第十三章励磁系统
第一节概述
同步发电机的励磁控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机组成的系统。其构成如图13-1所示。励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求和给定调节准则控制励磁功率单元输出的装置。
图13-1发电机励磁系统基本原理框图
随着电力工业的发展，电力系统开始进入了大容量、大电网、高自动化时期。对于大电网而言，电力系统的稳定性显得尤为重要，而大容量发电机短路比的减小及瞬变电抗的增大，均给系统稳定带来了不利影响。因此，350MW机组对发电机励磁系统的顶值电压倍数和响应速度提出了更高要求。目前，国内外350MW及以上容量发电机组主要采用无刷励磁方式和自并励励磁方式。近年来，由于自并励励磁系统具有固有的高起始快速响应特性，而且接线简单，维护方便，加之电力系统稳定器（PSS）的配合使用，较好地解决了系统稳定性的问题，从而使自并励励磁系统得到了更为广泛的应用。
一、励磁系统的作用和要求
励磁系统是发电机的重要组成部分，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。
励磁系统的主要作用有：
1）在电力系统正常运行情况下，维持发电机或系统某点电压水平。
2）合理分配发电机间的无功负荷。
3）提高电力系统的静态稳定。
4）提高电力系统的动态稳定。在大容量长距离输电的电网中，采用自动调节励磁装置来提高系统的稳定性是方便和经济的，因此大型发电机上的励磁调节器的作用已超出调节电压的范围，所以称为励磁调节器，而不称为电压调节器。
5）提高带时限继电保护装置动作的灵敏度。
6）在暂态过程中（如故障切除后、个别发电机失磁时），能加速电网电压的恢复，提高电能质量，改善系统的工作条件。
励磁系统的要求：
1）在正常运行时，能按照负荷电流和电压的变化，自动地改变励磁电流，以维持电压在给定值水平，并能稳定分配机组间的无功负荷。
2）应有足够的功率输出，在电力系统发生事故，电压降低时，能迅速地将发电机的励磁加大到最大值，以实现强行励磁的作用。
3）装置本身应无死区以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速、工作可靠、调节过程要稳定。
二、励磁系统的暂态性能指标
励磁系统的暂态性能指标有强行励磁顶值电压倍数、励磁电压上升速度（电压响应比）和励磁电压上升响应时间。
（一）强行励磁顶值电压倍数
强行励磁顶值电压倍数，一般是指在强励作用下励磁功率单元输出的最大励磁电压
与额定励磁电压的比值，可用下式表示
(13-1)
式中—稳态顶值电压倍数．又称强励倍数。
强行励磁顶值电压倍数用于衡量励磁系统的强励能力。现代同步发电机励磁系统的强励倍数一般为。强励倍数越高，越有利于电力系统的稳定运行。大容量发电机受过载能力约束，一般承受强励倍数能力比中小容量发电机低，但为了保证电力系统的稳定性，即使是大容量发电机也应选取较高的强励倍数。
临沂发电公司2350MW发电机励磁系统具有短时过载能力，强励倍数不小于2.0，允许强励时间为20秒。
（二）励磁电压上升速度—电压响应比
励磁电压上升速度是励磁系统重要性能指标之一。随着机组容量增大、励磁方式的改进和发展，励磁电压上升速度一般采用励磁机等效时间常数法来确定励磁电压上升速度。
励磁电压上升速度定义为：当强励作用时，在时间间隔为励磁机等效时间常数之内，顶值励磁电压与额定励磁电压差值（）的0.632倍的平均上升速度对额定励磁电压之比，称为“电压响应比”，可用公式表示为
(13-2)
式中励磁机等效时间常数。
（三）励磁电压上升响应时间
目前还采用另一个反映响应速度
快慢的指标，即励磁电压上升响应时
间。其定义是：励磁电压从额定值
上升到的时间，称为励磁电
压上升响应时间。对于响应时间
的励磁系统，通常称其为高起始响应
励磁系统。
临沂发电公司2350MW机组励磁
系统具有高起始响应特性，电压响应
时间小于0.1秒。
三、发电机的调压特性与机组间无功功率分配
电力系统的电压调节与无功功率分配密切相关。当系统调度给定了发电厂母线电压曲线或无功负荷曲线后，保证母线电压水平和稳定合理地分配机组间的无功功率，就是各个机组自动励磁调节装置的任务。机组间能否合理稳定地分配无功功率，与发电机的调压特性直接相关。
（一）发电机的调压特性
发电机负载电流中的有功分量在电枢反应中起交磁作用，对发电机端电压的影响不大，而负载电流中的无功分量在电枢反应中起去磁作用，直接影响到发电机的端电压。因此励磁调节器的测量系统如仅仅反映发电机端电压变化，显然是不够的。通常保持发电机在空载运行及额定无
功功率运行情况下，其机端电压有一定的偏差。发电机电压随无功电流变化的这种特性称为调压特性，也称无功调节特性即，调压特性是一条直线，如图13-2所示。
发电机带自动励磁调节器后，无功电流变动时，发电机电压基本维持不变。调节特性倾斜的程度反映了发电机励磁控制系统的运行特性，用调差系数来表征这一特性。调差系数定义为当负荷电流的无功分量从零增加到额定值，发电机电压的相对变化值，即
(13-2)
式中
—发电机额定电压(与对应)；
—发电机空载电压。
图13-2无功调差特性
可见，调差系数表示无功电流从零增加到额定值时，发电机电压的相对变化。调差
系数越小，无功电流变化时引起的发电机电压变化越小。所以可用调差精度来表征励磁控制系统维持发电机电压的能力。
由于各发电机在电网运行中的情况各不相同，对无功调节提出的要求也各不相同，因此在励磁调节器中设置有调差单元，供调试人员在不同的运行情况下设置不同的调差系数。
图13-3为发电机调差特性的三种类型。为正调差特性，其调节特性下倾，即发电机端电压随无功负载电流增大而降低。为负调差特性，其调节特性上翘，发电机端电压随无功负载电流的增大而升高。是无差调节，这时发电机端电压恒定不变。当多台发电机端直接并联在一起工作的时候，为了并联机组间能有稳定的无功分配，这些发电机都必须有正的调差系数并要求调差系数。
调差特性的调整主要应满足运行方面的如下要求:
(1)发电机投入和退出系统运行时，能平稳地改变无功负荷，不致发生无功功率的冲击。
(2)保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配
（二）机端并联运行机组间无功功率的分配
当几台发电机在同一母线上并联运行时，改变任何一台机组的励磁电流不仅影响该机组所带无功功率，而且还影响到同一母线上并联运行的其他机组的无功功率，同时也引起母线电压的变化。这些变化与机组的无功调节特性有关。
一台无差调差特性的发电机和其他正调差特性的发电机并联运行时，由于具有无差调差特性的发电机将承担无功功率的全部增量，机组间无功功率的分配很不合理，这种运行方式很少采用。
如果2台具有无差调差特性的机组并联于
同一母线上，由于实际中很难做到2台机组的
电压整定值正好相等，因此无功负荷将全部集
中在一台发电机上，如果真能使2台机组电压
整定值相等，则无功负荷将在2台机组间变动，
无法稳定下来，所以2台无差调差特性的机组
不能并列运行。
当多台具有正调差特性发电机在公共母
线上并联运行，出现系统无功波动时，则各电
机的电压偏差相同，调差系数小的发电机承担
较多的无功电流增量。通常要求各台发电机无
功负荷的波动量与它们的额定容量成正比，即图13-3发电机不同的调差特性
希望各发电机无功电流波动量的标么值相等，
这就要求并联运行的发电机具有相同的调差系数。
第二节励磁系统的励磁方式
一、主要励磁方式
发电机的励磁方式按励磁电源的不同分为三种方式：一是直流励磁机励磁方式；二是交流励磁机励磁方式，其中按功率整流器是静止还是旋转的不同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；三是静止励磁方式。对大容量汽轮发电机的励磁，只能采用把交流电源经硅整流后供给励磁系统。根据交流励磁电源的种类不同，汽轮发电机的励磁电源可分为两大类。第一类是采用与主机同轴的交流发电机作为励磁电源，经硅整流后，供给主发电机的励磁。这类励磁系统，按整流器是静止还是随发电机轴旋转，又可分为他励静止硅整流和他励旋转硅整流两种励磁方式。第二类是采用接于发电机出口的励磁变压器作为励磁电源，经硅整流后供给发电机励磁。因励磁电源取自发电机本身或发电机所在的电力系统，故称为自励系统。如果只用励磁变压器并联在发电机出口，则称为自并励方式。
二、旋转硅整流励磁（无刷励磁）系统
图13-4为无刷励磁系统的原理接线图。发电机G的励磁电流由同轴的交流励磁机EX （称为主励磁机）经硅二极管整流器SR整流后供给，而交流主励磁机的励磁电流由永磁发电机（称为副励磁机）输出经晶闸管整流器SCR整流后供给。交流励磁机与通常的交流发电机结构不同，其直流励磁绕组（磁极）是在定子上，而三相交流绕组与硅二极管整流器和主发电机的励磁绕组装在同一转轴上。因此，交流励磁机的输出经整流后，就可直接送入发电机励磁绕组，中间不需要滑环和电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。
发电机励磁电流的控制，是利用自动电压调整器AVR控制晶闸管SCR的导通角，改变交流励磁机的励磁电流，使其输出变化，就可达到控制发电机励磁的目的。
图13-4有副励磁机的无刷励磁系统原理接线图
三、同轴交流励磁机静止可控硅整流励磁系统
同轴交流励磁机静止可控硅整流励磁系统的原理接线如图13-5所示，发电机G的励磁电流由交流励磁机EX经静止可控硅整流器（SCR）整流，再经电刷和滑环送入。交流励磁机的励磁一般采用可控硅自励恒压方式，在发电机的各种运行工况下，励磁机的出口电压总是自动保持在发电机强励顶值电压的水平上。交流励磁机的初始励磁电源，可采用220V蓄电池或厂用220V交流经整流取得。
图13-5同轴交流励磁机静止可控硅整流励磁系统原理接线图
四、自并励励磁系统
供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。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。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。如图13-6所示：
图13-6发电机自并励励磁系统基本原理框图
其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的
装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。
但是，自并励励磁系统中有两个问题值得注意：第一，发电机近端短路，机端电压突然降低时能否满足强励要求，机组是否会失磁；第二，由于强励减弱时短路电流迅速衰减，带时限的继电保护是否会拒绝动作。
临沂发电公司2350MW发电机采用自并励静止励磁系统如图13-7所示，装有电力系
统稳定器（PSS）。励磁变压器采用环氧浇注式变压器。励磁系统的特性与参数满足电力系统各种运行方式和发电机所有运行条件的要求。自并励静止励磁装置选用南瑞电控产品。本系统由一台并接于发电机机端的励磁变作为励磁电源，经两套并运的可控硅整流后供给发电机磁场电流，自动电压调节器（AVR）改变可控硅整流装置的触发角来控制发电机的运行工况，系统主要由机端励磁变压器、可控硅整流装置、自动电压调节器、灭磁和过电压保护装置、启励装置、必要的监测、保护、报警辅助装置等组成。
图13-7发电机自并励励磁系统示意图
第三节硅整流装置
同步发电机的励磁机励磁及自身的励磁需要的是直流电流，在励磁控制系统中进行交直流转换的设备是硅整流装置。按整流电路原理可以分为不可控桥式整流电路、半控桥式整流电路以及全控桥式整流电路。现在电厂的励磁系统中大多采用了三相全控桥式整流电路，本节针对三相全控桥式整流电路的工作原理及特点予以说明。
一、三相全控桥式整流电路
三相全控桥式整流电路的六个整流元件全部采用晶闸管，这样的电路称为三相全控桥，如图13-8所示。其中SCR1、SCR3、SCR5为共阴极组，SCR2、SCR4、SCR6为共阳极组。对三相全控桥触发脉冲应满足以下两点要求：
1）六只晶闸管触发脉冲顺序应按SCR1、SCR2、…、SCR6，触发脉冲间隔依次相差；
2）触发脉冲应采用双脉冲或宽脉冲，且触发脉冲与相应交流电压保持同步。
图13-8三相全控桥式整流电路原理图
经分析计算，三相全控桥式整流电路在带有电感性负载时，输出电压平均值为
式中——加在三相全控整流桥上的线电压有效值；
——触发脉冲控制角。
1）时，输出平均电压为正，三相全控桥工作在整流状态。
2）时，输出平均电压为负，三相全控桥工作在逆变状态。
二、硅整流元件的保护
硅整流元件是半导体励磁装置中的重要功率器件。如不采取适当的保护和抑制措施，在运行中就有可能使硅整流元件工作失常、寿命缩短，甚至损坏。
（一）过电流保护
硅整流元件发生过电流的主要原因有：
（1）直流侧短路。
（2）定子回路中的暂态冲击耦合到转子绕组中，引起转子绕组瞬时过电流。
（3）硅整流元件本身短路。当整流桥内部某一整流元件击穿短路，失去阻断能力，则交流电源可通过已短路的整流元件与同组其他完好的整流元件形成短路，造成完好的整流元件也流过短路电流。
（4）晶闸管元件的控制脉冲失常。如误触发、失脉冲、逆变颠覆和触发角过小等。
对于以上异常情况下的过电流，通常是采用过电流保护措施，及时切断故障电流，或者采用过电流限制措施，限制流过整流元件的电流，以避免整流元件因PN结的温度过高而遭到损坏。
在整流装置中，常用的过电流保护措施是装设快速熔断器。一般将快速熔断器与整流元件串联，能有选择地切断故障支路，而不影响完好支路的工作。快速熔断器的熔断
时间一般在之内。对于小型整流装置，快速熔断器可以接在交流侧或直流侧，如图
13-9所示。
图13-9快速熔断装置的安装位置
（a）三相不可控整流（b）单相桥式整流（c）三相可控硅桥式整流
（二）过电压保护
如果加在晶闸管元件的瞬时反向电压达到反向击穿电压，则将造成晶闸管元件的反向击穿；如果所加瞬时正向电压达到其正向转折电压，则将造成晶闸管元件的误导通（失控），破坏可控整流电路的正常工作，也可能导致晶闸管元件的损坏。
过电压的来源主要有以下几种：
（1）当整流电路的直流侧开关断开时，由于电流突变，将在交流回路的电感元件上产生过电压。
（2）换相过电压。被关断相的电流迅速由负荷电流降到零时，将在交流回路的电感元件上感应出高电压。
（3）发电机定子回路中的暂态冲击传递至转子绕组，当所产生的感应过电压企图使转子电流反向而被硅整流元件阻断时，将产生极高的过电压。
常用的过电压保护措施主要有下述几种：
（1）阻容保护。阻容保护可用于整流桥交流侧、直流侧及硅整流元件本身的过电压保护。阻容吸收电路如图13-9所示。交流侧三相阻容保护通常采用三角形接法，以减小电容量，但耐压要求高。星形阻容电路的电容量是三角形接法的3倍，但耐压要求低，所需电阻值也小。
对于大容量的晶闸管装置，三相阻容保护装置体积比较庞大，这时可以采用如图13-10（d）所示的三相整流式阻容保护。虽然另设一组整流器，但只用一组电容，并因只承受直流电压而可采用体积小、电容量大的电解电容。
交流侧及直流侧阻容保护主要用来吸收来自交流电源侧和直流负荷侧的浪涌过电压。与硅整流元件并联的阻容保护主要用来吸收换相过电压。另外，阻容保护的放电电流因整流桥的反向阻断作用而自成回路，有助于减少晶闸管元件导通时的电流上升率。因此，阻容保护得到了最广泛的应用。
图13-10阻容吸收电路的几种接法
（a）整流桥交流侧单相阻容保护（b）三角形接法的阻容保护
（c）星形接法的三相阻容保护（d）三相整流式阻容保护
（2）非线性电阻过电压保护。
利用非线性电阻来抑制浪涌电压，具有结构简单、运行可靠的优点。常用的非线性电阻有硒堆和压敏电阻。硒堆保护的优点是能吸收较大的浪涌能量，缺点是体积大，伏安特性不陡，维护工作量较大。它可以用在交流侧和直流侧作过电压保护，也可并在整流元件两端以吸收换相过电压，但不能抑制电压上升率，因此在电压上升率较大的场合仍需装设阻容保护。
临沂发电公司2350MW发电机功率整流装置每个功率元件都有快速熔断器保护，机组运行中单个整流柜检修或故障时能够方便的投退，要求整流装置设交、直流隔离刀闸。
第四节励磁系统的灭磁方式
一、灭磁的作用和要求
灭磁系统的作用是当发电机内部及外部发生诸如短路及接地等事故时迅速切断发电机的励磁，并将蓄存在励磁绕组中的磁场能量快速消耗在灭磁回路中。
图13-11为灭磁系统的原理图，图中a代表发电机机端短路，b表示定子绕组接地，c表示转子滑环直接短路，d为整流器装置故障，在这些情况下均要求快速切除励磁电源，对发电机进行灭磁。
图13-11发电机灭磁系统原理图
需要说明的是，当采用发电机变压器组接线时，在发电机外部至变压器，以及与主断路器连接的导线上出现故障时，发电机也需要快速灭磁。
在《继电保护和自动装置规程》中规定，对系统中的发电机，除需要装设反应各种故障的继电保护装置外，还需装设自动灭磁装置。并规定，当继电保护动作后，立即断开主断路器及自动灭磁开关（磁场开关）。
对火磁的要求：
（1）灭磁时间应尽可能短，这是评价灭磁装置的一项重要技术指标。
（2）发电机励磁绕组两端的过电压不应超过容许值，其值通常取为转子额定励磁电压的倍。
二、常用灭磁方法及其特点
最简单的灭磁方法是将磁场回路断开，则磁场电流瞬间到零，完成灭磁。但磁场绕组具有很大电感，突然断流会在其两端产生很高的感应过电压，可能将绝缘击穿。因此，在断开磁场电流的同时，还应将转子励磁绕组自动接入到放电电阻或其他消能装置上，使磁路中的储能被迅速消耗掉。
目前各国所发展的灭磁系统，可分为以下几种方式：
(l）利用线性电阻的灭磁系统。
(2）利用非线性电阻的灭磁系统。非线性电阻的材料可由金属氧化物氧化锌ZnO或由陶瓷结合的碳化硅S i C构成。
(3）具有短弧灭弧栅片的灭磁系统。主要应用在前苏联和中国，其他国家未发展这种灭磁系统。临沂发电公司50MW机组采用此种灭磁系统。
(4）由晶闸管跨接器与直流断路器组成的灭磁系统。
(5）由晶闸管跨接器与交流断路器组成的灭磁系统。
(6）逆变灭磁。
逆变灭磁时，不需放电电阻或灭弧栅，是一种简便实用的灭磁方法。由于无触点、不燃弧，不产生大量热量，因而灭磁可靠，但灭磁时间相对较长。在这种情况下，应配合其他灭磁方法同时灭磁，使灭磁更迅速，更可靠。
临沂发电公司2350MW机组正常停机采用逆变灭磁方式，逆变灭磁的控制通过AVR
实现；事故停机时跳开磁场断路器，通过晶闸管跨接器与直流断路器组成的灭磁系统投非线性灭磁电阻灭磁。灭磁开关采用原装进口产品（ABB）。
（三）励磁系统主回路连接
临沂发电公司2350MW机组励磁变高压侧经离相封闭母线与发电机机端相连；低压侧经共箱封闭母线与交流进线柜相连；灭磁柜经共箱封闭母线与发电机励磁绕组相连。直流励磁母线与发电机的分界点在发电机刷架下。
第五节自动励磁调节器
一、自动励磁调节器的作用和要求
自动励磁调节器是励磁控制系统中的重要组成部分，其基本任务是监测和综合励磁控制系统运行状态的信息，包括发电机机端电压、有功功率、无功功率、励磁电流和频率等，并产生相应的控制信号，控制励磁功率单元输出，达到自动调节励磁、满足发电机及其系统运行需要的目的。由于自动励磁调节器的主要作用是实现发电机电压的自动调节，所以，通常又简称其为自动电压调节器AVR(Automatic voltage regulator）。
自动励磁调节器除能参与完成本章第一节中所述的任务和要求外，还必须满足下述要求：
(l）具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。
(2）具有较高的调压精确度。自动励磁调节器电压调节精确度有如下两个指标：l）负荷变化时的电压调节精确度。负荷变化时的电压调节精确度（或称稳态电压调整率）是指在无功补偿单元（即调差单元）退出的情况下，发电机负荷从零增大至额定值时端电压的变化率，即励磁控制系统的自然调差系数。对于现代的励磁调节装置，其调压精确度（即自然调差系数）一般在之内。
临沂发电公司2350MW机组自动电压调节器的调压范围，发电机空载时能在
额定电压范围内稳定平滑调节，整定电压的分辩率不大于额定电压的。
手动调压范围，下限不高于发电机空载励磁电压的，上限不低于发电机额定励磁电压的。
2）频率变动时的电压调节精确度。这是指发电机在空载状态下，频率在规定范围内变动时，发电机端电压的变化率。对于现代的半导体型自动励磁调节装置的励磁系统，频率变动时，发电机端电压的变化率。
临沂发电公司2350MW机组电压频率特性，当发电机空载时频率变化±1%，其端电
压变化不大于±0.25%额定电压值；自动电压调节器的调压速度，不大于1%额定电压/秒，不小于0.3%额定电压/秒。
(3）要求调节灵敏，即失灵区要小或几乎没有失灵区。这样才能保证并列运行的发电机间无功负荷分配稳定，才能在人工稳定区运行而不产生功角振荡。
(4）保证调节系统运行稳定、可靠，调整方便，维护简单。
二、半导体励磁调节器原理
（一）丰导体励磁调节器的构成
半导体励磁调节器的基本组成部分包括调差单元、测量比较单元、综合放大单元、移相触发单元、可控整流单元、辅助控制单元。如图13-12所示。
图13-12半导体励磁调节器原理图
调差单元的作用是调整调差系数，来改变同步发电机的外特性，实现并列运行机组间在给定电压水平下，无功功率的稳定、合理的分配；测量比较单元用以测量发电机电压并变换为直流电压，再与给定电压相比较，得出发电机电压偏差信号，综合放大单元是将电压偏差信号及辅助控制信号线性地综合放大输出控制电压；移相触发单元，通过产生相位随着控制电压改变的触发脉冲，用于控制整流桥的励磁输出，实质上就是利用
控制电压改变控制角。其中的同步环节是为了保证晶闸管元件上所加电压与控制极上所加触发电压在相位上配合合理，即保持同步，以确保晶闸管的导通与截止。
辅助控制单元是根据运行要求和机组的具体情况有选择地进行功能配置。其中较常见的功能有最小励磁限制、最大励磁限制、瞬时电流限制、电压／频率限制等。最小励磁限制的作用是在发电机进相运行（欠励磁状态）时，将最小励磁电流限制在发电机临界失步稳定极限允许的范围内，并且使最小励磁值不致低于发电机定子端部绕组及铁芯部件的发热容许范围。最大励磁限制是为了防止发电机转子绕组长时间过励磁导致绕组过热而危及绝缘，当强励时间超过绕组允许发热时间时，本环节执行限制功能，使励磁电流减小到允许范围内。瞬时电流限制用以防止高起始励磁响应系统在进行满足系统稳定性要求的强励调节时，超过规定的强励顶值，危及发电机和系统安全，故由本环节对强励顶值电流进行限制，电压／频率限制是指限制发电机端电压与频率的比值，以防止发电机及主变压器由于电压升高或频率降低导致铁芯饱和而引起过热。
图13-12励磁调节器的简化原理图
（二）励磁调节器的工作特性
励磁调节器的简化原理框图如图13-12所示。励磁调节器的静态工作特性由各组成单元的工作特性综合而成。合成后的静态工作特性如图13-13所示。由图可见，励磁调
节器在线性段范围内工作，升高，励磁电流急剧减少；降低，励磁电流急剧增
加。当改变测量比较单元的基准电压设定值时，励磁调节器的静态工作特性曲线将随给定值变化而向左或向右移动。
图13-13励磁调节器的静态工作特性
（三）发电机调节特性
装有自动励磁调节器的发电机，其调节特性是指发电机端电压与定子电流无功分量之间的关系，即。它除与发电机本身的特性（一定时，发电机转子电流
与的关系）有关外，主要决定于调节器的工作特性。如果调差单元退出工作，自动励
磁调节器只按测量值与基准值的电压偏差进行比例调节，则发电机调压特性为略向下倾的直线，此时的调差系数称为自然调差系数。自然调差系数很小，无功电流变化时，发
电机端电压可保持近似恒定不变。
由本章第一节可知，并列运行的各机组间无功负荷要得到合理分配，必须保证各机组的调差系数相同，对于通过升压变压器并列在高压母线上的机组，其一般取负值。为了达到这些目的，在励磁调节器中都设置有调差单元，使发电机调压特性的调差系数可在更大的范围（）内调整，以满足各种运行要求。
发电机的调压特性曲线，可通过励磁调节器测量比较单元中的电压设定值（基准电压）的调节而使其向上或向下平移，达到电压或无功调节的目的。
（四）调差单元的工作原理
经过调差单元后，发电机机端线电压被转换成为经无功电流比例补偿后的电压。二者之间可用下式表示
式中k—比例系数。
调差单元基本上只反映无功电流的变化量，故又称为无功补偿单元。对于正调差特性机组而言，当无功负荷增加时，励磁调节器测量比较单元的输入侧所感受到的电压
上升，A VR将减小发电机的励磁电流，驱使机端电压降低，所以得到下倾的外特性．负调差特性机组的无功负荷增加时，测量比较单元的输人侧所感受到的电压的感受电压减小，A VR将增大发电机的励磁电流，驱使机端电压升高，所以得到上翘的外特性。改变调差电阻的大小，便可整定调差系数。
临沂发电公司2350MW发电机励磁系统由两台相互独立晶闸管整流的自动励磁调节柜组成。正常运行中，两台自动励磁调节柜并列运行，共同提供励磁电流。
当一台自动励磁调节柜故障时，另一台自动励磁调节柜能自动承担全部励磁电流，并能满足强励的要求，发出报警，且不影响另一通道的正常工作状态。此外还设有手动励磁控制单元作为备用，手动励磁控制单元能自动跟踪，自动跟踪有上、下限值。手动控制设有必要的监视指示。自动切换到手动，也允许从手动切换到自动。所有切换保证对发电机正常运行无扰动。
第六节典型微机型励磁控制系统
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；
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1.1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0.8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1.1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1.1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。自动调节器采用风机强制通风。
发电机无刷励磁结构及原理 一、励磁系统作用 励磁系统的主要作用就是维持发电机的电压在给定范围,主要有以下三点: 1、是保证电力系统运行设备的安全。电力系统中的运行设备都有其额定运行电压和最高运行电压。保证发电机端电压在容许水平上，是保证发电机及其电力系统设备安全运行的基础条件之一，这就要求发电机励磁系统不仅能够在静态下,而且在大扰动后的稳态下保证发电机在给定的容许水平上,一般发电机运行电压不得高于额定值的１0%。 2、保证发电机运行的经济性。发电机在额定值附近运行是最经济的，如果发电机电压下降,则输出相同的功率所需的定子电流将增加,从而使损耗增加。一般发电机运行电压不得低于额定值的90%；当发电机电压低于９5%时,发电机应该限负荷运行。 3、提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。 二、有刷励磁和无刷励磁的优缺点 发电机励磁系统一般分为有刷励磁和无刷励磁,它们各有优缺点,具体区别如下: 1、有刷励磁是通过与发电机同轴的直流发电机发出直流电，再经过电刷和滑环加在发电机转子线圈上。 优点是：发电机与励磁系统界限明显,相对独立、直观明了,转子励磁电流、励磁电压容易取得，数值准确、检修方便。 缺点是：由于电刷的存在,增加了接触电阻，随着励磁电流的增加，电刷和
滑环常常因接触不良导致发热,严重时会产生环火而烧毁刷架和滑环,并且电刷的质量也直接影响到运行的稳定性，故障率高；电刷磨损产生的碳粉对环境卫生有一定影响,容易污染轴承座,降低绝缘,给安全运行带来一定隐患;由于电刷存在磨损,运行人员要经常巡视、擦拭、更换电刷,在擦拭、更换时存有一定安全隐患。 2、无刷励磁系统是由发电机和与发电机同轴连接的励磁发电机组成,这种励磁发电机不同于和发电机同轴的直流发电机，这种励磁发电机实际上是交流发电机，它所发出的三相交流电通过连接在其轴上的旋转整流器进行整流，输出的直流电直接接在发电机转子绕组上，用来产生转子磁场。 优点是:由于没有电刷也就不存在接触不良以及因此产生的发热问题,更不会因产生电火花而烧毁设备；没有电刷也就没有磨损的碳粉,发电机两端会比较洁净；运行中不用更换电刷,运行维护少。 缺点是:因励磁发电机输出的直流电直接接在发电机转子绕组上,这样很难测量转子的实际电流，一般根据转子电压等相关参数计算出转子电流,计算值和实际值存在一定偏差。而且一旦旋转整流器出现故障,不仅维修困难（需要停机检修)而且会威胁发电机的正常运行。
作者：Pan Hon glia ng 仅供个人学习 辽宁工业大学
电力系统自动化课程设计（论文）题目：发电机自并励励磁自动控制系统设计（1）院（系）：电气工程学院 专业班级：电气XXX _________ 学号：_xxx _______________ 学生姓名： ___________________ 指导教师： ___________________ 起止时间：2013.12.16 —12.29
课程设计（论文）报告地内容及其文本格式 1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版,单面打印，并装订成册，内容包括： ①封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时间等） ②设计（论文）任务及评语 ③中文摘要（黑体小二，居中，不少于200字） ④目录 ⑤正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等） ⑥参考文献 2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数. 3、封面格式 4、设计（论文）任务及评语格式 5、目录格式 ①标题“目录”（小二号、黑体、居中） 6、正文格式 ①页边距：上2.5cm,下2.5cm,左3cm,右2.5cm,页眉1.5cm,页脚1.75cm,左侧装订； ②字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字小四号字、宋体； ③行距：20磅行距； ④页码：底部居中，五号、黑体； 7、参考文献格式 ①标题：“参考文献”，小二，黑体,居中. ②示例：（五号宋体） 期刊类：［序号］作者1,作者2, ... 作者n.文章名.期刊名（版本）.岀版年，卷次（期次）：页次. 图书类：［序号］作者1,作者2,……作者n.书名.版本.岀版地：岀版社,岀版年：页次.
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1.1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0.8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1.1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1.1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7500KVA，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。自动调节器采用风机强制通风。 起励和灭磁单元：我厂励磁系统起励分为残压起励和直流备用电源起励两种方式。一般起励方式采用残压起励，当可控硅输入电压小于5V时，起励开关会自动合上，采用直流备用电源起励，当电压大于额定电压的10%时，起励开关自动断开，整流桥进入正常运行方式。当可控硅输出电压大于直流蓄电池电压时，起励回路二级管自动截止，防止向蓄电池反充电。励磁系统的起励条件：MK（灭磁开关）在合位；发电机转速大于2700RPM；无分闸和跳闸指令；具备残压起励或起励电源。下图为起励系统的示意图：灭磁装置作用是：在出现事故时，为了保证发电机的安全，迅速将磁场能量释放掉，灭磁装置包括：MK、跨接器、非线性电阻。灭磁装置在任何工况下均能可靠灭磁，强励动作中灭磁时转子过电压值不大于4~6倍的额定励磁励磁电压值。灭磁单元包括：MK、灭磁电阻、转子过电压保护回路。灭磁装置的灭磁功能是靠灭磁开关、跨接器、灭磁电阻来实现的。灭磁开关作用是在任何情况下安全切断励磁电流，在励磁变和磁场绕组之间
同步发电机励磁系统 一. 概述 1-1 励磁系统的作用 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，是给发电机提供转子直流励磁电流的一种自动装置，在发电机系统中它主要有两个作用： 1）电压控制及无功负荷分配。 在发电机正常运行情况下，自动励磁调节器应能够调节和维持发电机的机端电压（或升压变压器高压侧的母线电压）在给定水平，根据发电机的实际能力，在并网的发电机之间合理分配无功负荷。 2）提高同步发电机并列运行的稳定性；提高电力系统静态稳定和动态稳定极限。 电力系统在运行中随时可能受到各种各样的干扰，引起电力系统的波动，甚至破坏系统的稳定。自动励磁调节器应能够在电力系统受到干扰时提供合适的励磁调节，使电力系统建立新的平衡和稳定状态，使电力系统的静态及动态稳定极限得到提高。 1-2 励磁系统的构成 励磁系统主要由以下部分构成： 1）功率部分：它由功率电源（励磁机或静止整流变压器提供）、功率整流装置（采用直流励磁机的励磁系统无整流装置）组成，是励磁系统向发电机转子提供励磁电流的主要部分。 功率部分的性质决定着励磁系统主接线的型式及使用的主要设备的类型。如：采用直流励磁机的励磁系统不可能使用静止功率整流装置。又如：采用静止它励型式的励磁系统不可能还有直流励磁机。还如：使用静止励磁变压器的励磁系统必然采用静止整流功率装置。 2）自动励磁调节器：自动励磁调节器是励磁系统中的智能装置。励磁装置对发电机电压及无功功率的控制、调节是自动励磁调节器的基本功能。自动励磁调节器性能的好坏，决定着整个励磁系统性能的优劣。但它只能通过控制功率部分才能发挥其作用。
1-3励磁系统的分类 励磁系统的分类有两种分类方式。 其一是按照有无旋转励磁机来分，其二是按照功率电源的取向来分。 按照有无旋转励磁机的分类方式有如下类型： 有刷励磁 旋转励磁方式无刷励磁 混合式励磁方式 二极管整流励磁方式 静止励磁方式可控硅整流励磁方式 混合式整流励磁方式 按照功率电源的取向分类时有如下类型： 自并励 交流侧串联自复励 自励方式交流侧并联自复励 直流流侧串联自复励 自复励直流流侧串联自复励 励磁机供电方式（包括直流励磁机和交流励磁机） 他励方式二极管整流方式 厂用交流电源供电方式可控硅整流方式 其他供电方式 在上述众多的分类中，有许多方式已经被淘汰，有些尽管还在使用，但终究会被淘汰。如交流侧并联自复励方式。还有交流侧串联自复励方式现在已经很少使用。 由于葛洲坝电厂的全部机组都采用了自励静止可控硅整流励磁方式，下面简单介绍他的主要接线方式。 FMK L F LH ZB PT SCR 自动励磁调节器（AVR) 图1-1（a）静止可控硅整流自并励励磁系统接线图 在图1-1（a）的接线中，整流功率柜的阳极电源是经过励磁变压器ZB直接从发电机机端取得的。所谓自励系统就是由发电机直接提供励磁电源。由于励磁变压器是单独并联在发电机机端，并且采用了静止可控硅整流，故图1-1（a）称为静止可控硅整流自并励方式。 由图1-1（a）可以看出，此种方式的接线非常简单，使用的设备也较少，受到用户普遍欢迎，是世界
1-励磁系统中的各种定值及试验
励磁系统中的各种定值介绍 一、励磁系统中各种定值的分类 励磁系统中的各种整定值主要是在励磁调节器（AVR）中。本次重点介绍励磁调节器中的定值。 1、发电机的励磁形式一般有直流励磁机系统、三机常规励磁系统、无刷旋转励磁系统、自并励励磁系统等。 （1）自励直流励磁机励磁系统： （2）三机常规励磁系统： （3）无刷旋转励磁系统 （4）自并励励磁系统
2、华北电网各个电厂所用的励磁调节器有吉思GEC系列、南瑞电控SAVR2000系列、NES5100系列、SJ800系列、武汉洪山的HJT系列、ABB公司的UN5000系列、GE公司的EX2100系列、英国R-R的TMR-AVR、日本三菱等。 各个厂家的励磁调节器中的定值数量各不相同。少的几十个（如吉思、南瑞），多的上千个（如ABB、GE）。 3、针对各种励磁调节器中的定值按照使用功能可以分为 （1）控制定值（控制参数） 控制定值包括自动方式控制参数、手动方式控制参数、PSS控制参数、低励限制控制参数、过励限制控制参数、过激磁限制控制参数等 （2）限制动作定值 包括过励限制动作定值、过激磁限制动作定值、低励限制动作定值等 （3）其他定值 包括励磁调节器模拟量测量的零飘修正、幅值修正、励磁方式定义、起励时间设定、调压速度设定、调差率等。
励磁调节器内部的控制参数 励磁调节器作为发电机的一种自动控制装置。在正常运行或限制动作时，用来控制发电机的运行工况不超过正常运行范围的参数。这些参数在运行中，是时刻发挥作用的。控制参数整定的合理，直接影响整个励磁系统的动态特性的好坏及各种限制功能的正常发挥作用。 一、自动方式下的控制参数(电压闭环) 1、自动方式是以机端电压作为控制对象的控制方式，是励磁调节器正常的工作方式。也是调度严格要求必须投入的运行方式。 华北电网调度部门下发的《华北电网发电机励磁系统调度管理规定》中规定： （1）各发电厂机组自动励磁调节装置正常应保持投入状态，其投入、退出和参数更改条件应在运行规程中作出规定，并应得到调度部门和技术监督部门的批准。调度部门要求投入的PSS装置应可靠投入运行。发电机自动励磁调节装置、PSS装置如遇异常退出，应及时向当值调度员备案，事后向技术监督部门汇报。 （2）电厂将励磁系统定值报有关调度部门和技术监督部门审核、批准后执行。运行中如定值或设定参数发生变化，须经有关调度部门和技术监督部门核准方可执行。参数实测后如定值或设定参数发生变化，应说明对已实测参数是否有影响，必要时重新进行参数实测工作。 （3）发电机励磁系统应采用定发电机电压控制方式运行。如果采用其他控制方式需要经过调度部门和技术监督部门的批准。 2、按照经典自动控制原理，一般采用PID控制方式。其中的P代表比例调节控制，I代表积分调节控制，D代表微分调节控制。 一般励磁调节器中的PID控制形式有以下三种方式： （1）并联PID控制方式传递函数
辽宁工业大学 电力系统自动化课程设计<论文） 题目：发电机自并励励磁自动控制系统设计<4） 院<系）：电气项目学院 专业班级：电气085 学号： 学生姓名： 指导教师：<签字） 起止时间：2018.12.26—2018.01.06
课程设计<论文）任务及评语 院<系）：电气项目学院教研室：电气项目及其自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘要
同步发电机励磁控制系统承担着调节发电机输出电压、保障同步发电机稳定运行的重要责任。优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，为电网提供合格的电能，而且还可有效地改善电力系统静态与暂态稳定性。要实现这个目的，就必须根据负载的大小和性质随时调节发电机的励磁电流。 本文采用自励系统中接线最简单的自并励励磁系统，针对同步发电机论述了自并励励磁自动控制系统的特点及发展现状，分析了自并励励磁自动控制的原理和实现方法，提出了基于AT89C51单片机的同步发电机自并励自动控制系统的设计思路，对于所设计的单片机最小系统经过经济性与技术性的比较后，选用了按键电平复位电路和内部时钟电路，并在此基础上设计了励磁装置的硬件系统和软件系统。最后又对整个系统进行了MATLAB仿真，以用来对比运用算法所得结果与仿真所得结果是否在误差允许范围内。 关键词：自并励励磁自动控制系统；AT89C51单片机；MATLAB仿真 目录 第1章绪论1 1.1励磁控制系统简况1 1.2本文主要内容1 第2章发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计3 2.1发电机自并励励磁自动控制系统总体设计方案3 2.2单片机最小系统设计3 2.3发电机自并励励磁自动控制系统模拟量检测电路设计6 2.4直流稳压电源电路设计7 第3章自并励励磁控制系统软件设计10 3.1软件实现功能总述10 3.2流程图设计10 3.3程序清单12 第4章 MATLAB建模仿真分析13 4.1M ATLAB软件简介13 4.2系统仿真模型的设计13 第5章课程设计总结16
励磁自动控制系统稳定性分析 摘要：本文发电机励磁自动控制系统特性进行了分析与计算，并分析系统的稳定性、稳态误差。 关键词：同步发电机，励磁系统，稳定性 1 序言：众所周知，在发电机出力变化和系统故障情况下，励磁系统调节有维持发电机机端电压稳定、保证机组间无功功率的合理分配、维持电力系统的稳定性、提高继电保护动作的灵敏性等重大作用，是砺磁控制系统的核心。同步发电机励磁自动控制系统是一个反馈自动控制系统。一个自动控制系统首先应该是稳定的，这是该系统能够运行的前提；其次应该具有良好的静态和动态特性。发电机励磁自动控制系统的传递函数 图1 同步发电机自并励励磁自动控制系统的传递函数框图 2同步发电机励磁自动控制系统特性的分析： 2.1 线性化 分析励磁自动控制系统的特性可以使用古典控制理论，也可以便用现代控制理论。这些理论通常只适用于线性自动控制系统．对非线性系统是不适用的。而
发电机励磁控制系统一般都有非线性环节。上图就是一个非线性系统，这就需要进行线性处理。线性处理时．首先要确定在那—点线性化，也就是首先要确定系统各环节的定态工作点，然后假定在整个运行过程中各环节的输入量和输出量在定态工作点附近变化的绝对值一直保持很小。这样就可以把本来是非线性的环节近似地当成线性环行对待。分析发电机励磁自动控制系统,一般假定发电机在空载额定状态(即发电机空载额定转速、额定定于电压)运行时各环节对应的输入、输出为定态工作点，而且励磁系统的输入信号Ugd只有很小变化。同时考虑到发电机空载运行时励磁电流较小。可控硅整流电路的换相电抗压降不大，也可忽略。这样图1可以简化成下图图2所示： 图2 线性化的同步发电机自并励励磁系统传递函数框图 2.2 稳定性分析 分析励磁自动控制系统的稳定性可以使用古典控制理论和现代控制理论介绍的方法。本文采用劳斯判据判定图2系统分析稳定性的方法。用劳斯判据判定系统稳定性时，首先求出系统的特性方程，然后根据特性方程列出劳斯表。如果表中第一列元素的值都是正的，则系统是稳定的．否则就是不稳定。对于图2 所示系统，闭环传递函数由1／(1+T 2S）和它右边的闭环组成。由于1／(1+T 2 S） 构成系统的—个固定闭环极点，共值为1／T 2 ，且在复数平面的左半侧，所以只 要1／(1+T 2 S）右边的闭环系统是稳定的，系统就是稳定的。这样，判断图2所 示系统的稳定性只要判断1／(1+T 2 S）右边的闭环系统(以下称小闭环)是否稳定就可以了。小闭环的前向传递函数G(S)、反馈传递函数H(S)和闭环传递函数小 G B (S)分别
发电机的心脏——励磁系统 发电机励磁系统概述励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求： 图一 1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自 动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。 2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。 3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了3种励磁方式: 1、图二为一期两台QFG-6-2型发电机的励磁系统方框图。 图二
2、图三为二期两台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图。 图三 3、图四为三期一台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图 图四 一、三种发电机励磁系统的组成 一期是交流励磁机旋转整流器的励磁系统，即无刷励磁系统。如图二所示，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，其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转，不需任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。二期是自励直流励磁机励磁系统。如图三所示，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Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。三期采用的是静止励磁系统。这类励磁系统不用励磁机，由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。 二、励磁电流的产生及输出
发电机自并励励磁自动控制系统
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：信息科学与工程学院教研室：电气工程及其自动化
目录 第1章课程设计目的与要求 (1) 1.1 课程设计目的 (1) 1.2 课程设计的实验环境 (1) 1.3 课程设计的预备知识 (1) 1.4 课程设计要求 (1) 第2章课程设计内容 (2) 2.1发电机励磁自动控制系统的概述 (2) 2.2发电机自动励磁自动控制系统传递函数 (2) 2.3同步发电机励磁自动控制系统特性的分析 (2) 2.3.1线性化分析 (2) 2.3.2稳定性分析 (3) 2.3.3稳态误差分析 (5) 2.3.4根轨迹分析 (5) 2.4 改变励磁控制系统稳定性措施 (8) 第3章课程设计总结..................................................................................................... ..9参考文献......................................................................................................................... ..9
第一章 课程设计目的与要求 1.1 课程设计目的 “电力系统自动化”课程设计是在教学及实验的基础上，对课程所学的理论知识进行深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学的理论知识，能够较全面地巩固和应用本课程中所学到的基本理论和基本方法，进行发电机励磁自动控制系统特性分析与计算，加深理解发电机励磁自动控制系统的基本原理，并分析系统的稳定性、稳态误差以及根轨迹的特性。通过这次课程设计培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。 1.2 课程设计的实验环境 在计算机上绘制相关电路图和编写相关公式，并利用word2000编辑课程设计说明书。 1.3 课程设计的预备知识 熟悉电力系统自动化课程的基础理论和基本知识。 1.4 课程设计要求 独立完成课程设计，说明书应按下列要求书写： 1 、选择合理定态工作点，将系统线性化。 2 、对不同i T 的值分析系统的稳定性，确定p K 的值。
上海电力学院 《自动控制原理》MATLAB仿真实验报告 课程：自动控制原理 题目：发电机励磁控制系统 院系：电气工程学院 班级：2010021 姓名： 学号：20102168
发电机励磁控制系统（PID 、超前、滞后控制）仿真 一、仿真模型 图1发电机励磁控制系统模型 如图所示为发电机励磁控制系统模型。功率励磁装置的传递函数为 1 1f T S +， 发电机的等效传递函数为 11d T S '+，10.05T s =，0.5f T s =，5d T s '=，20K =，分 别用不同的控制器（PID ，超前，滞后）使系统相位域量50γ≥ ，误差系数大于40。 ，在实验过程中比较不同控制器的特点。 二、系统控制器 （1） PID 控制器 PID 控制器有三个可以调整的参数，即p K 、i T 和d T ，11c p d i G K T s T s ??=++ ? ? ? 这种控制器既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。PID 控制器特别适用于过程的动态特性是线性的而且控制性能要求不太高的场合。 （2） 超前校正控制器 超前校正装置的主要作用是通过其相位超前效应来改变频率响应曲线的形状，产生足够大的相位超前角，以补偿原来系统中元件造成的过大的相位滞后。利用其相位超前特性，可以增大系统的稳定裕度，提高动态响应的平稳性和快速性；对
发电机励磁系统原理 一.励磁系统 1.励磁系统基本原理 同步发电机励磁电源一般采用直流电，励磁系统的作用主要就是供给发电机转子绕组的直流电源。同步发电机励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。励磁功率单元包括整流装置及其交流电源，它向发电机的励磁绕组提供直流励磁功率；励磁调节器，感受发电机电压及运行工况的变化，自动地调节励磁功率单元输出励磁电流的大小，以满足系统运行要求。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。 励磁系统大致可分为直流励磁机励磁系统和交流励磁机励磁系统以及自并励励磁(静止半导体励磁)系统。 2.励磁系统的任务 1). 正常运行条件下，供给发电机励磁电流。 2). 根据发电机所带负荷的情况调整励磁电流，维持发电机机端电压。 3). 使并列运行的各同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。 4). 增加并网运行发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性及输电线路的有功传输能力。 5). 电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，强行励磁，将励磁电压迅速提升到足 够的顶值，以提高系统的暂态稳定性。 6). 发电机突然解列、甩负荷时，强行减磁，将励磁电流迅速降到安全值，以防止发电机电压过高。 7). 发电机内部发生短路故障时，快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，经减小故障损坏程度。 8). 不同的运行工况下，根据要求对发电机实行过励限制和欠励限制，以保证发电机机组的安全稳 定运行。 3.励磁系统的励磁方式. 1).直流励磁机励磁系统 直流励磁机是用于供给发电机励磁的直流发电机，过去机组容量不大，采用由直流发电机组成的励磁系统，励磁机与发电机同轴旋转，由于直流励磁机具有电刷和整流子等接触部件，需定期更换电刷和换向器，特别是当其容量随发电机容量而增大时换向问题很难解决，一般只在单机容量100MW以下的机组上采用。 直流励磁机通常采用自并励式，是利用励磁机电枢旋转切割剩磁来实现建压的，电枢绕组内的电势电流是交变的，借助换向装置将电枢内的交流电变成直流电。发电机端电压的调节是通过调整磁场变阻器来改变励磁机励磁电流从而达到手动调整发电机转子电流的目的。一般采用KFD-3型相复励自动励磁调节装置，复励电流是随发电机定子电流而改变的，由机端电流互感器经复励变整流桥及调节电阻供给，励磁机励磁电流由励磁机经变阻器供给的自励电流和复励装置供给的复励电流，能起强励作用，其增值受电流互感器、复励变及励磁机磁路饱和限制，不能完全代替继电强励装置。当发电机电压降至额定电压的80%-85%时，通过短接磁场变阻器将励磁机励磁电压增至额定值的 1.8～2倍，实现强励。 2).交流励磁机励磁系统 他励旋转二极管励磁系统，由交流励磁机和自动励磁调节装置组成。海龙#1、2机组采用单相永磁机，频率为400Hz，转子用永久磁铁形成磁场，其磁极是旋转的，电枢是静止的。主励磁机频率为150Hz，其励磁绕组静止，电枢旋转，经旋转二极管整流后的励磁电流通过电枢空心轴直接引入发电机励磁绕组，取代了滑环与电刷等接触元件，所以称为无刷励磁。 3).自并励（静止半导体）励磁系统 从发电机出口经励磁变压器取得交流电源，经励磁调节器整流调节，经碳刷引入供给发电机转子绕组励磁电流的方式称为自并励磁系统，也是静止半导体励磁系统的一种。 二. 玖龙励磁系统
.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
自动励磁控制系统摘要：同步发电机的励磁控制系统对发电机的输出特性具有重要
的影响。发电机的励磁系统通过闭环回路的反馈调节控制励磁电流及电压，达到发电机对外做功的要求，同时控制系统的参数设置应该在允许的范围内。其中，励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。 关键词：自动励磁控制系统、自动励磁调节器、励磁功率单元、励磁电流 励磁控制系统原理及其作用： 供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。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。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。 发电机的励磁系统的控制主要有单励、相励和复励，通过闭环回路的反馈调节控制励磁电流及电压，达到发电机对外做功的要求，同时控制系统的参数设置应该在允许的范围内。当发电机并网运行时，发电机的励磁系统决定无功功率的分配，发动机的输出决定发电机的有功功率的分配。对于小电网独立运行的发电机而言，励磁系统直接关系到发电机的输出特性，当启动大负荷的设备时，发电机的励磁调节十分重要的。 发电机的励磁电流是由发电机的输出取得，励磁电流的大小是由A VR根据发电机的输出给定值和输出端电压、电流的反馈量自动调节；励磁系统设有强迫励磁调节单元。 励磁系统的基本功能是给同步发电机磁场绕组提供直流电流，此外励磁系统通过调节发电机励磁绕组的直流电流，控制发电机机端电压恒定，满足发电机正常发电的需要，同时寸抓‘制发电机组间无功功率的合理分配，因此同步发电机励磁控制系统直接影响发电机的运行特性。在电力系统正常运行或事故运行中，同步发电机的励磁控制系统对保证发电机可靠运行，有效地提高发电机及电力系
励磁跨接器原理介绍 （三峡电厂陈小明） 1跨接器原理及技术问题 1.1概要： 励磁跨接器就是转子过电压保护装置，其基本电路及其原理是：一组正反向并联的可控硅串联一个放电电阻后再并联在励磁绕组两段，当可控硅的触发器电路检测到转子过电压后，立即发出触发脉冲使可控硅导通，利用放电电阻吸收过电压能量。 1.2应用跨接器保护，要涉及三个技术问题： 1.2.1 跨接器动作电压值：过电压保护动作值的选择原则如下：在任何情况下应高于最大整流电压的峰值；应保证励磁绕组两端过电压的瞬时值不超过出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的70％。整流电压的峰值就是阳极电压的峰值，其最大值要考虑允许过电压的倍数，比如1.5倍数；励磁电压的瞬时值是整流电压峰值与cos a角的乘积值； 1.2.2 放电电阻的选择：放电电阻一般同灭磁电阻共用，灭磁电阻又分为线性电阻和非线性电阻，而非线性电阻又分为氧化锌电阻和碳化硅电阻，因此灭磁电阻的选择比较复杂，其基本要求见《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》。如果放电电阻不同灭磁电阻共用，比如国内的有些转子过电压保护装置，选用氧化锌电阻，则要选择氧化锌电阻的电压值和能容量，其电压值要高于灭磁电压值，要小于跨接器的动作电压值；其能容量选择比较困难，一般选择100KJ－200KJ（千焦耳）即可。 1.2.3 跨接器的返回措施：当转子过电压大于跨接器动作值时，跨接器动作并将转子电压限制为放电电阻两段的电压，在此电压的作用下，放电电阻将流过所要吸收的过电压能量，如果需要吸收的过电压能量大于放电电阻的极限能量，就必须采取措施，最常见的措施就是检测放电电阻的电流，一旦这个电流大于设定值就跳闸灭磁，这种方法也是处理转子异步过电压的最好方法。当跨接器动作后转子过电压消失，放电电阻承受正常运行的转子电压，对于氧化锌放电电阻来说，由于其正常转子电压下的漏电流很小，大大小于可控硅的维持电流，此时跨接器能可靠返回；对于碳化硅放电电阻来说，其正常转子电压下的漏电流很大，大大大于可控硅的维持电流，此时跨接器暂时不能返回，只有当转子电压变为零或者瞬时值变极性后才能返回。具体来说，正向过电压动作后，转子电压等于零或者其瞬时值变为负值时才能返回；反向过电压动作后，转子电压等于零或者其瞬时值变为正值时才能返回；为了防止碳化硅电阻跨接器动作后不能可靠返回，最常见的方法也是在跨接器回路装设过电流检测器，一旦电流长时间大于设定值就跳闸灭磁。也有资料显示采取逆变的方法来保证跨接器的返回。 2三峡电厂转子过电压保护简介 2.1概要： 2.1.1同整流桥一样，当发生以下情况时，转子绕组也将承受很高的过电压，因 此，需要对转子回路（包括整流桥和转子绕组）设置过电压保护 ●开关操作时 ●初加励磁电压时（转子可能会有滑差的现象） ●其它外部因素产生干扰时 2.1.2转子过电压保护的组成： 2.1.2.1两个并联的晶闸管 ●－A107：承受正向过电压 ●－A108：承受反向过电压
我厂发电机采用机端自并激静止可控硅有刷励磁系统,由励磁变、双通道励磁调节器、可控硅整流装置、灭磁装置、起励装置和转子过压保护装置等组成。在汽机房0米层分为五个柜布置，由两个可控硅励磁功率柜、一个励磁控制柜、一个灭磁柜和一个进线柜组成。励磁变压器单独布置在汽机房0米层，采用三相干式变压器，励磁系统的起励电源采用交流380V厂用电源和220V直流电源起励。 一|、自动电压励磁调节器（A VR） 励磁调节器是武汉洪山电工科技有限公司于2000年开发研制的新一代HWJT-08DS微机励磁调节器，HWJT-08DS双通道微机励磁调节器采用的是双通道互为热备用方式——双通道并联运行方式。该方式的最大特点是：在正常运行的方式下，双通道同时输出。出现某通道故障，控制系统通过其自身的软、硬件诊断系统（WATCHDOG）及相互通讯，自动地将故障通道退出。该方式的优点在于从根本上避免了主/备方式下的切换及判断所带来的一系列问题，系统的可靠性要高。 1、HWJT-08DS具备如下功能： 1）具备自诊断功能和检验调试各功能用的软件及接口； 2）具有串行口与发电厂计算机监控系统连接，接受控制和调节指令，提供励磁系统状态和量值； 3）具有试验录波、故障录波及事件顺序记录功能。 4）智能化检测与操作功能： ?功率检测：系统设有功率检测功能，该功能主要用于检测系统主要功率器件的温度，实时显示；当温度高于设定值时，自动启动冷却风 扇，并发报警信号； ?过流检测：实时检测并显示功率元件的电流；当出现过流时，自动跳该回路的出口开关，切除故障点，并发报警信号； ?脉冲检测：实时检测调节器的脉冲输出状况，一但出现脉冲丢失情况，发报警信号； ?调节器工作电源监视：正常运行时，调节器同时由厂用交直供电，一旦出现电源消失现象（或输入、输出越限），立即发报警信号；
封面 作者：PanHongliang 仅供个人学习
辽宁工业大学 电力系统自动化课程设计（论文）题目：发电机自并励励磁自动控制系统设计（1） 院（系）：电气工程学院 专业班级：电气XXX _____ 学号： XXX __________ 学生姓名： 指导教师： 起止时间：2013. 12. 16 — 12. 29 课程设计（论文）报吿地内容及其文本格式 1＞课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，収面打印，并装订成册，内容包括： ①封面（包括题目.院系.专业班级、学生学号.学生姓名、抬导教师姓名.、起止时间等） ②设计（论文）任务及评语 ③中文摘要（黑体小二，居中，不少干200字） ④目录 ⑤正文（设计计算说明书.研究报告、研处论文等〉 ⑥参考文献 2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数. 3＞封面格式 4、设计（论文）任务及评语格式 5、目录格式 ①标题“目录”（小二号.黑体.居中）
6、正文格式 ⑴贞边距：上2. 5cm,下2. 5cm,左3cm.右2. 5cm,页眉1. 5cm,贞脚1. 75cm,左侧装订： ②字体：一级标题，小二号字.黑体.居中；二级，黑体小三.居左：三级标題，黑体四号：正文文字, 小四号字.宋体: ③行距：20磅行距： ④贞码：底部居中，五号.黑体： 7、参考文献格式 ①标题：“参考文献”，小二，黑体，居中. ②示例：（五号宋体） 期刊类：［序号］作者1,作者2,……作者n?文章名?期刊名（版木）?出版年，卷次（期次）:页次. 图书类：［序号〕作者1,作者2,……作者n.书名?版本?出版地:出版社，出版年:页次.