同步发电机励磁系统与励磁调节器

同步发电机励磁系统与励磁调节器一般来说，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总称为励磁系统。

励磁系统包括发电机绕组，励磁电源，励磁装置及调节电压有关的其他设备。

同步发电机的励磁系统一般由两部分组成。

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，通常称为励磁功率输出部分。

另一部分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，一般称为励磁控制部分或称之为励磁调节器。

励磁系统的主要作用：一、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。

二、合理分配发电机间的无功负荷。

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。

三、在电力系统发生短路故障时，按规定的要求强行励磁。

四、提高电力系统稳定性。

五、快速灭磁，当发电机或升压变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。

同步发电机的励磁方式一、直流发电机供电的励磁方式二、交流励磁机经整流供电的励磁方式三、静止电流供电的励磁方式。

励磁电流是通过励磁变压器、励磁电流器取自同步发电机机端或外部辅助电流。

励磁调节器的构成励磁自动调节指的是发电机的励磁电流根据机端电压的变化按预定要求进行调节，以维持端电压为给定值。

所以自动调节励磁系统可以看作为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。

同步发电机的励磁调节方式可分为按电压偏差调节和按定子电流，功率因数的补偿调节两种。

下面主要介绍按电压偏差调节方式。

励磁调节器基本方框图为了调节同步发电机的端电压V f,,应测量端电压的变化值。

为了便于测量，设置了端电压变换机构，这样量测机构的输出电压k l V f 和V f 成正比例。

第一章 同步发电机励磁系统概述[ 摘 要 ] 本文阐述了同步发电机励磁系统的任务及发展，讨论了同步发电机的不同励磁方式及其特点，最后介绍了在发电机励磁控制系统的基本要求和相关技术。

[ 关键词 ] 同步发电机 励磁系统第一节 同步发电机励磁系统的任务和发展同步发电机的励磁系统一般由两部分组成。

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，通常称为励磁功率输出部分（或称为功率单元）。

另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流，以满足运行的需要。

这一部分包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和自动灭磁等，一般称为励磁控制部分（或称为控制单元）。

不论在系统正常还是在故障情况下，同步发电机的直流励磁电流都需要控制，因此励磁系统是同步发电机的重要组成部分。

励磁系统不但与发电机及其相联的电力系统的运行经济指标密切相关，而且与发电机及其电力系统的运行稳定性能密切相关。

一．同步发电机励磁系统的任务（一）控制发电机的端电压维持发电机的端电压等于给定值是电力系统调压的主要手段之一，在负荷变化的情况下，要保证发电机的端电压为给定值则必须调节励磁。

由发电机的简化相量图（图1-1）可得：E U jI X q f f d=+ (1-1)式中： E q ——发电机的空载电势；U f ——发电机的端电压；I f ——发电机的负荷电流比例。

图1-1 同步发电机简化向量图式（1-1）说明，在发电机空载电势E q 恒定的情况下，发电机端电压U f 会随负荷电流I f 的加大而降低，为保证发电机端电压U f 恒定，必须随发电机负荷电流I f 的增加（或减小），增加（或减小）发电机的空载电势E q ，而E q 是发电机励磁电流I fq 的函数（若不考虑饱和，E q 和I fq 成正比），故在发电机运行中，随着发电机负荷电流的变化，必须调节励磁电流来使发电机端电压恒定。

为了表示励磁系统维持发电机端电压恒定的能力，采用了调压精度的概念。

同步发电机励磁调节及励磁系统实验一、实验目的1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；4．了解微机励磁调节器的基本控制方式；5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响；6．了解几种常用励磁限制器的作用；7．掌握励磁调节器的基本使用方法。

二、原理与说明同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。

励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。

图1 励磁控制系统示意图实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。

可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。

当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。

而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。

两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。

微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F（保持机端电压稳定）、恒I L（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。

其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。

当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。

发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。

电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。

发电机励磁系统发电机励磁系统的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。

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。

同步发电机励磁系统的形式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现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。

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。

同步发电机励磁调节原理
同步发电机励磁调节原理是通过对励磁系统的电流、电压进行调节，控制发电机的励磁电压和励磁电流，从而控制发电机的输出电压和输出功率。

具体原理如下：
1. 励磁电压调节：通过调节励磁电压的大小，可以控制发电机的输出电压。

一般情况下，发电机的励磁电压是由励磁系统中的励磁电源提供的。

调节励磁电压的大小可以通过调节励磁电源的电压来实现，如使用电位器或自动电压调节器（AVR）来调节发电机的输出电压。

2. 励磁电流调节：通过调节励磁电流的大小，可以控制发电机的输出功率。

励磁电流一般由励磁系统中的励磁电源提供，并且通过励磁电阻进行调节。

通过增大或减小励磁电阻的阻值，可以调节励磁电流的大小，从而控制发电机的输出功率。

同时，还需要根据发电机输出的电压和功率信号，通过控制回路，将励磁系统的电压和电流进行反馈控制，使发电机的输出能够稳定在设定值。

综上所述，发电机的励磁调节原理是通过对励磁电压和电流进行调节，控制发电机的输出电压和输出功率。

第一章励磁系统结构及原理一、励磁系统的工作原理同步发电机是电力系统的主要设备，它是将旋转形式的机械功率转换成电磁功率的设备，为完成这一转换，它本身需要一个直流磁场，产生这个磁场的直流电流称为同步发电机的励磁电流。

专门为同步发电机提供励磁电流的有关设备，即励磁电压的建立、调整和使其电压消失的有关设备统称为励磁系统。

同步发电机的励磁系统是由励磁调节器AER和励磁功率系统组成。

励磁功率系统向同步发电机转子励磁绕组提供直流励磁电流。

调节器根据发电机端电压变化控制励磁功率系统的输出，从而达到调节励磁电流的目的。

根据我国国家标准GB／T7409.1－2008“同步电机励磁系统”的规定的定义，同步电机励磁系统是“提供同步电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件、励磁功率单元、磁场过电压抑制和灭磁装置以及其它保护装置。

”1、励磁调节系统的主要作用1)调节电压以维持机端电压为给定值电力系统正常运行时，负荷随机波动，随着负荷的波动，需要对励磁电流进行调节，以维持机端或系统中某点电压在给定水平，所以励磁系统担负着维持电压水平的任务。

为便于分析，这里讨论单机运行系统，如图1－1所示。

图图1－1 单机运行系统（a）一次电路；（b）等值电路；（c）相量图；（d）同步发电机的外特性；（e）具有调节器的外特性；GLE－同步发电机的励磁绕组发电机感应电动势E G与定子电压U G关系为：E G ＝U G＋jI G X d（1－1）式中 I G－－发电机定子电流；X d－－发电机直轴同步电抗。

由图1－1（c）可将E G与U G的幅值关系表示为：E G cosδ＝U G＋I Q.G X d （1－2）式中δ－－E G与U G间的相角，即发电机的功率角；I Q.G－－发电机的无功电流。

在δ值很小时，可近似认为cosδ≈1，则：E G≈U G＋I Q.G X d（1－3）式（l－3）表明，在励磁电流不变的情况下（即ΔE G=0），无功负荷的变化是造成机端电压变化的主要原因。

浅谈同步发电机自动励磁调节作用【摘要】当前，在电力系统中同步发电机励磁系统主要是通过励磁调节来充分发挥发电机的作以提高电力系统稳定性。

且随着电网的扩大，电网的稳定和安全运行的问题日益突出，因此，发电机励磁系统自动励磁调节作用在电力系统中的重要性也就愈来愈为人们所关注。

【关键词】自动励磁稳定调节作用前言励磁系统为同步发电机的重要组成部分，其直接影响发电机的运行特性，对电力系统的稳定安全的运行有者重要的影响。

近年来国内大型发电机组应用自并励磁系统的方式已经得到广泛普及，因采用自并励磁系统发电机组比采用无刷励磁系统发电机组造价低，性能价格比高。

一、自动励磁调节系统的构成励磁系统是供给同步发电机励磁电源的一套系统，它一般由两部分组成：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，通常称作励磁调节器。

励磁控制器的硬件结构已经从传统的模拟式调节单元发展到了以微机计算机为核心的数字式，现阶段16位机已经成为自此控制器cpu的主流，它的输入信号来自电压互感器和电流互感器，通过软件调节输入量去控制功率单元，数字式自动励磁调节器借助其软件优势，在调节规律和辅助功能等方面可以有很大的灵活性，对应于软件的励磁控制方式也是从最初的比例控制发展到pid控制方式以及avr+pss控制方式，近年来线型最优控制和非线型励磁控制理论已经得到了充分的眼界并在我国看是应用。

二、同步发电机励磁发展历史和现状控制理论的发展是由单变量到多变量，由线性到非线性，最终向智能控制方向迈进，励磁控制规律也经历了与之完全相适应的发展过程。

励磁控制器的控制规律研究一直是控制领域和电力系统一个极为活跃的课题。

同步发电机的励磁控制技术总是随着控制理论的发展而发展的，控制理论的每一步发展都将引起同步发电机励磁控制技术的突破。

从20世纪40年代开始，励磁控制规律主要经历了以下几个发展阶段（1）古典励磁控制首先从单机系统的分析和研究开始，提出了按机端电压偏差调节的比例调节方式。

同步发电机励磁控制实验一、实验目的1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；4．了解微机励磁调节器的基本控制方式；5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响；6．了解几种常用励磁限制器的作用；7．掌握励磁调节器的基本使用方法。

二、原理与说明同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。

励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。

图1 励磁控制系统示意图实验用的励磁控制系统示意图如图 1 所示。

可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。

当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。

而当交流励磁电源取自 380V 市电时，构成它励励磁系统。

两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。

微机励磁调节器的控制方式有四种：恒UF（保持机端电压稳定）、恒IL（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。

其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。

当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。

发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于 90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于 90°，实现逆变灭磁。

电力系统稳定器――PSS 是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。

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。

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I.Q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 =_E GU（G i门…为常数，则调节励磁电流时，有（B）等于常数。

X dA. U G sn ;B. E Gsi n ；C. 1 X d 二sin ；D. sin 。