05-1 5.2 同步发电机励磁系统.pptx

第1页：5.2同步发电机励磁自动控制系统

5.2同步发电机励磁自动控制系统

一、同步发电机励磁系统的基本构成1、同步发电机励磁系统由发电机及其励磁系统组成的反馈自动控制系统.发电机励磁系统由自动励磁调节器及励磁功率单元组成。

自动励磁调节器分机电式励磁调节器、半导体励磁调节器和计算机励磁调节器。

励磁功率单元是为同步发电机提供直流励磁电流的.按提供直流励磁电流的电源不同，励磁功率单元分为直流电源励磁和交流电源励磁。

直流电源励磁的电源为直流发电机，称为直流励磁机；交流电源励磁包括交流电源和整流器两部分。

交流电源励磁的电源分为交流发电机（称为交流励磁机）、串联变压器和并联变压器。

整流器分为可控硅整流和不可控硅整流。

整流电路分为静止整流电路和旋转整流电路两种形式。

旋转整流电路的整流元器件是和发电机转子同轴旋转的；静止整流电路的整流元器件是放在地面上静止不动的；

第2页：励磁系统的发展过程

励磁系统的发展过程

发电机励磁系统经历了一个由初级到高级的发展过程。

早期：直流励磁机，配用的是电磁式的励磁调节器；随着半导体技术的发展，又诞生了半导体励磁调节器；随着计算机技术的发展，人们又研制了计算机励磁调节器，又称数字式励磁调节器。

后来：交流励磁机

第3页：直流励磁机励磁系统

直流励磁机励磁系统

• 本节重点介绍励磁功率单元，下一节将介绍自动励磁调节器二、常用同步发电机励磁系统的工作原理
• 1.直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统是最早应用的一种励磁方式。由于它是靠发电机的换向器进行整流的，当励磁电流过大时，换向就很困难，所以这种方式只能在100MW以下的中小容量机组中采用。直流励磁机大多与发电机同轴，它是靠剩磁来建立电压的，按励磁机励磁方式不同又分为自励式和他励式两种。

第4页：自励直流励磁机励磁系统

自励直流励磁机励磁系统

它的励磁电流控制由两种途径实现：一是通过人工调节励磁机磁场电阻来改变励磁机的励磁电流IEE，从而达到人工调整发电机励磁电流的目的，实现对发电机励磁电流的手动调节。

二是通过自动励磁调节器对励磁机的励磁电流IAVR自动调节，从而实现对发电机励磁电流的自动调节。

励磁机EX和发电机G同轴，靠剩磁建立电压。

励磁机发出的电流，一部分(IEF)送给发电机的励磁绕组；一部分(IEE)经过磁场变阻器RC送给励磁机的励磁绕组。

由于励磁机向它自己提供励磁电流，故称为自励。

ILL—励磁机的励磁电流IAVR—自动励磁调节器输出的电流IEE—励磁机提供的励磁机的励磁电流

第5页：他励直流励磁机励磁系统

他励直流励磁机励磁系统

它与图5.10 (a)的不同之处在于直流励磁机的励磁电流是由另一台与发电机同轴的副励磁机供给，故称他励。

励磁机的励磁电流IEE—副励磁机提供的励磁电流K—折算系数，将IAVR折算到IEE所流过的绕组中去输出的电流自励直流励磁机中，IEE的增加促使励磁机电压UEF增加，而IEE的增加又依靠UEE的增加。

IEE和UEE的这种关系使得励磁机的励磁时间常数增大了。

而它励直流励磁机则不然，它没有IEE和UEE的相互依赖关系，励磁时间常数只决定于励磁绕组的结构和参数。

所以它励直流励磁机时间常数小。

第6页：励磁机时间常数的影响

励磁机时间常数的影响

• 由于水轮发电机的机械转动惯量大，励磁绕组的时间常数过大，会使得励磁自动控制系统的动态指标变差。因此减小励磁机的时间常数对保证励磁自动控制系统的稳定性和动态指标具有重要作用。该系统一般用于水轮发电机组。在电力工业发展初期，由于发电机的容量较小，全部采用直流励磁机励磁系统。随着发电机容量的不断增大，励磁机的容量亦不断增大。在实际运行中存在的问题更加突出：
• ①直流励磁机靠机械换向器换向，有电刷、换向器等转动接触部件，运行维护繁杂；
• ②当发电机容量大于100MW时，直流励磁机的换向问题难以解决；
• ③直流励磁机与同容量的交流励磁机或静止励磁系统相比，体积大、造价高。基于以上原因，直流励磁机励磁系统只用于容量在100MW及以下的发电机。

第7页：交流励磁机励磁系统

交流励磁机励磁系统

随着电力电子技术的发展和大容量整流器件的出现，为适应大容量发电机组的需要，产生了交流励磁机励磁系统。

这种励磁系统的励磁功率单元由与发电机同轴的交流励磁机和硅整流器组成。

其中交流励磁机又分为自励和他励两种方式；整流器又分为可控硅整流和不可控硅整流两种，每一种又有静止和旋转两种形式。

励磁系统的自动励磁调节器又有模拟式的，也有数字式的。

功率单元和调节器的各种不同形式的组合配用，使交流励磁机励磁系统的类型多种多样。

下面仅介绍在大型机组中常采用的他励方式，它又分为静止整流和旋转整流两种。

第8页：他励交流励磁机静止整流励磁系统

他励交流励磁机静止整流励磁系统

图5.11所示是他励交流励磁机静止整流励磁系统原理接线图。

交流主励磁机和交流副励磁机均与发电机同轴旋转。

副励磁机输出的交流经晶闸管整流器整流后供给主励磁机的励磁绕组。

由于主励磁机的励磁电流不是由它自己供给的，故称这种励磁机为他励交流励磁机。

交流励磁机输出的交流电经过二极管整流后变成直流，供给发电机做励磁电流。

自动励磁调节器通过调节晶闸管的控制角改变交流励磁机的励磁电流，来控制发电机励磁电流。

主励磁机的频率为100Hz，副励磁机的频率一般为500Hz，以组成快速响应的励磁系统。

第9页：他励交流励磁机系统的评价

他励交流励磁机系统的评价

对他励交流励磁机静止整流励磁系统系统的基本评价：

• ①由于取消了直流励滋机，不存在换向问题，而交流励磁机的容量可以做得很大，所以这种励磁系统的励磁容量不爱限制.
• ②因为交流励磁机和副励滋机与发电机同轴、且自成体系，不受电网干扰，所以可靠性高。
• ③由于可控硅的控制角变化很快，发电机励磁电流可以很快变化，因此这种励磁系统刚问世时被称为快速励磁系统。它的性能也较好，满足大型发电机励磁的要求。
• ④交流励磁机的时间常数较大。而且控制环节多，使得这种励磁系统的时常数较大。
• ⑤有转子滑环和炭刷。滑环和炭刷是转动接触装置．需要一定的维护工作壁，且易发生火花、不利防火。间时对于大容量发电机励磁电流很大．难以通过滑环和炭刷将巨大的转子电流引入转子绕组。
• ⑥加长了机组主轴长度。由于机组主轴上串上了励磁机和副励磁机，加长了机组主轴的长度。这对于火电厂会增加厂房的宽度或长度；对于水电厂会增加厂房高度。这些会使发电厂主厂房的土建造价增加。

第10页：他励交流励磁机旋转整流励磁系统

他励交流励磁机旋转整流励磁系统

(无刷励磁)。

在该系统中，主励磁机的电枢及磁极的位置与一般发电机相反，即励磁绕组放在定子上静止不动，电枢绕组放在转子上与发电机同轴旋转。

这样就可以将主励磁机电枢中产生的交流电经整流后(整流元件固定在转轴上)与发电机励磁绕组直接相连，省去滑环部分，这就实现了无刷励磁。

因主励磁机的电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同轴上旋转，故又将这种系统称为他励交流励磁机旋转整流励磁系统。

第11页：无刷励磁系统的性能特点

无刷励磁系统的性能特点

该系统的性能和特点为：

• ①无炭刷和滑环，维护工作量小。
• ②发电机励磁由励磁机独立供电，副励磁机为永磁发电机，整个励磁系统无电刷和滑环，其可靠性较高。
• ③没有炭粉和铜末对电机绕组的污染，故电机的绝缘寿命较长。
• ④发电机励磁控制是通过调节交流励磁机的励磁实现的，因而整个励磁系统的响应速度较慢。必须采取相应措施减小励磁系统的等值时间常数。
• ⑤发电机的励磁回路随轴旋转，因此在励磁回路中不能接入灭磁设备，发电机励磁回路无法实现直接灭磁，也无法实现对励磁系统的常规检测，必须采取特殊的测试方法。
• ⑥要求旋转整流器和快速熔断器等要有良好的机械性能，并能承受高速旋转的离心力。

第12页：静止励磁系统

静止励磁系统

(发电机自并励系统)发电机的励磁是由机端励磁变压器经整流装置直接供给的，它没有其他励磁系统中的主、副励磁机旋转设备，故称静止励磁系统。

由于励磁电源是发电机本身提供，又称发电机自并励系统。

第13页：静止励磁系统的优点

静止励磁系统的优点

该系统的主要优点是：

• ①励磁系统接线和设备简单，无转动部分，维护方便，可靠性高。
• ②不需要同轴励磁机，可缩短发电机主轴长度，降低基建投资。
• ③直接用晶闸管控制励磁电压，可获得近似阶跃函数那样的快速响应速度。
• ④由发电机机端取得励磁电源。机端电压与机组转速的一次方成正比，故静止励磁系统输出的励磁电压与机组转速的一次方成正比。而其他励磁机励磁系统输出的励电压与转速的二次方成正比。这样，当机组甩负荷时静止励磁系统机组的过电压较低。适用：目前它已作为300MW及以上发电机组，特别是水轮发电机组的定型励磁方式。由于水轮发电机的转子时间常数和机组的转动惯量相对较大，这种励磁系统特别适用于水轮发电机。尤其适用于发电机-变压器单元接线的发电机。因为发电机与变压器之间的三相引出线分别封闭在三个彼此分开的管道中，发生短路故障的几率极小。