同步电动机励磁系统的技术发展 共24页

励磁系统控制关键技术与未来展望摘要：控制励磁系统的目的是使机端电压在设备允许范围内保持恒定。

对机组侧来说，主要任务是使发电机输出电压接近额定电压，并无功功率调节，以确保发电机的安全和经济运行；对于电网侧，它们还具有支撑电压、电力系统的静态稳定性、抑制功率振荡和提高暂态稳定等特点。

近年来，以风能、太阳能为代表的新能源由于电压控制不足而被纳入有助于控制励磁系统的研究。

我们的电力系统正朝着“双高”方向发展，电力和电网结构正在发生巨大变化。

发电机电励磁控制技术是确保电力系统安全稳定运行的最具成本效益的手段之一。

关键词：励磁系统；自动电压调节器；同步发电机控制同步电机励磁在提高电力系统稳定性方面起着重要作用，因此同步发电机的励磁控制始终是学术界关注的焦点。

励磁控制的任务是使发电机端的电压保持恒定，达到迄今为止电压的最高精度，同时抑制振荡，提高电力系统的稳定性。

一、励磁调节器的控制方法发展1.线性单变量励磁控制。

1950年代的古典控制理论发展到了用传输函数对控制进行数学描述的成熟程度。

研究对象是线性输入输出系统。

在这种情况下，电机通ΔUt的P或PID励磁降低电机端电压偏差。

该方法的优点在于，控制参数可以用频率或根轨迹法的线性函数模型单变量法确定，简单可靠的算法在物理上正确、方便调整、应用技术上明确，可以抑制故障后电压波动，通过向磁系统提供渐进输出，在一定程度上有助于补偿磁电流的相位和负损耗扭矩，从而提高电机电压稳定性。

该方法的缺点是，它仅适用于单变量的线性系统，不适用于非线性、时变、耦合以及参数和结构不确定性的复杂对象，而不考虑其他变量兼顾功率Pe、发电机转速ω性能调节。

超前不一定与低频振荡频率相同，也无法补偿负阻尼所需的相位。

该控制系统必须不断调节电压偏差ΔUt，以区分正负阻尼的变化。

很难降低发电机电压，确保正阻尼，从而避免了系统低频的有限作用。

为了解决此方法的缺点，引入了几种新的PID控制，这些控制将PID与其他控制相结合，例如适应、模糊、神经PI等控制，在一定程度上提高了控制性能。

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。

同步电动机启动原理与励磁系统分析摘要：对于同步电动机而言，它的起动方法有好几种，例如：辅助电动机起动法、变频起动法和异步起动法。

而异步起动法就是同步电动机在转子上装有类似感应电动机笼型绕组的起动绕组（即阻尼绕组），电动机转子由磁极冲片叠片而成的磁极、圆筒磁轭等组成，磁极设有横、纵阻尼绕组。

当电动机接通电源后，便能产生异步转矩起动电动机到接近同步转速，然后设法将电动机牵入同步。

大多数同步电动机都是采用此方法起动的。

本文对同步电动机启动原理与励磁系统进行分析，以供参考。

关键词：同步机；启运原理；励磁分析引言压缩空气储能（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ-Ａｉｒ-Ｅｎｅｒｇｙ-Ｓｔｏｒａｇｅ，ＣＡＥＳ）是一种具有储能容量大、使用周期长、响应速度快等优点的大规模储能技术方案，同时较电池储能更加安全可靠，较抽水蓄能不那么依赖于地理环境，近年来引起国内外大型企业及研究机构的高度关注，国内也相继建成多个集成示范项目。

其中压缩空气储能环节，因为压缩机空气流量及出口压力一般都比常规压缩机要大很多，及在项目装机容量和建设规模的要求，所以一般选择大型同步电动机作为压缩机的驱动。

同时，同步电动机也以其优异的功角特性及良好的性能在动力拖动中有着广泛的应用。

1永磁同步电动机控制方法简述永磁同步电动机控制方法主要采用变频调速方法。

交流电动机的变频调速系统主要控制形式分为开环控制和闭环控制。

比较2种控制方式，因永磁同步电动机在开环控制方式下无法将电机转子位置信号和电机运行的实际速度信号作为实时反馈信号，易出现电机运行失步和突然停车等问题，从而造成永磁同步电动机退磁故障，所以开环控制的变频调速系统并不适用于永磁同步电动机。

为精确得到电机的转子位置信息和电机运行速度信息，实现永磁同步电动机的闭环控制，目前主要采用的方法是在电机的转轴上安装高精度的传感器。

其中，电梯行业常见的传感器主要为光电编码器来检测电机的转子位置信息和电机转速。

FOC控制是一种使用变频器来控制三相交流电机的技术。

同步电机由于具有功率因数高，运行效率高的优点，在工业领域得到广泛运用。

其励磁系统是同步电机正常工作时的核心部件。

无刷励磁同步电动机具有应用范围广，可以在存在易燃易爆气体环境中使用，运行可靠，日常维护量小，转速高等优点。

PID 控制器是同步电动机励磁控制系统的基本控制方式，PID 控制具有结构简单，参数易于调整，适应性强等优点，这种调节方式比较成熟，应用的比较多。

但由于同步电动机励磁系统是一个非线性时变系统，其数学模型不好确定，它的模型会因环境和运行条件而变，因此这种方法无法从根本上解决动态品质和稳态精度的问题。

模糊控制具有不依赖对象的数学模型，鲁棒性强的特点，在某些领域有良好的控制效果，将PID 控制与模糊控制结合起来构成模糊PID 控制器。

偏差控制能减小被控量的波动，具有稳定性好，响应快的优点，所以本文将利用模糊PID 控制和偏差控制来调节功率因数，采用MATLAB 对励磁系统进行建模仿真[1-2]。

1励磁系统的概述无刷励磁的原理如图l 所示。

交流励磁机为同步发电机，定子为励磁绕组，转子为电枢绕组。

此电枢绕组与旋转整流器、同步电动机转子一起旋转，电枢绕组产生三相交流电经旋转整流器整流给同步电动机转子励磁，从而实现无刷励磁。

励磁系统性能的好坏直接影响到电机及电力系统运行的可靠性、安全性和稳定性。

同步电动机的励磁装置主要有3个方面的作用：1）完成同步机的异步启动并牵入同步运行；2）在牵入同步以后励磁电流的调节控制；3）监控系统故障，确保同步机安全运行。

同步电机在正常运行过程中会受到各种各样的扰动，就会引起电机失步，造成生产中断和设备损坏的严重事故。

励磁装置能检测同步机的失步，识别后判断是报警还是再整步运行，既保障设备的安全性，又保持运行连续性。

同样，励磁装置在正常运行过程中，自身也会受到各种干扰，造成可控整流器缺相或失控、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁电流超限等故障。

当出现上述故障，励磁装置识别后报警或跳闸，以保证励磁装置的安全运行。

同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用摘要:本文简单介绍了同步磁阻电机（SynRM)的运行原理。

追溯同步磁阻电机的发展历史，总结了同步磁阻电机的结构和运行特点。

根据同步磁阻电机的特点结合目前国内外研究现状讨论了同步磁阻电机现有的几种高性能控制方法.最后根据同步磁阻电机当前的研究进展结合其取得的优越性能介绍了其在电动汽车和高速发电等领域的应用.关键词:同步磁阻电机1同步磁阻电机的原理SynRM 运行原理与传统的交、直流电动机有着根本的区别，它不像传统电动机那样依靠定、转子绕组电流产生磁场相互作用形成转矩,而遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩。

SynRM 在dq 轴系下的电压、磁链、电磁转矩和机械运动方程为：电压方程：（1）磁链方程：（2)电磁转矩方程：(3）Ld、Lq为绕组d、q轴电感;Rs为定子绕组相电阻；ωr为转子电角速度;为定子d、q 轴磁链，为电机极对数;β为电流综合矢量与d轴之间的夹角[1]。

2同步磁阻电机的发展历史早在二十世纪二十年代Kostko J K等人提出了反应式同步电机理论［2］，M．Doherty 和Nickle 教授提出磁阻电机的概念，此后国外关于许多专家和学者对同步磁阻电机的的能、转子结构和控制方法进行较深入研究。

早期的同步磁阻电机由一个无绕组凸级转子和一个与异步电机类似的定子组成。

在转子轭q轴方向加上两道气隙，以增加q 轴磁阻。

利用d -q 轴的磁阻差来产生磁阻转矩。

转子周边插上鼠笼条以产生异步起动转矩。

然而，由于该异步转矩的作用, 又将引起转子震荡而难以保证电机正常运行。

六十年代初, 出现了第二代同步磁阻电机它利用块状转子结构来增加d-q 轴磁阻差，同时不用鼠笼条来起动转矩, 而直接靠逆变器变频来起动，从而减轻了转子震荡现象[3]。

然而, 为产生足够的磁阻转矩, 需要定子侧有较大的励磁电流, 致使该电机功率因素和效率都很低，从而影响了该种电机的推广使用。

第一章基本知识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。

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，两者都较电抗图1-2自耦变压器降压起动图1-1电抗器降压起动器降压起动复杂。

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 ）=1。

同步电动机V 形曲线是指电机定子电流I 和励磁电同步电动机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。

受控性质：版本号：发放编号：持有者：审核：批准：SAVR-2000微机励磁系统培训教材（第二稿）2006年月日发布2006年月日实施国家电力公司电力自动化研究院南京南瑞集团公司目录第一章发电机励磁系统的发展及现状••••••••••••••••••1 §1-1 励磁主回路的发展动态••••••••••••••••••••••••••••1 §1-2 励磁调节器发展动态•••••••••••••••••••••••••••••4 §1-3 国外励磁发展动态•••••••••••••••••••••••••••••••11第二章励磁控制系统••••••••••••••••••••••••••••••23 §2-1励磁控制系统的主要任务••••••••••••••••••••••••••23 §2-2励磁控制系统的调节和控制算法•••••••••••••••••••••••28第三章励磁系统分类与配置•••••••••••••••••••••••••36 §3-1 发电机励磁系统的分类••••••••••••••••••••••••••••36？§3-2 主要励磁系统配置•••••••••••••••••••••••••••••••43第四章微机励磁调节器••••••••••••••••••••••••••••51 §4-1 概述•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••51 §4-2 励磁调节器的作用和对调节性能的要求••••••••••••••••52 §4-3 励磁调节器的分类•••••••••••••••••••••••••••••••53 §4-4 励磁调节器的工作原理•••••••••••••••••••••••••••••53 §4-5 励磁调节器的硬件组成••••••••••••••••••••••••••••55 §4-6 励磁调节器的软件系统••••••••••••••••••••••••••••62 §4-7 EMC电磁兼容••••••••••••••••••••••••••••••••••87 §4-8 单片机DSP简介••••••••••••••••••••••••••••••••••92第五章可控硅整流装置••••••••••••••••••••••••••••99 §5-1 概述••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••99 §5-2 可控硅的主要参数•••••••••••••••••••••••••••••••99 §5-3 整流电路的原理及分析••••••••••••••••••••••••••••104 §5-4 异常情况下的波形分析••••••••••••••••••••••••••••118 §5-5 半导体励磁系统的保护•••••••••••••••••••••••••••124第六章灭磁与过电压••••••••••••••••••••••••••134 §6-1 灭磁方式的发展过程••••••••••••••••••••••••••••134 §6-2灭磁系统设计原则•••••••••••••••••••••••••••••••137 §6-3 灭磁系统用部件介绍••••••••••••••••••••••••••••138 §6-4励磁系统的灭磁配置••••••••••••••••••••••••••••140 §6-5 励磁系统的过电压及其抑制•••••••••••••••••••••••••141 §6-6 轴电压及其抑制••••••••••••••••••••••••••••••142第七章电力系统稳定器•••••••••••••••••••••••••••144 §7-1 低频振荡原理•••••••••••••••••••••••••••••••••144 §7-2 PSS作用原理••••••••••••••••••••••••••••••••145§7-3 PSS实现的方法••••••••••••••••••••••••••••••••146 §7-4 PSS投入试验••••••••••••••••••••••••••••••••147 §7-5 我公司PSS应用业绩•••••••••••••••••••••••••••148 §7-6 部分试验波形•••••••••••••••••••••••••••••••••150第一章发电机励磁系统的发展及现状§1-1 励磁主回路的发展动态在上世纪60年代以前，同步发电机基本上都是采用同轴直流励磁机的励磁方式，由于当时发电机单机容量不大，输电线路不长，因此基本上能满足当时的要求，但直流励磁机维护困难，炭刷易产生火花，换向器易于磨损，随着发电机单机容量的增大，励磁容量也相应增大，当汽轮发电机单机容量达10万千瓦，励磁机容量已近500千瓦，而同轴的转速为每分钟3000转的直流电机，受限于换向的极限容量仅为500千瓦。