发电机励磁系统介绍.docx

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1、编辑本段 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供给励磁电流；而励磁调整器则依据输 入信号和给定的调整准则掌握励磁功率单元的输出。 励磁系统的自动励磁调整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 系统的进展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断进展。同步 发电机的励磁系统主要由功率单元和调整器装置两大局部组成。如图所 示：其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组供给直流励磁电流的励磁电源局部，而励磁调整器则是依据掌握要求的输入信号和给定的调整准则掌握励磁功率单元输出的装置。由励磁调整器、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

2、统掌握系统。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励磁系统的主要作有： 1依据发电机负荷的变化相应的调整励磁电流， 以维持机端电压为给定值； 2掌握并列运行各发电机间无功功率安排； 3 提高发电机并列运行的静态稳定性； 4提高发电机并列运行的暂态稳定性； 5在发电机内部消灭故障时，进展灭磁，以减小故障损失程度； 6依据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。编辑本段 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

3、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，工作比较牢靠和削减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，具有较成熟的运行阅历。缺点是励磁调整速度较慢，维护工作量大，故在 10MW 以上的机组中很少承受。2、沟通励磁机供电的励磁方式现代大容量发电机有的承受沟通励磁机供给励磁电流。沟通励磁机也装 在发电机大轴上，它输出的沟通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，又由于承受静止的整流装置，故又称为他 励静止励磁，沟通副励磁机供给励磁电流。沟通副励磁机可以是永磁机或是 具有自励恒压装置的沟通发电机。为了提高励

4、磁调整速度，沟通励磁机通常 承受 100200HZ 的中频发电机，而沟通副励磁机则承受 400500HZ 的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相沟通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，具有工作牢靠，构造简洁，制造工艺便利等优点。缺点是噪音较大， 沟通电势的谐波重量也较大。3、无励磁机的励磁方式在励磁方式中不设置特地的励磁机，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

5、方式具有结简洁，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，给发电机供给较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的缺乏。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。编辑本段 发电机与励磁电流的有关特性1、电压的调整自动调整励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反响掌握系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要缘由，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，发电机的端电压应根本保持不变，实现这一要求的方

6、法是随无功电流的变化调整发电机的励磁电流。2、无功功率的调整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， 要转变发电机励磁电流，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，为了转变发电 机的无功功率，必需调整发电机的励磁电流。此时转变的发电机励磁电流并 不是通常所说的“调压”，而是只是转变了送入系统的无功功率。3、无功负荷的安排并联运行的发电机依据各自的额定容量，按比例进展无功电流的安排。 大容量发电机应负担较多无功负荷， 而容量较小的则负供给较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动安排，可以通过自动高压调整的 励磁装

7、置，转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整特性的倾斜度进展 调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理安排。编辑本段 自动调整励磁电流的方法励磁电流调整的原理在转变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进展，由于该回路中电流很大，不便于进展直接调整，通常承受的方法是转变励磁机的励磁电流，以到达调整发电机转子电流的目的。常用的方法有转变励磁机励磁回路的电阻， 转变励磁机的附加励磁电流，转变可控硅的导通角等。这里主要讲转变可控硅导通角的方法，它是依据发 电机电压、电流或功率因数的变化，相应地转变 可控硅整流器 的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着转变。这套装置一般由晶体管，可

8、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。在事故状况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调整励磁装置自动调整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、限制单元及一些关心单元构成。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，并用于掌握可控硅的导通角，以到达调整发电机励 磁电流的目的。同步单元的作用是使移相局部输出的触发脉冲与可控硅整流 器的沟通励磁电源同步，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安排无功负荷。稳定单元是为

9、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整励磁装置都具有上述各种单元，一种调整器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。编辑本段 自动调整励磁的组成组成部件自动调整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；励磁装置需要供给以下电流，厂用 AC380v 、厂用 DC220v 掌握电源.厂用 DC220v 合闸电源；需要供给以下空接点，自动开机 .自动停机.并网一常开，一常闭增，减；需要供给以下模拟信号，发电机机端电压100V ，发电机机端电流 5A，

10、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，励磁装置特别等。励磁掌握、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、调整器故障、发电机工况特别、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必需解列外，还必需灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的状况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。依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。进展近十多年来，由于技术，工艺和器件的涌现和使用，使得发电机 的励磁方式得到了不断的进展和完善。在自动调整励磁装置方面，也不断研 制和推广使用了很多型的调整装置。由于承受微机计算

11、机用 软件实现的自动调整励磁装置有显著优点，目前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整励磁装置，这种调整装置将能实现 自适应最正确调整。发电机励磁系统概述摘要：本文针对热电分厂所用的励磁方式，对各励磁系统的状况进展分析总结。关键词：励磁方式 励磁调整器 电子开关放大器励磁系统是同步发电机的重要组成局部，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两局部组成：如图一所示一局部用于向发电机的磁场绕组供给直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出局部或称励磁功率单元。另一局部用于在正常运行或发生故障时调整励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁掌握

12、局部或称励磁掌握单元或励磁调整器。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁掌握系统起着重要的作用，它不仅掌握发电机的端电压，而且还掌握发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的状况下，维持发电机或系统的电压水平；合理安排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，所以对励磁系统必需满足以下要求：图一1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调整自动或手动励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地安排机组间的无功负荷。2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能快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

13、，以利于提高系统静态稳定，并且动作应快速，工作要牢靠，调整过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5 台同步发电机承受了 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沟通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，而沟通励磁机正好相反，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

14、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 可转变励磁机励磁电流中的 IRC 从而到达调整发电机转子电流的目的。三期承受的是静止励磁系统。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，经三相全控整流桥掌握发电机的励磁电流。二、励磁电流的产生及输出一期励磁系统原理图如图五所示。其中主励磁机的励磁图 五 励磁系统原理图电源由永磁机的定子绕组经三相可控硅整流桥或三相不行控硅整流桥供给， 同时直流稳压单元的沟通电源也取自永磁机。发电机端电压的变化通过调差单 元、放大单元后去掌握可控硅的导通角，以此来调整主励磁

15、机的磁场电流，到达是发电机稳定运行的目的。另外，为了提高主励磁机供电的牢靠性还设有手动掌握，通过调整调压器来调整整流桥的输出直流电压到达调整磁场电流的小的目 的。两种掌握方式通过 DZA、DZB 来进展切换。二期励磁系统如图六所示。整流励磁机与发电机同轴，由剩磁建立电压，通过整流子整流经电刷送出。手动状态下经磁场变阻器、KFD-3 励磁调整器、碳刷、滑环给转子供给励磁电流。三期承受双微机单模拟的励磁掌握系统，取消了励磁机。期励磁系统原理图如图七所示。发电机的励磁电流由机端励磁变压器经可控硅整流桥供给。其可控硅的导通角可由微机或模拟方式掌握，在正常状况下，只有一台微机处于在线状态，能发出掌握信号

16、，其它则处于离线热备用状态，其给定值、在线参数、掌握信号均处于跟踪工作状态。在线通道一旦故障，其发出的掌握信号将被闭锁转为离线通道；离线通道自动投入转为在线状态，发出信号，当两套微机通道均消灭故障，在正常运行状况下，只有一台微机处于在线状态，其给定值、在线参数、掌握信号均处于跟踪工作状态。在线通道一旦故障，其发出的掌握信号将被闭锁转为离线通道； 离线通道自动投入转为在线状图 六 KFD-3 快速励磁调整器原理图图 七 HWLT-4 励磁系统原理图态，发出掌握信号，当两套微机通道均消灭故障时，模拟通道自动投入。为了保证励磁电源的牢靠性，承受了电力专用电源为调整器供给24VDC 电源，每个电源由交

17、、直流两路输入。它们分别来自三种独立的电源：厂用 220VAC、厂用 220VDC、自用电 220VAC，同时承受厂用电 380VAC 经三相桥式整流为发电机供给励磁电流，以便发生故障时有足够的调整容量及较高的响应速度。三、励磁系统的掌握局部一期的自动励磁调整器由可控硅整流功率单元、移相触发单元、直流放大单元、电压反响单元、调差单元、直流电源单元和电源监视单元组成。整流功率单元承受的是三相桥式全控整流电路，主要是将沟通电压变成直流电供给励磁机的励磁绕组；移相触发单元由六个完全一样的触发器插件组成，其构成环节如以下图所示：本单元依据输入掌握信号 Usm 的大小，转变晶闸管的掌握角，以掌握整流电路

18、的输出，从而调整发电机的励磁电流；直流放大单元由两级直流放大器组成， 是 PID 放大器和综合放大器。其调整的过程是指当发电机受到无功扰动电压产生变化的开头瞬间，PID 便输出一个与变化率dv/dt成正比的信号去转变励磁， 以阻挡电压的变化。由于 PID 放大器自身带负荷的力量较差，故还需在 PID 和触发器之间设一综合放大器，对 PID 放大器的输出信号进展反相和功率放大；无功调差单元是指当发电机并联运行时能使个机组间无功电流安排稳定，当发电机经升压变压器与电网并联时，能抑制升压变压器的电抗压降；无功调差单元是将发电机端电压的变化转变为一沟通电压信号，而 PID 的输入端要直流电压反响信号，

19、因此在此二单元之间加一电压反响单元，将沟通电压信号转为直流电压信号； 直流电源单元为励磁调整器供给+24V 直流电压；本调整器所选用的集成元件工作电源为15V，故需设15V 的稳定电源；电源监视单元起对两套工作电源进展监视的作用，当任一组电源发生故障时均能报警。二期所承受的是 KFD3 型快速励磁调整器。如图六所示。调整器由电流互感器及电压互感器供电，包括可控相复励变压器和电压校正器。可控相复励变压器 BKF 是调整器的主要元件，它是一个有直流磁化的、双初级绕组的变压器或磁放大器。第一个串联绕组由电流互感器 LH 供电；其次个并联绕组由电压互感器YH 供电。次级绕组的感应电势是这两个绕组磁化安

20、匝的感应电势的几何和。次级电流经过输出整流器组 ZC 整流后输送至励磁机励磁绕组。电压校正器由三相测量变压器 BC 及磁放大器 FC 组成，三相测量变压器 BC 由电压互感器 YH 经调整自藕变压器 TBZ 供电。他是一个三相饱和变压器，初级电流具有非线性的特性， 而次级电流是线性的，在经非线性整流器ZFL、线性整流器ZXL 整流后而输出至磁放大器 FC 的两个极性相反的直流掌握绕组，磁放大器输出电流的大小由这两个电流差来掌握。当发电机电压增加时，测量机构输出的线性与非线性电流差快速增加，相应地磁放大器的输出电流也急剧增加，因此由测量机构与磁放大器所组成的电压校正器具有反接的特性。在正常工作时

21、，校正器由肯定的磁化电流送至 BKF 的掌握绕组，使 BKF 的铁芯工作于较饱和的程度从而掌握 BKF 的输出，到达掌握发电机励磁的目的。三期所承受的是 HWLT-4 型微机励磁调整器。它提高了发电机运行的自动化程度。各功能均实现了模块化，通过不同功能的组合来满足不同用户的要求。在硬件方面，该调整器由两套独立的微机通道和一套独立的模拟通道组成。每个微机通道分为：电压环和电流环。模拟通道为电流环。电压环是取自机端电压信号进展闭环的，亦称为自动环；电流环是取转子电流信号进展闭环的，亦称为手动环。为了保证调整的快速性，系统连续采样即在一个工频周期内完成各种运算， 其操作回路的动作由工业掌握机和继电器

22、共同完成的。在软件上调整器的掌握方式分为四种：1、自动电压调整(AVR)2、磁场电流调整(FCR)3、恒无功调整4、恒功率因数调整在正常状况下，可由 AVR 方式手动切换至 FCR 方式，在故障状况下自动切换。后两种掌握方式只能在 AVR 方式下投入使用。另外，本调整器还具有四种限制功能:1、定子电流限制2、磁场电流限制3、欠励限制4、伏特赫兹限制调整器通过掌握功能、限制功能及其它的一些关心功能来掌握发电机的励磁电流，使发电机工作在最正确状态。四、三种励磁系统的强行励磁状况三种励磁系统均具有强励功能。一期强励是由电子开关和 PID 放大器一起掌握的。电子开关原理图如下图。在运算放大器 FD2图

23、 八 电子开关原理图反相端输入一个负电压 V -8V,当反响电压|Vi|V |时，FD2 输出为负电位场效ir应管截止，使 PID 恢复积分功能。通过 PID 的有差积分调整可维持电压恒定不变，即当发电机电压消灭偏差时，如负的偏差，积分调整渐渐给一个强励信号，使发电机电压上升，这时负偏差减小，输出信号减小,减小强励信号直到电压恒定不变。消灭正偏差时，其过程和上相反。二期的励磁系统还承受了继电强行励磁装置。当机端电压下降到额定电压的 8085时，强行励磁装置动作，短接磁场变阻器的局部电阻使励磁电流猛增到最大值，励磁电压升到额定值的 1.82 倍，实现继电强行励磁。三期强励主要是通过软件来实现的。

24、由高牢靠智能励磁调整器完成励磁系统所需的各种功能。在自动电压调整下，对于自并励励磁系统承受 PID 掌握算法，以稳定发电机机端电压。五、三种励磁系统的运行状况一期发电机自一九八四年投运以来，无刷励磁系统运行正常，自动励磁调整器常常投入而且维护量很小。二期发电机自一九九四年投入运行以来，直流励磁系统屡次发生故障。两台机调试时均发生过转子滑环处短路事故，严峻的影响了生产运行，且在正常运行时需常常检查和调整滑环及更换整流子碳刷，运行维护工作量很大，费用很高，其自动励磁调整器由于不能长期稳定运行而常常退出不用。随着对二期运行阅历的积存及运行维护的加强还是能保证正常运行的。三期承受了微机掌握励磁调整系统。该调整系统自投运以来运行稳定牢靠，性能优良， 特别是全部汉化的人机界面，为现场运行检修人员供给了便利。通过对这三期发电机励磁系统构造、原理和运行状况的比较可以看出：一期的无刷励磁系统运行牢靠，维护量和检修量大大优于二期直流励磁系统，但是一期的励磁系统在开机调试时比二期难。三期承受了静止励磁系统，由 HWLT-4 微机励磁调整器进展掌握，取消了励磁机，缩短了主轴长度，降低了制造费用和土建费用，且微机掌握是工业进展的趋势，其生产技术水平渐渐成熟，是将来励磁系统进展的主流。