载，α=60°波形图1-10感性负载，α=90°波形
可以看出，当电流连续的情况下，α=90°时输出电压的波形面积正负两部分相等，电压的平均为零。电感性负载。其负载电流的波形是一条水平线。设其幅值为Id，由于晶闸管每周期导电120°，电流波形为长方波，流过晶闸管的电流有效值为:
它的值与α的大小无关。至于电阻性负载，当α≤60°时，由于输出电压波形连续，因此电流波形亦连续。在一周期中，每个晶闸管导电120°。负载电流i d ＝U d/R，整流电压波形与电感性负载时相同。当α>60°时，由于线电压过零变负时，晶闸管即阻断，输出电压为零，电流波形转变为不连续，不像电感性负载那样出现负压。图1-7表示电阻负载，α=90°时的电压波形。可以看出，在ωt1（α=90°）时，同时触发晶闸管T1 和T6，因此时a相电压大于b相电压，故T1 和T6 都能导通，输出电压为Uab。至共阴极自然换相点时，Ua=Ub，线电压U ab=0，之后a相电压将低于b相电压，T1 和T6 都因承受反向电压而关断。此时输出电压和电流都为零，电流出现断续现
象。至ωt2 时刻触发T1 和T2，同理它们导通，输出电压为Uac。当Uac由零变负，T1 和T2 又都承受反向电压而关断。如此类推，周而复始得到一系列断续的电压波形。
可以看出，当α>60°，输出
电压和电流波形不连续，一周
期中每个晶闸管分两次导电，
导电2×（120°－α）。当
α=120°时，输出电压为零，可
见电阻负载时，最大移相
范围是120°。1.2三相桥式全
控整流电路整流电压与控制角
的关系三相桥式全控整流电路
在具体分析中例如电感性负载或者
电阻性负载，图1-11纯阻负载，
α=90°波形不论α为何值，负载上
的输出电压都是两相之间的线电压
的某一部分。实质上就是三相线电
压的整流。它相当于以线电压为幅
值一周期有6个脉波的六相半波整流图1-11纯阻负载
电路。因此，亦可直接从线电压入手计算其平均值。为了简化计算，由于输出电压的波形每隔60°就重复一次，所以计算直流输出电压的平均值不必计算整个周期，在60°范围内取其平均值即可。在三相星形接法的电路中，线电压较其相应的相电压超前30°，而幅值是相电压的3倍。例如Uab=Ua－Ub=Ua<30°。在上述绘制电压波形的所有计算中，都是以a相的相电压为零时作为坐标的原点进行绘制的。因此相电压Ua的表达式为2U2sinωt。自然换相点在ωt=30°处。为了简化计算，今把线电压Uab的零点作为新坐标的原点，即比原来的坐标提前30°。因而在新坐标上，自然换相点的位置在ωtˊ=60°＝л/ 3处。控制角α仍应从自然换相点算起。下面整流电压的计算，都立足于这个条件而定出积分的上下限的。在图1-7中已表示出相电压U a 与线电压U ab的关系，Uab的零点导前U a的零点30°。
(一)电阻性负载
作出以线电压Uab的零点为坐标原点的线电压波形。其自然换
相点在60°处，它是线电压Ucb与Uab的交点，如图1-12所示。可以
看出，当α≤60°时电流连续。α>60°时，电流要断续，因
此求输出平均电压就要分两种情况。
1．当0≤α≤л/3时
整流电压的平均值可以根据图 1-12求出，线电压
U ab 的表达式为 3× 2 U 2sin ωt ，在л/ 3 范围内积分的上下限分别为2л/
3 +α 和л/ 3 +α。因此当控制角为α时，整流电压的平均值为
如用线电压有效值 U 2l 表示，则
2．当л/ 3<α<2л/ 3时
整流电压的波形如图 1-12所示。当α>л/ 3时，输直流电压平均值为
图 1-12α≤60°计算整流电压的波形 图 1-13α>60°计算整流电压的波形
上式中，积分上限原为 2л/ 3 +α，现因α>л/ 3，因此只能积到л。当α=2л/ 3 时，Ud=0；所以由公式推导可以看出， 电阻性负载的最大移相范围是 2л/ 3。
(二)电感性负载对于电感性负载，由于电流是连续的，晶闸管的导通角总是 2л/ 3，即使α>л/ 3 ，上式积分的上限可以超过π ， 仍为 2л/ 3 +α 。因此当控制角为α时，整流输出的直流电压平均值为
如用线电压有效值 U 2l 表示，则
Ud 与控制角α的关系如图形 1-14中曲线所示。这种电 路在大电感负
载工作于整流状态下，要求最大移相范围为90°。
在三相桥式全控整流电路中，
共阴极组晶闸管与共阳极组晶闸
管共用一套变压器的二次绕组。
共阴级组在正半周导通，在电感性
负载下导通120°。共阳极组在
负半周导通，导电时间也是
120°。接在同一相上的两个晶
闸管的电流在相位上差 180°，
大小相等，方向相反。设负载电流 的平均值为 I d ，则变压器二次绕组 图形 1-14 整流电压与α的关系 中每相电流的有效值 I 2（设变压器二次为星形接法）为
由于变压器二次绕组的电流没有直流分量，所以一次绕 组中的电流波形与二次绕组中的电流波形一样。根据变压器一、二次安匝相等的原则，可以求出一次绕组的电流 I 1。
二、晶闸管智能模块
晶闸管智能模块的诞生，是电力调控技术的一场革命，它使传统电力调控领域的诸多难点，如电路复杂、体积庞大、调试困难、安装不便、难以使用等各种技术障碍，被一并逾越。从而使从们对电力控制达到了随心所欲的完美境界。
2．1产品用途
该模块完整的三相电力移相调控系统，可广泛应用于交直流电机的调速、工业电气自动化、固体开关、调温、调光、电镀、稳压、机电一体化、军工通讯等领域。
2．2产品特点
功率晶闸管与触发控制系统集成为一体，可实现兔调试、
免维护，给用户带来极大方便。
移相触发控制电路与主电路完全隔离，主电路与底板完
全隔离，安全可靠，安装毋需另加绝缘。
主电路输入电压范围宽（AC450V ——30V 电压均可）。
给控制端一个0——10V 的信号，主电路输出电压平滑可
调。
由于采用高性能元器件，以及DCB 陶瓷履铜板、钼履铜
板、高热导弹性硅凝胶等优秀材料，加之设计合理，工艺先
进，检测手段齐全，因而可靠性很高，热负载循环次数可达万
次。
模块既可手动控制，也可用仪表或计算机控制，且抗干
扰能力强。
体积小，重量轻，节材节电效果显著。
2．3 、接线示意图
A
B
C +
54231DC12V 4.7K 4.7K
13245A B C
DC12V ++交流模块手动控制接线示
意图整流模块手动控制接线示意图
TMDS 和TMFS 励磁系统系采用晶闸管智能模块作为功率元件。 三、PLC 简介
1．PLC 的定义及其类型
可编程序控制器简称PLC ，是在继电器控制和计算机控
制的基础上开发的产品，逐渐发展成以微处理器为核心，把
自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自
动控制装置。
（1） 按容量和功能分
可分为小型机、中型机和大型机三类。
（2） 按硬件结构分
可分为整体式、插件式和叠装式三种。
2．PLC 的特点
（1）可靠性高
（2）编程简单
（3）通用性强
（4）体积小、结构紧凑、安装及维护方便
3．PLC 与继电器控制的区别
在PLC 的编程语言中，梯形图是最为广泛使用的语言。
梯形图与继电器控制 线路图十分相似，主要原因是
PLC梯形图的标注大致上沿用了继电器控制的叫路元件符号，仅个别处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但PLC的控制与继电器的控制又有不同之处，主要表现在以下几个方面。
控制逻辑：
工作方式：
控制速度：
限时控制：
计数控制：
设计和施工：
可靠性和可维护性：
价格
4．PLC的基本结构
目前PLC生产厂家很多，产品结构也各不相同，但其基本组成部分大致相同，如下图：
主要包括：CPU，RAM，ROM和输入、输出接口电路等。
地址总线控制总线
开关或传感器继电器触点行程开关
模拟量输入
照明
电磁装置
其它执行
装置或接
触器电源单元
数据总线
PLC可编程序控制器
编程单元输
入
接
口
中
央
处
理
单
元
存
储
器
输
入
输
出
数
据
存
储
输
出
接
口PLC结构示意图
5．PLC的工作原理
PLC采用循环扫描要作方式。用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又
返回第一条，如此周而复始不断循环。
发电机原理及构造——发电机的励磁系统 众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 左图为常用的电抗移相相复励励磁系统线路图。由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK 移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 左图为三次谐波原理图，对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 由左图可以看出，可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（A VR），控制可控硅的导通角来调节励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。 四、无刷励磁原理 无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。它是利用交流励磁机，其定子上的剩磁或永久磁铁（带永磁机）建立电压，该交流电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发电机建压。自动电压调节器（A VR）能根据输出电压的微小偏差迅速地减小或增加励磁电流，维持发电机的所设定电压近似不变。 中小型三相同步发电机的技术发展概况 一．概述 中小型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及新能源――风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。它对边（疆）老（区）贫（穷）地区实现电气化，提高该地区经济发展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。移动电站对国防设施、工程建设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也是不可缺少的关键装备之一。应急备用电站在突发事件中的防灾、救护保障人民的生命和财产的安全有着不可替代的作用。开发绿色能源、可再生能源、减少大气二氧化碳的含量，小水电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成部分。 我国小型同步发电机的第一代产品是1956年电工局在上海组织的统一设计并于1957年完成的TSN、TSWN系列农用水轮发电机。第二代产品是在进行了大量试验研究和调查研究的基础上于1965年开始的T2系列小型三相同步发电机统一设计，该水平达到六十年代国际先进水平，为B级绝缘的有刷三相同步发电机。在这段时间还开发了ST系列有刷单相同
一、名词解释 1．励磁系统 答：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。 2．发电机外特性 答：同步发电机的无功电流与端电压的关系特性。 3．励磁方式 答：供给同步发电机励磁电源的方式。 4．无刷励磁系统 答：励磁系统的整流器为旋转工作状态，取消了转子滑环后，无滑动接触元件的励磁系统。 5．励磁调节方式 答：调节同步发电机励磁电流的方式。 6．自并励励磁方式 答：励磁电源直接取自于发电机端电压的励磁方式。 7．励磁调节器的静态工作特性 答：励磁调节器输出的励磁电流（电压）与发电机端电压之间的关系特性。 8.发电机调节特性 答：发电机在不同电压值时，发电机励磁电流IE与无功负荷的关系特性。 9．调差系数 答：表示无功负荷电流从零变至额定值时，发电机端电压的相对变化。 10．正调差特性 答：发电机外特性下倾，当无功电流增大时，发电机的端电压随之降低的外特性。11．负调差特性 答：发电机外特性上翘，当无功电流增大时，发电机的端电压随之升高的外特性。12．无差特性 答：发电机外特性呈水平．当无功电流增大时，发电机的端电压不随之变化的外特性。
13．强励 答：电力系统短路故障母线电压降低时，为提高电力系统的稳定性，迅速将发电机励磁增加到最大值。 二、单项选择题 1．对单独运行的同步发电机，励磁调节的作用是( A ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．保持机端电压恒定和调节发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 2．对与系统并联运行的同步发电机，励磁调节的作用是( B ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．调节机端电压和发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 3．当同步发电机与无穷大系统并列运行时，若保持发电机输出的有功 PG = EGUG sinδ为常数，则调节励磁电流时，有( B )等于常数。 X d A．U G sinδ； B．E Gsinδ； C．1 X d ?sinδ； D．sinδ。 4．同步发电机励磁自动调节的作用不包括( C )。 A．电力系统正常运行时，维持发电机或系统的某点电压水平； B．合理分配机组间的无功负荷； C．合理分配机组间的有功负荷； D．提高系统的动态稳定。 5．并列运行的发电机装上自动励磁调节器后，能稳定分配机组间的( A )。A．无功负荷；
同步电动机的起动 1.同步电机的基本原理 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1.1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分布的线圈代表三相对称交流绕组。 —OO + ―-定子铁心』2—转子* 3—滑环F 4—电刷"5—磁力线 图1.1同步电机结构模型 1.1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：每相感应电势的有效值为E o =4.44fN 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 f=p n/60 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。 1.2同步转速 同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz，故有： n=60f/p=3000/p 要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min ，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。 1.3运行方式 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 分析表明，同步电机运行于哪一种状态，主要取决于定子合成磁场与转子主极磁场之间
同步电动机的工作原理 同步电动机 转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机。其转子转速n 与磁极对数p、电源频率f之间满足n=f/p。转速n决定于电源频率f，故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。具有运行稳定性高和过载能力大等特点。常用于多机同步传动系统、精密调速稳速系统和大型设备(如轧钢机)等。 同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因数的。 同步电动机在结构上大致有两种： 1、转子用直流电进行励磁。它的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励，在大多数同步电动机中，直流发电机是装在电动机轴上的，用以供应转子磁极线圈的励磁电流。 由于这种同步电动机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。鼠笼绕组放在转子的周围，结构与异步电动机相似。 当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生了一个旋转磁
场，鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流，从而使电动机旋转起来。电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。 2、转子不需要励磁的同步电机 转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上，也能运用于多相电源上。这种电动机中，有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似，同时有一个鼠笼转子，而转子的表面切成平面。所以是属于显极转子，转子磁极是由一种磁化钢做成的，而且能够经常保持磁性。鼠笼绕组是用来产生启动转矩的，而当电动机旋转到一定的转速时，转子显极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。显极的极性是由定子感应出来的，因此它的数目应和定子上极数相等，当电动机转到它应有的速度时，鼠笼绕组就失去了作用，维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极，使之同步 同步电动机的起动方法： 同步电动机只有在定子旋转磁场与转子励磁磁场相对静止时，才能得到平均电磁转矩。如将静止的同步电动机励磁后直接投入电网，这时定子旋转磁场与转子磁场间以同步转速n1作相对运动，转子受到交变的脉动转矩，其平均值为零，电机不能起动。所以必须借助其他方式来起动。
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。起动过程中，整流电路可控硅处于阻断状态，当电
同步电动机经常出现的故障及原因分析 经常发现的故障现象有:①定子铁芯松动，运行中噪声大。②定子绕阻端部绑线崩断，绝缘蹭坏，连接处开焊，导线在槽口处端点断裂引起短路。③转子励磁绕组接头处产生裂纹、开焊绝缘局部烧焦。④转子线圈绝缘损伤，起动绕组笼条断裂。⑤转子磁极的燕尾楔松动、退出。⑥电刷滑环松动，风叶断裂等故障。 以上故障现象有的出现在同步电动机仅运行2—3年内，甚至半年内。一般认为是电动机制造质量问题。但许多电机制造厂，虽对制造工艺中的关键部位加强措施，但没有明显效果，故障现象仍然屡屡发生。 通过对同步电动机及励磁装置运行数据进行数理统计分析，对电动机起动，投励运行中的各种典型状态波形摄片，研究分析表明，同步电动机出现上述故障，不是制造问题，而是传统励磁技术存在缺陷。 2 传统励磁技术存在的缺陷 2.1 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。 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管组成，如图1所示。电动机在起动过程中，存在滑差，在转子线圈内将感应-交变电势，其正半波通过ZQ形成回路，产生+if，其负半波则通过KQ，RF形成回路，产生-if，如图2所示，由于回路不对称，则形成的-if与+if也不对称，致使定子电流强烈脉动，波形如图3所示。使电动机因此而强烈振动，直到起动结束才消失。 ②全控桥工励磁装置:由6只大功率晶闸管组成，如图4所示。
在起动过程中，随着滑差减小，当转速达到50%以上时，励磁感应电流负半波通路时通时断，同样形成+if与-if电流不对称从而形成脉振转矩，造成电动机强烈振动。 ③投励时“转子位置角”不合理。无论是全控桥还是半控桥，电动机起动过程投励时，都产生 沉闷的冲击，这种冲击，同样会造成电机损害，这是“转子位置角”不合理所致。 以上所出现的脉振、投励时的冲击，并不一定一次性使电机损坏，但每次起动都会使电机产生疲劳，造成电机内部损害，积而久之，必然造成电机内部故障。 2.2 将GL型反时限继电器兼做失步保护 传流动磁装置将GL型继电器兼做失步保护，当电机失步时，它不能动作(如带风机类负载)或不及时动作(如带往复式压缩机类负载)，使电动机或励磁装置损坏。 ①失励失步:是指同步电动机励磁绕组失去直流励磁或严重欠励磁，使同步电动机失去静态稳定，滑出同步，此时丢转不明显，负载基本不变，定子电流过流不大，电机无异常声音，GL型继电器往往拒动或动作时限加长，且失励失步值班人员-不易发现，待电动机冒烟时，已失步较长时间，已造成了电机或励磁装置损害。但不一定当场损坏电机，而是造成电机内部暗伤，经常出现电机冒烟后，停机检查又查不出毛病，电机还可以再投入运行。
同步电动机励磁系统常见故障分析 作者：陆业志 本文结合KGLF11型励磁装置，对其在运行中的常见故障进行分析。 1 常见故障分析 (1)开机时调节6W，励磁电流电压无输出。 原因分析：励磁电流电压无输出，肯定是晶闸管无触发脉冲信号，而六组脉冲电路同时无触发脉冲很可能是移相插件接触不良，或者同步电源变压器4T损坏，造成没有移相给定电压加到六组脉冲电路的1V1基极回路上，从而六组脉冲电路无脉冲输出导致晶闸管不导通。 (2)励磁电压高而励磁电流偏低。 原因分析：这是个别触发脉冲消失或是个别晶闸管损坏的缘故。个别触发脉冲消失可能是脉冲插件接触不良。另外图1中三极管1V1、单极晶体管2VU及小晶闸管9VT损坏，或者是电容2C严重漏电或开路。如果主回路中晶闸管1VT～6VT中有某一个开路或是触发极失灵，同样会导致输出励磁电流偏低的现象。 (3)合励磁电路主开关时，励磁电流即有输出。 原因分析：这是由于图1所示脉冲电路中的三极管1V1集电极-发射极之间漏电，即使移相电路还未送来正确的控制电压，也会导致1C充电到2VU导通的程度。2VU即输出触发使小晶闸管9VT导通，2C经9VT放电而发出脉冲令1VT、3VT、6VT之一触发导通，使转子励磁电路中流过直流电流。 (4)同步电动机起动时，励磁不能自行投入。 原因分析：励磁不能自行投入。肯定是自动投励通道电路中断或工作不正常，因此可能是投励插件与插座间接触不良，或是图2所示投励电路中的三极管3V1、单结晶体管4VU工作不正常，电容5C漏电、电位器W′损坏。另外是移相插件同样有接触不良现象，或者是图3所示移相电路的小晶闸管10VT损坏等等。 (5)运行过程中励磁电流电压上下波动。 原因分析：引起励磁电流电压输出不稳的原因很多，主要有1)脉冲插件可能存在接触不良，造成个别触发脉冲时有时无。2)图1所示脉冲电路的电位器4W松动，使三极管1V1电流负反馈发生变化，造成放大器工作点不稳定，从而影响晶闸管主回路输出的稳定性。另外，如果电容2C漏电或单结晶体管2VU及三极管1V1性能不良，也会引起触发脉冲相位移动。3)图3所示移相电路的电位器6W松动或接触不良，将会使移相控制电压Ed间歇性消失，引起励磁电流电压输出大幅度波动。另外，如果稳压管7VS、8VS损坏，都会使Ey随电网电压波动而波动，使Ed输出波动，造成晶闸管主回路直流输出不稳。 (6)励磁装置输出电压调不到零位。
同步电机励磁系统 Excitation system for synchronous electricalmachines-Definitions GB/T 7409.11997 本标准是对GB 7409—87的修订。 GB 7409—87执行七年来，技术已有新的发展，其中有些内容IEC已制定了国际标准。为适应技术发展的要求和贯彻积极采用国际标准的精神，原标准需作修订。 为便于采用IEC标准和今后增补、修订标准的方便，经技术委员会研究，将GB 7409改编为系列标准：修订后的GB 7409.1等同采用IEC 34-16-1：1991；GB 7409.2等同采用IEC 34-16-2：1991，至于GB 7409.3，由于IEC目前还没有相应的标准，此部分是根据GB 7409执行七年的情况并参考了美国IEEE std 421.1—1986、421.A—1978、421.B—1979和原苏联ГОСТ21558—88等标准编写的。 本标准定义的同步旋转电机的励磁系统术语为一般通用的术语。同步电机励磁系统所有 各分标准在使用同步电机励磁系统技术名词和术语时均符合本标准之规定。其他未包括的术 语，应在同步电机励磁系统各分标准中作补充规定。 本标准由全国旋转电机标准化技术委员会汽轮发电机分技术委员会提出并归口。 本标准负责起草单位：哈尔滨大电机研究所。 主要起草人：忽树岳。 IEC
1)IEC(国际电工委员会)是由所有国家的电工技术委员会(IEC国家委员会)组成的世界范围内的标准化组织。IEC的目的是促进电工和电子领域内所有有关标准化问题的国际间的合 作。为此目的和除其他活动之外，IEC出版国际标准。这些标准是委托各个技术委员会制定 的；对所讨论的主题感兴趣的任何一个国家委员会都可以参加起草工作，与IEC有联系的国际的，政府的和非政府的组织也可以参加起草工作。IEC和ISO(国际标准化组织)按两大组织之间共同确定的条件紧密合作。 2)IEC关于技术问题的正式决议或协议是由代表各国家委员会专门利益的技术委员会 所制定的，这些决议或协议都尽可能充分地表达了国际上所涉及的问题的一致意见。 3)这些决议或协议均以标准、技术报告或导则的形式出版且以推荐的形式供国际上使 用，并在此意义上为各国家委员会所承认。 4)为了促进国际上的统一，IEC各国家委员会应尽最大可能在各自的国家和地区标准中 明确地采用IEC国际标准，并应清楚地指明IEC标准与对应的本国或本地区标准之间的某 些分歧。 5)IEC对任何申明符合其某些标准的设备不提供表明它已被认可的标记过程，并且也不 对其负责。 IEC
1 同步电机 8.1 同步电机原理和结构 1．同步发电机原理简述 （1）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。最常用的转场式同步电机的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）。除了转场式同步电机外，还有转枢 式同步发电机，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8-1-1给出了典型的转场 式同步发电机的结构模型。图中用AX 、BY ， CZ 共3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。 （2）工作原理 同步电机电枢绕组是三相对称交流绕组，当 原动拖动转子旋转时，通入三相对称电流后，会产生高速旋转磁场，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），会在其中感应出大小和方向按周期性变化的交变电势，每相感应电势的有效值为， E 0＝4.44f N Фf k w （8-1-1） 式中 f ——电源频率；Фf ——每极平均磁通； N ——绕组总导体数；k w ——绕组系数； E 0是由励磁绕组产生的磁通Фf 在电枢绕组中感应而得，称为励磁电势（也称主电势、空载电势、转子电势）。由于三相电枢绕组在空间分布的对称性，决定了三相绕组中的感应电势将在的时间上呈现出对称性，即在时间相位上相互错开1/3周期。通过绕组的出线端将三相感应电势引出后可以作为交流电源。可见，同步发电机可以将原动机提供给转子的旋转机械能转化为三相对称的交变电能。 感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即 图8-1-1 同步电机结构模型 60pn f
同步电动机励磁控制装置 使用说明书 沈阳远大机电装备有限公司 二○○九年十一月十七日
一、概述 TDLC系列同步电动机全数字励磁装置是我公司自行研发的新一代产品，采用全数字控制，主要用于同步电动机励磁调节系统，可根据不同的负载选择不同的运行方式，具有运行可靠、技术先进、结构简单、功能齐全、性能稳定、调试方便、维护简单等优点。 二、型号说明 产品系列代码额定励磁电流 设计序号额定励磁电压 三、适用范围 本装置可作为拖动重载或轻载起动的同步电动机的直流励磁电源，与同步电动机单机配套，适用于各种气体压缩机、风机、球磨机等，也可适用于拖动冲击负荷（如轧钢负荷）的同步电动机励磁用。适用电机功率范围为200-20000KW。 四、使用环境 1、海拔高度不超过1500米，超过1500米时要降容使用； 2、周围空气介质温度-10℃ -- +45℃； 3、周围空气相对湿度不大于85% (20±5℃)； 4、无腐蚀性气体导电尘埃及易燃易爆场所； 5、无剧烈振动冲击，倾斜度不超过5°； 6、户内安装，安装地点有良好的通风。 五、性能特点 1、适用于380V—10KV电压等级的同步电动机，装置供电为三相四线制，可满足轻载或重载启动要求。 2、全数字控制模式，摒弃常规电位器整定及调节方法。无需调试即可运行。
3、启动无脉振，电机异步启动过程平稳、快捷，可满足电机降压或全压启动。 4、电机的投励采用滑差检测准角（反极性末尾）投励，投励的角度选择国际公认的电器分离角最小的位置；还设有定时后备投励环节，保证电机启动一次投励成功。 5、励磁装置能以恒流、恒功率因数及恒无功方式运行（后两种选配），能有效克服电网电压的波动及由于电机转子温升带来的电流变化，并且适应不同负荷要求自动调节励磁。 6、采用自有专利技术---整定灭磁，消除电机启动过程的脉振，增大牵入转矩，使电机启动平稳快捷。 7、具有过压、过流、失磁、失步及失步再整步等保护功能。 8、设有逆变环节，有效泄放电机转子的储能，保护电机和励磁装置免受损害。 9、测量自动重合闸信号，能够避免非同期冲击对电机造成的致命伤害。 10、强励功能，在电网电压下降时可提供1.4倍的强励电流。 11、具有和上位计算机通讯功能,通讯接口为RS232或者RS485。通讯协议为MODEL BUS。可以实现励磁柜功率因数COSφ，定子电流，励磁电压，电流的上传，实现远程调节励磁。（需要此功能的用户请在定货时说明，一般配置不包括此项功能）。 六、主要技术指标 1、输入要求：三相四线线制交流，380V±10%，50±1Hz。 2、功率因数在0.5-1范围内连续可调。 3、强励倍数最大为1.4倍，出厂设定值为1.2倍，时间为15秒。 4、励磁电流调节从0-600A连续可调。 5、电网电压波动在80%到110%范围内，恒流励磁调节偏差不大于±5%。 6、当控制电压偏差不超过+10%至-15%时，控制器能正常可靠工作。 7、滑差投励：按转子滑差5%顺极性投励。 8、后备投励：投时时间0-30秒可设定。 9、滑差投全压：按到达同步速的90%自动投全压。 10、延时投全压：延时投全压时间0-30秒可设定。
无刷励磁发电机的轴端头是一台交流发电机，其转子是发电绕组，发出的电流通过固定在发电机轴上的导线引导固定在轴上的硅整流管，整流后的直流直接进入转子绕组，其中没有整流刷这个东西，所以成为无刷励磁。 无刷励磁发电机的轴端头是一台交流发电机，其转子是发电绕组，发出的电流通过固定在发电机轴上的导线引导固定在轴上的硅整流管，整流后的直流直接进入转子绕组，其中没有整流刷这个东西，所以成为无刷励磁。曾经风靡过一段时间，但是由于整流管坏了就得停机，所以现在已经用的很少了，基本都采用自复励系统。 同步发电机励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。现说明如下： 1.直流励磁机励磁 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。 2.静止励磁器励磁 同一轴上有3台发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励（有时采用永磁发电机）。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。 3.旋转整流器励磁 静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到了数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。用于这种励磁系统取消了集电环和集电装置，故又称为无刷励磁系统。
同步电动机励磁柜操作步骤 1、合上励磁柜右下角励磁变压器电源开关。 2、合上上下俩触摸屏24V1 24V2电源开关。 3、将主令开关《调零》打向调试位，励磁变压器及励磁装置风机吸合旋转，约20秒后发出投向全压信号《触摸屏左下角开关量输出栏》8秒后误灭磁动作，此时励磁电流表有显示，电流大约160A 左右，紧接励磁电压表有电压显示。 4、将主令开关打向零位，点击触摸屏右下角复位图标，进入将开关量图标点击3秒及故障码清零。 5、将主令开关打向工作位，等待启动同步电动机。 6、当同步电动机起来后，功率因数表有可能显示的是滞后功率因数，急需旋转增磁旋钮来增磁使功率因数在超前0.95运行。 7、运行中若增减负荷，也得增减励磁电流，满足功率因数在超前0.9-0.95之间运行。 8、停机后关掉励磁柜所有电源。 开车前准备 (1首先应建立启机条件，当条件满足之后，方可联系调度、通知电工、仪表工做空投实验。包括主轴承温度高联锁，油压低联锁，油泵自启动，电气柜模拟合闸是否正常，主电机绝缘测试是否正常。（注：此项为每次开车必须要操作的步骤。）。现场检查, 并使仪表, 电器处于备用状态。 (2启机条件包括：循环油压建立、冷却水压建立、盘车手柄处于运行、盘车电机静止、滑环罩风压建立。（主电机允许运行指示灯亮） （3）查各设备, 排放各缓冲器和分离器油水。
(4开冷却水进出总阀, 各冷却器进出水阀, 填料及气缸夹套, 缸盖进出水阀门。检查冷却水流动情况, 确认冷却水压力达到启机要求。 (5启注油器, 检查各注油点注油情况。 (6检查稀油站油位, 油质, 启油泵, 检查油压是否达到开车要求, 观察十字头. 滑道润滑是否正常。停油泵, 将盘车手柄扳到" 盘车" 位置, 启油泵, 注油器, 盘车2到3分钟, 检查运动部件是否正常。停盘车电机, 油泵, 将盘车手柄扳到" 开车" 位置. 启动油泵。 (7启风机, 检查风量是否正常。 (8开合成气一回一, 二回一阀, 循环气回路调节阀(均为全开。 (9微开合成气进气阀及循环气进气阀, 合成气充压至1.0MPa, 循环气充压到3.0--5.0MPa 左右, 分别利用合成气放空阀和循环气放空阀进行放空置换2--3次。置换完成后, 关闭合成气一回一阀, 合成气, 循环气放空阀. 微开合成气及循环气进气阀, 分别充压到 1.0MPa,3.0--5.0MPa 。 氨压机5.2.1开车前的准备 (1通知电工、仪表工到现场检查机电仪泵，是否满足开车条件。 (2巡检检查现场各截止阀、电磁阀、调节器、排污阀等是否满足开车条件。 (3现场检查稀油站、偶合器的油箱油位、油质是否满足开车条件。 (4现场检查机组有无泄漏。 (5合格氮气已供至界区，压力与流量等能满足开车要求。 (6检查冷却水是否供至系统，水路是否畅通。 (7总控检查机组的联锁是否已复位、已解除；温度、振动、位移等是否满足开车条件。
定义:励磁装置是指同步发电机的励磁系统中除励 磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气 调控装置。励磁系统是电站设备中不可缺少的部分。 励磁系统包括励磁电源和励磁装置,其中励磁电源的主体是励磁机或励磁变压器;励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求,分别由调节屏、控制屏、灭磁屏和整流屏几部分组合而成。励磁装置的使用,是当电力系统正常工作的情况下,维持同步发电机机端电压于一给定的水平上,同时,还具有强行增磁、减磁和灭磁 功能。对于采用励磁变压器作为励磁电源的还具有整 流功能。励磁装置可以单独提供,亦可作为发电设备配 套供应。 励磁系统的主要作用有: 1)根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流,以维持机端电压为给定值; 2)控制并列运行各发电机间无功功率分配; 3)提高发电机并列运行的静态稳定性; 4)提高发电机并列运行的暂态稳定性; 5)在发电机内部出现故障时,进行灭磁,以减小故障损失程度; 6)根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。 原理:利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理,将原动机的机械能变为电能输出。同步发电机由定子和转子两部分组成。定子是发出电力的电枢,转子是磁极。定子由电枢铁芯,均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。转子通常为 隐极式,由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。汽轮发电机的极数多为两 极的,也有四极的。转子的励磁绕组通入直流电流,产生接近于正弦分布磁场(称为转子磁场),其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时,转子磁场随同一起旋转、每转一周,磁力线顺序切割定子的每相绕组,在三相定子绕组内感应出三相交流电势。发电机带对称负载运行时,三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋 转磁场。定子磁场和转子磁场相互作用,会产生制动转矩。从汽轮机输入的机械转
GER3000/T同步电动机励磁调节装置 技术说明书 南京申瑞电力电子有限公司
目 录 1 系统概述 (1) 2装置的特点及适用范围 (2) 2.1主要特点 (2) 2.2使用环境 (3) 3 主要功能及技术参数 (4) 3.1 主要功能 (4) 3.2主要技术参数 (4) 3.2.1模数转换器输入参数 (4) 3.2.2开关量输入输出容量 (5) 3.2.3输出参数： (5) 3.2.4电源参数 (5) 3.2.5指标参数 (5) 4 系统配置 (7) 4.1 电气配置 (7) 4.1.1系统框图 (7) 4.1.2操作回路配置 (7) 4.1.3 I/O口配置：（包括数模，模数） (7) 4.1.4 硬件电气配置 (7) 4.2 结构配置 (8) 5装置工作原理 (11) 5.1基本原理 (11) 5.2 基本单元原理 (11) 5.2.1调节控制器原理 (11) 5.2.2整流主回路原理 (13) 5.2.3风机控制回路原理 (14) 5.2.4启动及过压控制回路原理 (14) 5.2.5灭磁控制回路原理 (14) 5.2.6带励和失励失步控制回路原理 (14) 5.3软件功能介绍 (15) 5.3.1调节规律 (15) 5.3.2控制功能 (16)
1 系统概述 GER3000/T系列同步电动机微机励磁装置是专为大、中型同步电动机设计、制造的高可靠、高性能励磁设备，适用于球磨机、空气压缩机、泵类负载、轧钢机、冲床、鼓风机等的同步电动机励磁要求。该装置是控制理论与微机控制技术相结合的新型励磁调节装置。它不但具有常规同步电动机励磁调节装置的全部调节控制功能。并具有常规同步电动机励磁调节装置所不具备的许多控制、限制、保护和容错等功能，是现代同步电动机较为理想的励磁调节装置。微机励磁调节装置以其优良的控制调节规律；完备的限制及保护手段；通用和灵活的系统功能；简单的操作和维护；智能化调试和试验手段以及高的可靠性为主要特征。该装置满足国家标准《GB12667-90同步电动机半导体励磁装置总技术条件》和《GB10585-89中小型同步电机励磁系统基本技术要求》。 装置采用国际工业控制标准，具有优良的抗干扰性能。并可带载不停机更换控制插件、冷却风机、灭磁单元。智能化程度高，调试方便，操作简单，人机界面良好，平时维护工作量极少，能很好地满足工业环境下长期、安全、连续生产运行的要求，适用于各类工业企业的同步电动机。
.发电机的励磁方法及工作原理 同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。 一、发电机获得励磁电流的几种方式 1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。 2、交流励磁机供电的励磁方式代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。 3、无励磁机的励磁方式： 在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和
同步电动机励磁知识简 介 Revised by Chen Zhen in 2021
重庆中鼎电气有限公司 一、基本知识 同步电动机起动方式 同步电动机起动方式主要有异步起动和变频起动。变频起动需一套专用调频电源，技术复杂且设备成本高，主要用于负载及转动惯量都很大的大容量高速同步电动机，国内钢厂有几套进口变频起动装置，其它行业一般不使用。异步起动是同步电动机常用的起动方式，视供用电系统容量采用全压起动或降压起动，降压起动分为电抗器降压和自耦变压器降压。 图 1-1 电抗器降压起动图 1-2 自耦变压器降压起动电抗器降压起动 图 1-1 为采用电抗器降压起动主接线及投全压开关合闸控制回路示意图。电抗器降压时施加于电机端电压电流降低的同时起动力矩相应降低较大，适用于系统容量小不允许直接全压起动且对起动力矩要求不高的机组，如供电系统容量小但又要求起动力矩大的场合，需采用自耦变压器降压起动。电抗器降压起动时，合 1DL，机组转速加速至投
全压滑差时（约），励磁装置投全压继电器 JQY 动作，控制 2DL 合闸，将母线电压直接施加于电机定子。 自耦变压器降压起动 图 1-2 示自耦变压器降压起动主接线及控制回路，两者都较电抗器降压起动复杂。励磁装置投全压继电器 JQY 需控制 2DL 跳闸及 3DL 合闸，操作顺序为 1DL 合闸---2DL 合闸---JQY 动作跳 2DL， 合 3DL。 不论全压起动还是降压起动，机组起动时间长短与起动时 机端电压及负载等有关，从励磁装置读写控制器上读出的机组各次起动时间有些差异属正常。 同步电动机无功调节特性 同步电动机正常运行时需从电网吸收有功，吸收有功功率大小取决于所带负载及电机本身有功损耗。同步电动机无功决定于励磁装置输出励磁电流，过励（超前）运行时，同步电动机向电网发无功；欠励（滞后）运行时，从电网吸收无功；正常励磁运行时，既不发无功，又不吸收无功，对应功率因数 COSΦ＝1。同步电动机 V 形曲线是指电机定子电流 I 和励磁电流 If 的关系曲线，见图 1-3。 同步电动机 V 形曲线图表明，功率因数为 1 运行时，定子电流最小，在此基础上增/ 减磁，定子电流都将增加，增磁时功率因 数超前运行，减磁时功率因数滞后运行。利 用同步电动机 V 形曲线这一特点，在励磁
同步电动机励磁系统常见故障分析 本文结合KGLF11型励磁装置，对其在运行中的常见故障进行分析。 常见故障分析 (1)开机时调节6W，励磁电流电压无输出。 原因分析：励磁电流电压无输出，肯定是晶闸管无触发脉冲信号，而六组脉冲电路同时无触发脉冲很可能是移相插件接触不良，或者同步电源变压器4T损坏，造成没有移相给定电压加到六组脉冲电路的1V1基极回路上，从而六组脉冲电路无脉冲输出导致晶闸管不导通。 (2)励磁电压高而励磁电流偏低。 原因分析：这是个别触发脉冲消失或是个别晶闸管损坏的缘故。个别触发脉冲消失可能是脉冲插件接触不良。另外图1中三极管1V1、单极晶体管2VU及小晶闸管9VT损坏，或者是电容2C严重漏电或开路。如果主回路中晶闸管1VT～6VT中有某一个开路或是触发极失灵，同样会导致输出励磁电流偏低的现象。 (3)合励磁电路主开关时，励磁电流即有输出。 原因分析：这是由于图1所示脉冲电路中的三极管1V1集电极-发射极之间漏电，即使移相电路还未送来正确的控制电压，也会导致1C充电
到2VU导通的程度。2VU即输出触发使小晶闸管9VT导通，2C经9VT 放电而发出脉冲令1VT、3VT、6VT之一触发导通，使转子励磁电路中流过直流电流。 (4)同步电动机起动时，励磁不能自行投入。 原因分析：励磁不能自行投入。肯定是自动投励通道电路中断或工作不正常，因此可能是投励插件与插座间接触不良，或是图2所示投励电路中的三极管3V1、单结晶体管4VU工作不正常，电容5C漏电、电位器W′损坏。另外是移相插件同样有接触不良现象，或者是图3所示移相电路的小晶闸管10VT损坏等等。 (5)运行过程中励磁电流电压上下波动。 原因分析：引起励磁电流电压输出不稳的原因很多，主要有1)脉冲插件可能存在接触不良，造成个别触发脉冲时有时无。2)图1所示脉冲电路的电位器4W松动，使三极管1V1电流负反馈发生变化，造成放大器工作点不稳定，从而影响晶闸管主回路输出的稳定性。另外，如果电容2C漏电或单结晶体管2VU及三极管1V1性能不良，也会引起触发脉冲相位移动。3)图3所示移相电路的电位器6W松动或接触不良，将会使移相控制电压Ed间歇性消失，引起励磁电流电压输出大幅度波动。
同步电机的启动与励磁控制原理 一、概述 同步电机和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间又不变得关系n=ns=60f/p，ns成为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。 二、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。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。 1 同步发电机的工作原理 同步发电机是根据电磁感应原理制造的。主要组成部分如图1。现代交流发电机通常由两部分线圈构成;为了提高磁场的强度,一部分线圈绕在一个导磁性能良好的金属片叠成的圆筒内壁的凹槽内, 这个圆筒固定在机座上称为定子。定子内的线圈可输出感应电动势和感应电流,所以又称其为电枢。发电机的另一部分线圈则绕在定子圆筒内的一导磁率强的金属片叠成的圆柱体的凹槽内,称为转子。一根轴穿过转子中心并将其紧固在一起,轴两端与机座构成轴承支撑。转子与定子内壁之间保持小而均匀的间隙且可灵活转动。这叫做旋转磁场式结构的无刷同步发电机。 工作时,转子线圈通以直流电形成直流恒定磁场,在柴油机的带动下转子快速旋转,恒定磁场也随 之旋转,定子的线圈被磁场磁力线切割产生感应电动势,发电机就发出电来。 1—前端盖;2—出风盖板;3—轴承;4—定子;5—端子箱侧板;6—电压调节器;7—调节器支架;8—端子箱顶盖;9—端子箱前后板;10—接线板;11—接线板支架;12—端子箱侧板;13—吊攀;14—轴承盖;15—进风盖板;16—后端盖;17—励磁定子;18—励磁定子固定螺栓;19—轴承;20—旋转整流器;21—励磁电枢;22—接地牌;23—转子;24—风扇;25—永磁机机壳;26—永磁机转轴;27—永磁机转子;28—永磁机定子;29—永磁机定子固定螺栓;30—永磁机转子固定螺栓;31—垫圈;32—永磁机盖板 转子及其恒定磁场被柴油机带动快速旋转时,在转子与定子之间小而均匀的间隙中形成一个旋转的磁场,称为转子磁场或主磁场。平常工作时发电机的定子线圈即电枢都接有负载,定子线圈被磁场磁力线切割后产生的感应电动势通过负载形成感应电流,此电流流过定子线圈也会在间隙中产生一个磁场,称为定子磁场或电枢磁场。这样在转子、定子之间小而均匀的间隙中出现了转子磁场和定子磁场,这两个磁场相互作用构成一个合成磁场。发电机就是由合成磁场的磁力线切割定子线圈而发电的。由于定子磁场是由转子磁场引起的,且它们之间总是保持着一先一后并且同速的同步关系,所以称这种发电机为同步发电机。同步发电机在机械结构和电器性能上都具有许多优点。 2 同步发电机的维护 同步发电机是柴油发电机组的关键部分。为柴油发电机组建立一个合适的工作环境,做好日常维护是十分必要的。