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图解发电机励磁原理课件

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图解发电机励磁原理(2024)

图解发电机励磁原理(2024)
对于要求高精度和快速响应的应用场合，应选择具有高性能的控制策略和优化方法，如最 优励磁控制策略结合遗传算法或粒子群优化算法等。
21
05
发电机励磁系统故障诊断与处理 措施
2024/1/26
22
常见故障类型及原因分析
励磁不足或失磁
可能是由于励磁电源故障、励磁 回路开路或接触不良、励磁绕组
匝间短路等原因导致。
应用范围
直流励磁方式和交流励磁方式适用于各种规模的发电机组和电力系统 ；永磁体励磁方式适用于小型风力发电、太阳能发电等领域。
13
03
发电机励磁调节器原理与结构
2024/1/26
14
调节器基本原理
2024/1/26
电磁感应原理
发电机励磁调节器通过电磁感应 原理，将输入的交流电转换为直 流电，为发电机的励磁绕组提供 励磁电流。
替换法
在怀疑某个元器件损坏时，可以用正 常的元器件替换后观察故障是否消除 ，以验证故障部位和原因。
2024/1/26
测量法
使用万用表、示波器等工具测量励磁 系统各点的电压、电流、波形等参数 ，与正常值进行比较分析，进一步确 定故障原因。
专家系统诊断
利用专家系统或故障诊断软件对励磁 系统故障进行自动诊断和分析，提高 故障诊断的准确性和效率。
性，但控制精度相对较低。
20
控制策略选择依据
2024/1/26
系统稳定性要求
对于要求较高的电力系统，应选择稳定性好的控制策略，如恒压控制策略或最优励磁控制 策略。
发电机运行工况
不同的运行工况下，应选择适合的控制策略。例如，在轻载或空载工况下，可采用恒功率 因数控制策略以提高运行效率。
控制精度和响应速度要求

发电机励磁系统原理(2)幻灯片PPT

发电机励磁系统原理(2)幻灯片PPT
辅助控制功能 1、UFGP2 T断逆变 线保B 护功能； 2、软起励功能； 3、主0 开关容45 错功47 能5；0 f(Hz) 4、同步电V压/F断限制线曲保线护
阻尼〔正、零、负〕VS惯性
励动磁态稳产定生可以负理阻解为尼机的电振原荡因的阻尼问题。
AVR造成阻尼变弱、甚至变负〔K5变负)。在 —定的运行方式及励磁系统参数下，AVR在维 持Ug恒定的同时，会产生负的阻尼作用。 扰动前后：ΔP → Δδ1 → Δδ→ 摆动 → 阻尼 → Δδ2 →稳定 传统励磁：低增益慢速〔没有能力管闲事〕 Δδ→ ΔUg →AVR作用小、反响慢 → ΔUf小 → ΔIf小 → Δ → ΔP〔力矩象限不明〕 → 对Δδ影响极小。 现代励磁：高增益快速〔管闲事帮倒忙〕 Δδ→ ΔUg →AVR作用大、反响快 → ΔUf大 → ΔIf大 → Δ → ΔP〔力矩第二象限〕 → 产生负阻尼使原来的阻尼变小，对 Δδ负面影响。 AVR+PSS:高增益快速+附加控制系统〔管闲事帮正忙〕
交流励磁机系统〔三机它励〕 同轴
组成：交流主励磁机〔ACL〕和交流副励磁机〔ACFL〕 都与发电机同轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组 由副励磁机机端电压经整流后供电。也有用永磁发电 机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。 优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响
交流励磁机系统〔二机它励〕 同轴
组成：交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电
欠励限制曲线
定子电流限制〔过无功限制、过励限
制〕
定子电流限制还可以采用根据发电机输 出的有功功率来确定发电机允许输出无 功功率的方式来实现，即过无功限制
功率因数＝1附近没有操作
有功电流分量
QL 进相运行超过限制区

2024版图解发电机励磁原理

2024版图解发电机励磁原理

高可靠性设计
提高发电机励磁系统的可靠性是未 来的重要发展方向，通过采用冗余 设计、故障预测与健康管理等技术
手段降低系统故障率。
绿色环保
随着环保意识的提高，未来发电机 励磁系统将更加注重绿色环保，采 用低能耗、低污染的材料和技术，
降低系统对环境的影响。
对未来学习和工作的建议
深入学习专业知识
继续深入学习电力电子、控制理 论等相关专业知识，为从事发电 机励磁相关领域的工作打下坚实
案例分析：某大型水电站励磁调节器设计
• 设计背景：某大型水电站采用水轮发电机组，装机容量大、运行工况复杂，对励磁调节器性能要求高。 • 设计目标：设计一款高性能、高可靠性的励磁调节器，满足水电站运行要求。 • 设计方案：采用基于DSP的数字式励磁调节器设计方案，实现快速、精确的电压调节和功率分配功能；同时采
基础。
关注前沿技术动态
关注发电机励磁技术的最新发展 动态，了解新技术、新方法的应 用情况，不断提升自己的专业素 养。
加强实践动手能力
通过参与实验、项目等方式加强 实践动手能力，培养解决实际问 题的能力。
拓展跨学科知识
学习与发电机励磁相关的跨学科 知识，如电力系统分析、电机学 等，提升综合分析和解决问题的
如失磁、励磁不稳、励磁过流等故障，通过 案例分析学习相应的处理方法和预防措施。
发电机励磁技术发展趋势预测
数字化与智能化
随着电力电子技术和控制理论的发 展，未来发电机励磁系统将更加数 字化和智能化，实现更精确的控制 和优化。
多功能集成化
为满足不同应用场景的需求，发电 机励磁系统将向多功能集成化方向 发展，如集成无功补偿、谐波治理 等功能。
提高发电机并列运行的稳定性。
功能

发电机励磁系统PPT演示课件(PPT2)

发电机励磁系统PPT演示课件(PPT2)

磁系统的动态性能和稳定性。
多目标优化设计方法
02
综合考虑发电机励磁系统的多个性能指标，如电压调节精度、
响应速度、抗干扰能力等，进行多目标优化设计。
智能化设计手段
03
利用计算机辅助设计软件和仿真技术，实现发电机励磁系统的
智能化设计和优化。
关键技术难题攻关
高精度电压调节技术
研究高精度电压调节算法，提高发电机端电压的调节精度和稳定 性。
起励装置
在发电机起励时，提供初 始励磁电流，使发电机建 立初始电压。
保护装置
监测发电机运行状态，当 出现异常或故障时，及时 切断励磁电流，保护发电 机安全。
各部分之间联系与配合
励磁机、整流装置和AVR相互配 合，共同维持发电机端电压稳定
。
灭磁装置与起励装置在发电机起 停过程中协同工作，确保发电机
安全起励和停机。
主要设备介绍
1 2
励磁机
提供励磁电流，产生磁场，使发电机转子产生旋 转磁场。
整流装置
将交流电转换为直流电，供给发电机转子绕组。
3
自动电压调节器（AVR）
根据发电机端电压和电流的变化，自动调节励磁 电流，保持发电机端电压稳定。
辅助设备功能解析
01
02
03
灭磁装置
在发电机解列或故障时， 迅速切断励磁电流，避免 发电机过电压。
励磁系统工作原理简述
维持发电机端电压稳定
通过自动调节励磁电流的大小，使发 电机端电压保持稳定。
调节发电机无功功率
提高并列运行稳定性
在多台发电机并列运行时，通过协调 各发电机的励磁系统工作，提高整个 系统的稳定性。
根据电网无功需求的变化，实时调节 发电机的无功功率输出。

发电机励磁系统原理ppt

发电机励磁系统原理ppt

特点
具有高可靠性、高稳定性 、高效率等优点。
功率整流器
作用
将交流电转换成直流电， 为发电机提供励磁电流。
类型
采用二极管或晶闸管整流 电路。
特点
具有体积小、重量轻、效 率高等优点。
灭磁电阻
作用
在发电机停机时，将磁场中的 能量消耗掉，避免发电机损坏
。
类型
通常采用碳化硅或氧化锌电阻 。
特点
具有高耐压、高功率、高可靠 性等优点。
根据故障现象进行诊断，可以借助相关仪器进行 检测和判断。
对于复杂的故障，需要专业人员进行维修和处理 ，以确保设备的安全性和稳定性。
定期检修与大修
根据发电机的运行情况和维修记录，制定定期检修计 划，包括小修、中修和大修等。
中修主要包括检查励磁系统的各个部件、测试设备的 电气性能、更换严重磨损的部件等。
02
发电机励磁系统的工作原理
励磁系统的基本工作原理
励磁系统的作用
为发电机提供励磁电流，以产生磁场，从而控制发电机 的输出电压和电流。
励磁系统的组成
励磁系统主要由励磁功率单元、励磁调节器、励磁控制 单元和励磁保护单元组成。
励磁功率单元
为发电机提供直流电流，以产生磁场。
励磁调节器
根据输入信号和系统要求，调节励磁功率单元的输出， 以控制发电机的输出电压和电流。
工业领域
在石油、化工、钢铁等工业领域，发电机励磁系统对于保障生产线的稳定运行具有重要意 义。
交通运输
在铁路、地铁、轻轨等轨道交通领域，发电机励磁系统用于提供稳定可靠的电力供应。
技术发展与趋势展望
01 02
数字化技术
随着数字化技术的不断发展，发电机励磁系统逐渐实现数字化转型， 采用数字信号处理器（DSP）和可编程逻辑控制器（PLC）等技术提 升系统性能。

图解发电机励磁原理 ppt课件

图解发电机励磁原理 ppt课件
2. 从电力系统角度研究励磁（励磁技术高级）
提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定）
励磁是发电机励磁，也是系统的p励pt课磁件 ，但更重要的还是发电机24励磁
励磁控制系统的主要任务
1、同步发电机励磁控制系统的最基本和最主要的任务是 维持发电机电压在给定水平上
优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响
缺点：调节速度慢，轴系长度长，pp易t课件引发轴系振荡
14
自幷励
静止
ppt课件
15
有刷励磁
静止
ppt课件
16
无刷励磁系统
旋转
ppt课件
17
自并励磁系统
ppt课件
励磁装置就是提 供发电机磁场电流 的装置，包括所有 调节与控制元件， 还有磁场放电或灭 磁装置及保护装置
电网遭受每一次大扰动后，引起电力系统各机组之间功角相对增大，
在经过第一或第二个振荡周期不失步，作同步的衰减振荡，系统中
枢点电压逐渐恢复。
动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控
制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。动态稳定的判
据是在受到小的或大的扰动后，在动态摇摆过程中发电机相对功角
性的振荡）（稳定余度好极限功率问题、安稳切机问题）； 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性；
（周期性振荡）（安稳切机问题、继电保护问题）； 动态稳定是微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），
因自动调节作用产生的稳定性ppt课稳件定（励磁PSS问题）。 26
我国电力系统稳定导则定义
静态稳定是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性失步，自动

图解发电机励磁原理

现在励磁控制系统规律大多采用传统经典控制理论：PID+PSS 励磁控制系统科研主要内容：电力系统稳定器PSS；线性最优控制规律（华中科技大学）；非线性最优控制规律（清华 大学 ）。
电力系统励磁控制发展过程： PID 控制； PSS 控制 线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control） 非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control） 非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
题）； ❖ 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性；（周期性振荡）（安稳切机问题、继电保护问题）； ❖ 动态稳定是微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），因自动调节作用产生的稳定性稳定（励磁PSS问
题）。
我国电力系统稳定导则定义
静态稳定是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。稳定导则还规定，在有防止 事故扩大的相应措施的情况下，水电厂送出线路或次要输电线路下列情况下允许只按静态稳定储备送电。 暂态稳定是指电力系统受到大扰动后, 各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。暂态稳定 的判据是电网遭受每一次大扰动后，引起电力系统各机组之间功角相对增大，在经过第一或第二个振荡周期不失步，作同步 的衰减振荡，系统中枢点电压逐渐恢复。 动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。动态 稳定的判据是在受到小的或大的扰动后，在动态摇摆过程中发电机相对功角和输电线路功率呈衰减振荡状态，电压和频率能 恢复到允许的范围内。
励磁是发电机励磁，也是系统的励磁，但更重要的还是发电机励磁
励磁控制系统的主要任务

发电机励磁系统原理ppt


伏赫限制以及其他辅助功能
设计U/F限制器是为了保护机组及与机组相连的变压器过激磁。 当机组频率降低的时候，为了使机组的机端电压保持恒定，励 磁系统将会增加励磁电流，此时，如果机组在低频率的情况下 使机端电压保持在额定值，那么对机组及所有与机组相连的变 压器而言，将有可能出现过磁通现象（尤其是主变压器），从 而对机组及变压器造成损坏。
建立δ －ω 平面坐标系
T1：励磁产生的电磁力矩 T2：PSS产生的电磁力矩 Δ PSS:附加励磁控制信号 AVR(PID)＋PSS产生的电磁力矩
PSS输入信号 Δ ω 、Δ δ 、Pe、Δ P、Δ f
测量轴转速Δ ω ，测量和处理比较复杂, 轴系扭转的处理更加困难，使用较少 测量过剩功率Δ P，测量和处理更加复杂,输入信号多，使用也少 测量电功率Pe，在假定机械功率不变的情况下，可以得到过剩功率Δ P，使用广 泛，效果不错。但在原动机功率变化时会出现反调现象。 测量机端电压频率△f，克服了Δ ω 测量处理上的困难，但由于发电机电抗的影 响，△f与频差Δ ω 不完全一致，因而效果上稍差。
励磁调差原理与应用
全控桥强励与强减
按照Ud=1.35U2cosa，一般强励α =150 ；强减α =1500
强励限制与过励限制
1、电压强励能力取决于励磁变二次电压（阳极电压）； 2、电流强励能力取决于可控硅电流或者说是功率柜的数量； 3、强励限制是指电流限制倍数：1.5-2.0倍；功率柜故障取1.1倍； 4、过励限制是励磁电流限制，大于1.1倍，反时限，励磁电流闭环；
交流励磁机系统（三机它励）
同轴
组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同
轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。 也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。

发电机励磁系统原理(精选优秀)PPT

优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响
缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡
交流励磁机系统（二机它励） 同轴
组成：交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电
流；AVR控制可控硅的触发角，调整其输出电流，亦称为两机它励励磁系 统。励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经 励磁变压器后获得，自动励磁调节器控制可控硅砖触发角，以调节交流励 磁机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子， 亦称为两机一变励磁系统。
定QC子电压升高，Q以CG 使机组运行点回到允许的允许范围之内。
欠励限制曲线
定子电流限制（过无功限制、过励限制）
定子电流限制还可以采用根据发电机输 出的有功功率来确定发电机允许输出无 功功率的方式来实现，即过无功限制
功 率 因 数 ＝ 1附 近 没 有 操 作
有功电流分量
QL 进 相 运 行 超 过 限 制 区
励磁调差原理与应用
全控桥强励与强减
按照Ud=1.35U2cosa，一般强励α=150 ；强减α=1500
强励限制与过励限制
1、电压强励能力取决于励磁变二次电压（阳极电压）； 2、电流强励能力取决于可控硅电流或者说是功率柜的数量； 3、强励限制是指电流限制倍数：1.5-2.0倍；功率柜故障取1.1倍； 4、过励限制是励磁电流限制，大于1.1倍，反时限，励磁电流闭环；
发电机励磁系统原理
励磁系统的组成与分类
自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器） 励磁电源（励磁机、励磁变压器） 整流器（AC/DC变换，SCR、二极管） 灭磁与转子过电压保护 按励磁电源分类：
直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统 自并励励磁系统
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E=4.44fNΦ
F:励磁条件与影响 N:机端电压影响
Φ:与励磁电流关系
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
学习交流PPT
4
励磁的基本任务
Governor调速
Frequency（f） Active Power（P）
功角δ
Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug）
Excitation励磁
高起始励磁系统
学习交流PPT
11
三峡电厂右岸励磁系统
THYRIP OL
完全柔性制动系统
调 辅助 整流柜（功率柜） 直流灭磁 灭磁
节 控制 制动整流柜
开关柜 电阻柜
器柜
（柔性制动）
学习交S流1PP0T 1
S106+S107
12
直流励磁机系统（开关励磁）
FMK
*
FLQ
F
CT
L
PT
Rc LLQ
同轴
自动励磁调节器
发电机励磁系统原理（1）
学习交流PPT
1
水轮发电厂原理
大坝、水电厂、水轮 机、发电机定子、转 子、励磁系统
学习交流PPT
2
水轮发电厂转子
学习交流PPT
n=60f/P 励磁绕组（d轴） 阻尼绕组（d轴、 q轴）
3
励磁的基本概念
什么是励磁？
场B
4.44:有效值系数
I2＝0.816Id
学习交流PPT
22
三相全控桥实际电路波形
因电感引起换弧角 带来的过电压尖峰， 逆变颠覆
实际电路器件介绍： 快熔、阻容、分流器、 表记、均流、开关、 脉冲变等
学习交流PPT
23
同步发电机励磁的作用
1. 从发电厂角度学习励磁（励磁技术初级）
调节发电机电压（空载） 调节发电机无功功率（负载） 多台发电机无功功率分配（调差） 安全可靠运行（关键）
Excitation Control System
励磁控制系统
Blockdiagramm 学a习c交c流oPPTrding IEEE
6
励磁系统新科技
现在发电机励磁系统采用单轴直流电励磁； 发电机励磁系统科研主要内容：双轴励磁；交流励磁；
学习交流PPT
7
励磁控制系统新科技
现在励磁控制系统规律大多采用传统经典控制理论：PID+PSS 励磁控制系统科研主要内容：电力系统稳定器PSS；线性最优控制规律（华中科技大 学）；非线性最优控制规律（清华大学 ）。
优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响
缺点：调节速度慢，轴系长度长学，习易交流引PPT发轴系振荡
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自幷励
静止
学习交流PPT
15
有刷励磁
静止
学习交流PPT
16
无刷励磁系统
旋转
学习交流PPT
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自并励磁系统
励磁装置就是提 供发电机磁场电流 的装置，包括所有 调节与控制元件， 还有磁场放电或灭 磁装置及保护装置
学习交流PPT
10
励磁系统的组成与分类
自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器）
励磁电源（励磁机、励磁变压器）
整流器（AC/DC变换，SCR、二极管）
灭磁与转子过电压保护
按励磁电源分类：
直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统 无刷励磁系统 自并励励磁系统
按响应速度分类：
慢速励磁系统
快速励磁系统
励磁控制系统是 包括控制对象的反 馈控制系统
整流器输入开关
的定义：灭磁开关
&隔离开关：按是
否投灭磁电阻而定
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18
现代励磁基础
同轴直流发电机（体积大、效率低、容量小） 电力电子器件：二极管、晶闸管（可控硅）、IGBT等 PN结、单相导通特性、可控硅伏安特性 可控硅导通条件：正向电压、正向脉冲 可控硅关断条件：反向电压 同步电压、触发脉冲、脉宽调制
8
PID励磁控制理念
ΔVG
K
控制
1
K
如K=100
20 ΔVG
80 1 5s
G ( s ) 20 80 1 5s
100 1 s 1 5s
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9
励磁机他励与自并励
Output of Excitation System
Potential Transformers Current Transformers
Uf , If
<
UE , IE AVR
For Example
自并励励磁系统 IGBT
400 V AC 110 V DC
Generato r
Main Exciter Voltage Regulator
他励：励磁电源取自励磁机或厂用电等；
自励：励磁电源取自发电机本身，可靠性高，但需采取措
施保证强励能力。
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开关励磁
19
可控硅励磁原理
三相全控桥电路
α=00:强励状态，AC变DC
α=α0:整流状态，AC变DC
α=1500:逆变状态，DC变AC
学习交流PPT
20
全控桥与半控桥
全控桥：
整流与逆变 整流特征相同 能够逆变也能续流 Uf反相恒定
If线性衰减 灭磁快
半控桥：
整流与续流 整流特征相同 不能逆变只能续流
Uf＝0 If非线性衰减
灭磁慢 续流二极管
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21
三相全控桥电路要点
SCR导通顺序：
1234561234561234……
整流状态
•交流变直流，能量供给 •00<a<900 •Ud>0
逆变状态
•直流变交流，能量反送
•900<a<1500 (1800-0)
•Ud<0
Ud=1.35U2cosa
G
功角含义（电气量与空间量）、静稳极限Pmax、系 统稳定余度（Pmax/P）、功角范围（机组小于系统）
学习交流PPT
5
励磁重要概念
Synchronous Machine Regulator
Exciter
Synchronous Machine
Power System
励磁系统
Excitation System
电力系统励磁控制发展过程：
PID 控制；
PSS 控制
线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control）
非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control）
非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
学习交流PPT
开关式励磁调节器的优点是：结构紧凑， 体积小，且励磁电源可靠，不受电力系统 电压波动的影响。另外，不存在可控整流 桥的触发同步问题，控制简便，运行可靠 性高。
学习交流PPT
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交流励磁机系统（三机它励） 同轴
组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。
副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。也 有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。