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第四章同步发电机的自动励磁调节装置精要.ppt 151页
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第四章同步发电机的自动励磁调节装置精要.ppt
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内容提要：励磁系统的任务励磁系统的类型励磁调节装置的原理并联机组间无功分配教学目的：熟悉同步发电机励磁控制系统的任务、理解对励磁系统的基本要求，熟悉同步发电机的励磁方式及其特点，掌握半导体励磁调节器的构成、工作原理，掌握并联运行机组间无功功率的分配，熟悉强励及灭磁的概念、灭磁的方法，理解励磁调节器静态特性调整的目的，了解微机励磁调节器的构成原理。重点：励磁控制系统的任务、基本要求，并联运行机组间无功功率的分配。同步发电机励磁系统是指为发电机提供可调节励磁电流的装置的全部组合。包括：产生可调节励磁电流的励磁功率单元(如励磁机)控制功率单元的励磁调节器两个主要组成部分以及相关的测量仪表、辅助设备等。一、同步发电机励磁控制系统的任务(一)电压控制:维持发电机端或指定控制点的电压在给定水平上发电机单机带负荷运行时,励磁控制系统的电压调节作用可用右图说明。GEW是发电机的励磁线圈，ùG和?G分别为发电机定子电压和电流。正常时,流经GEW的励磁电流IEF在同步发电机内建立磁场,使定子绕阻产生空载感应电动势èq;改变励磁电流IEF大小,可使èq相应变化;图(b)是发电机稳态运行的等值电路图，其间关系用数学式表达为Xd—发电机的直轴电抗。一般δ很小,可近似认为cosδ≈1,于是上式简化为Eq和IEF成正比。当IEF不变时,IQ变化将引起UG的变化,即发电机单机带负荷运行时,电压变化主要是由定子电流的无功分量IQ变化引起的。发电机并网运行时，系统的电压水平由系统中无功电源发出的无功功率总和与系统中负荷所消耗的无功功率总和之间的平衡关系决定。并网运行时的单机容量相对有限,改变一台发电机的励磁电流对系统电压水平的影响不像单机带负荷运行时的影响那么大，而且电力系统的容量越大，这种特征越明显。当系统容量无穷大时，系统电压为恒定值，改变一台发电机的励磁电流对系统的电压水平没有影响。但是，系统中各节点电压是不相同的，因此，对并网运行发电机的UG随IEF变化的情况要做具体分析。发电机经变压器和输电线路并入电力系统的情况如下图所示。UG≈UX+IQ(XB+XL)UB≈UX+IQXL　　　　IQ=(Eq-UX)/(Xd+XB+XL)XB、XL－变压器漏抗和输电线路电抗；UX、UB－电力系统电压和变压器高压侧电压。以上三个表达式说明：①通过调节发电机励磁电流IEF来调节发电机电势Eq可以改变发电机无功电流IQ，从而调节发电机电压UG和变压器高压侧电压UB，维持发电机机端电压UG或系统内某一点电压(如变压器高压母线电压UB)在给定水平;调节发电机励磁电流不再会引起发电机电压的变化，即发电机励磁调节系统不再有调节发电机电压的作用。实际上,无穷大电力系统是不存在的,即系统等值阻抗并不等于零,发电机电压UG将随着无功负荷的变化而变化。(二)合理分配并联运行发电机间的无功功率电力系统中是多台发电机并联运行的。为保证系统的电压质量和无功潮流合理分布,要求合理控制系统中并联运行发电机输出的无功功率。所谓“合理控制”包含两层意思：①每台发电机发出的无功功率数量要合理；②当系统电压变化时，每台发电机输出的无功功率要随之自动调节，而且调节量要合理。1.发电机无功功率控制的原理条件:设同步发电机与无穷大电力系统并联运行,即发电机端电压不随负荷的变化而变化,是一个恒定值。同时假定发电机定子电阻为零,并忽略凸极效应。而发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁电流的大小无关。因此机组发出的有功功率PG为常数。可以写出下列表达式PG=UGIGcosφ=常数PG=(EqUG/Xd)sinδ=常数φ－功率因数角；δ－发电机的功率角。由上两式得由图IEF2&IEF1时，IQ2&IQ1由于UG=定值,所以当励磁电流IEF增加时,发电机发出的无功功率(QG=UGIQ)就增加了.同样,当IEF减少时,QG就会减少。因为发UG为定值，发电机励磁电流的变化只改变了机组的无功功率和功率角δ的大小。此即无功功率调节的原理.2.合理分配并联运行发电机间的无功功率曲线F1和F2分别为发电机G1和G2的外特性,表征发电机电压UG*和无功电流IQ*的关系。外特性是由发电机励磁系统形成的一种发电机静态特性。设发电机母线电压UM=UG*=UM1,则UM1交曲线Fl于A点,G1发出的无功电流为IQ1如果将曲线F1移到F1′,则G1的工作点将由A移动到B,G1发出无功电流IQ1″。设发电机母线电压由UM1下降到UM2运行,G1和G2发出的无功电流分别增加到IQ1′和IQ2′ΔIQ1=IQ1′-IQ1,ΔIQ2=IQ2′-IQ2。①如果两台机组的外特性曲线斜率相等，则无功电流增量相等，即有ΔIQ1=ΔIQ2；②如果两台机组的外特性曲线斜率不相等,则无功电流增量不相等。(c)所示ΔIQ1&ΔIQ2。③
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发电机励磁系统 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；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。励磁的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。如图所示： 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。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）提高的静态稳定性；4）提高运行的暂态稳定性；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。 同步发电机励磁系统的形式有多种多样，按照方式可以划分为他励式和自励式两大类。
励磁方式/发电机励磁系统
直流发电机
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。
交流励磁机
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[1]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。
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，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。
励磁特性/发电机励磁系统
电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的负则提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
励磁电流/发电机励磁系统
在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。
常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。
这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。
自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元&。励磁系统稳定单元&用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。
励磁组成/发电机励磁系统
自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。
励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。
近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。
励磁原理/发电机励磁系统
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。
中小型水利发电设备已实施出口产品质量许可制度，未取得出口质量许可证的产品不准出口。
防雷保护/发电机励磁系统
柴油发电机组要进行必要的防雷保护。特别是直接与架空配电线路连接的柴油发电机组必须进行防雷保护，应根据国家标准设计规范的规定，按不同情况对发电机绝缘采取不同的防雷保护措施。
单机容量为300～1500kw的直配电机，采用9的保护接线进行过电压保护。单机容量为300kw及以下的高压直配电机，根据具体情况和运行经验，采用10(a)的保护接线，或10(b)的方式，只在线路入户处装设一组避雷器和电容器，并在靠近人户处的电杆上装设保护间隙或将绝缘子铁脚接地。个别重要电机采用9的保护接线。
保护高压旋转电机用的避雷器，一般采用磁吹避雷器，避雷器宜靠近发电机装设。在一般情况下，避雷器可装在电机出线处；如接在每一组母线上的发电机不超过两台，或单机容量不超过500kw，且与避雷器的距离不超过50m时，避雷器也可装在每一组母线上
当直配电机中性点能引出且未直接接地时，应在中性点上装设磁吹或普通阀型避雷器。避雷器额定电压不应低于发电机最高运行相电压，对于线电压为6．3kV的发电机应选用FCD-4型或FZ-4型4kV的避雷器；10.&5kV的发电机应选用FCD-6型或Fz-6型6kV的避雷器。
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同步发电机的功率因数滞后，其在送出有功功率的同时也送出无功功率，这种励磁工况叫做（)。A．
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提问人：匿名网友
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同步发电机的功率因数滞后，其在送出有功功率的同时也送出无功功率，这种励磁工况叫做()。A．过励磁B．欠励磁C．正励磁D．负励磁请帮忙给出正确答案和分析，谢谢！
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18mw的发电机应是同步发电机.在发电机并列后,看它是否在系统中担任的什么样角色.发挥什么作用,简单来说如果它全担起系统负荷的话.发电机就会楼主所说的一样,发电机励磁电流增大.那就机端电压升高,无功负荷也增大现象
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建议看看电机学，电站主要两大控制系统，调速系统和励磁系统。调速系统控制的是有功和转速（频率），励磁系统控制的是电压和无功
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增大励磁电流时无功当然无功增大了！
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