发电机自并励励磁自动控制系统方案
辽宁工业大学
电力系统自动化课程设计<论文）
题目：发电机自并励励磁自动控制系统设计<4）
院<系）：电气项目学院
专业班级：电气085
学号：
学生姓名：
指导教师：<签字）
起止时间：2018.12.26—2018.01.06
课程设计<论文）任务及评语
院<系）：电气项目学院教研室：电气项目及其自动化
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要
同步发电机励磁控制系统承担着调节发电机输出电压、保障同步发电机稳定运行的重要责任。优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，为电网提供合格的电能，而且还可有效地改善电力系统静态与暂态稳定性。要实现这个目的，就必须根据负载的大小和性质随时调节发电机的励磁电流。
本文采用自励系统中接线最简单的自并励励磁系统，针对同步发电机论述了自并励励磁自动控制系统的特点及发展现状，分析了自并励励磁自动控制的原理和实现方法，提出了基于AT89C51单片机的同步发电机自并励自动控制系统的设计思路，对于所设计的单片机最小系统经过经济性与技术性的比较后，选用了按键电平复位电路和内部时钟电路，并在此基础上设计了励磁装置的硬件系统和软件系统。最后又对整个系统进行了MATLAB仿真，以用来对比运用算法所得结果与仿真所得结果是否在误差允许范围内。
关键词：自并励励磁自动控制系统；AT89C51单片机；MATLAB仿真
目录
第1章绪论1
1.1励磁控制系统简况1
1.2本文主要内容1
第2章发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计3
2.1发电机自并励励磁自动控制系统总体设计方案3
2.2单片机最小系统设计3
2.3发电机自并励励磁自动控制系统模拟量检测电路设计6
2.4直流稳压电源电路设计7
第3章自并励励磁控制系统软件设计10
3.1软件实现功能总述10
3.2流程图设计10
3.3程序清单12
第4章 MATLAB建模仿真分析13
4.1M ATLAB软件简介13
4.2系统仿真模型的设计13
第5章课程设计总结16
参考文献17
第1章绪论
1.1励磁控制系统简况
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。它一般由励磁功率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。
一般我们把根据电磁感应原理使发电机转子形成旋转磁场的过程称为励磁。此外，为发电机等“利用电磁感应原理工作的电气设备”提供工作磁场也叫励磁。有时，向发电机转子提供转子电源的装置也叫励磁。励磁的主要作用是：第一，维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压。合理分配并列运行机组之间的无功分配。第二，提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。第三，直流电机的转动过程中，励磁就是控制定子的电压使其产生的磁场变化，改变直流电机的转速，改变励磁同样起到改变转速的作用。励磁按直流电机励磁方式可分为他励磁，并励磁，串励磁，复励磁等方式，按整流方式分为旋转励磁和静止励磁。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。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。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。励磁装置主要分为电磁型和半导体型两大类。电磁型励磁装置主要用于以直流或交流励磁机为励磁电源的励磁系统中，半导体型励磁装置既可以与励磁机一起组成静止(或旋转>整流器励磁系统，也可以与励磁变压器组成静止励磁系统。
1.2本文主要内容
本次课设针对发电机自并励励磁自动控制系统，论述了自并励励磁自动控制
系统的特点及发展现状，分析了自并励励磁自动控制的原理和实现方法，提出了基于AT89C51单片机的同步发电机自并励自动控制系统的设计思路，对于所设计的单片机最小系统经过经济性与技术性的比较后，选用了按键电平复位电路和内部时钟电路，并在此基础上设计了励磁装置的硬件系统和软件系统。最后又对整个系统进行了MATLAB仿真，以用来对比运用算法所得结果与仿真所得结果是否在误差允许范围内。
第2章发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计
2.1发电机自并励励磁自动控制系统总体设计方案
如图2.1所示即为励磁控制器设计总体设计方案的框图，其中分为五个模块，分别是直流稳压电源模块、复位电路模块、时钟电路模块。AT89C51单片机模块和励磁开关驱动控制电路模块，实现单片机控制外部电路。
图2.1励磁控制系统总体设计方案框图
2.2单片机最小系统设计
时/计数器，终端系统以及特殊功能寄存器，各部分通过内部总线相连。其基本结构依然是通过CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上，却采用殊功能寄存器的集中控制方法。如图2.2所示，即为89C51单片机的引脚图。引脚功能：
VCC：供电电压。
GND：接地。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的
/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器<0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 复位操作可以使单片机初始化，也可以使机状态下的单片机重新启动，因此十分重要。单片机的复位都是靠外部复位电路来实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟震荡脉冲<两个机器周期）以上的高电平，单片机就能实现复位。为了保证系统可靠地复位，在设计复位电路时，一般使RESET 引脚保持10毫秒以上的高电平，单片机便可以可靠地复位。当RESET从高电平变为低电平以后，单片机从0000H地址开始执行程序。在复位有效期间，ALE和/PSEN引脚输出高电平。如图2.3所示即为89C51单片机的按键电平复位电路，这种复位电路利用电容器充电实现。当加电时，电容C充电，电路有电流通过，构成回路，在电阻R上产生压降，RESET的引脚为高电平；当电容C充满电后，电路相当于断开，复位结束。它还可以通过按键实现复位，按下键后，通过R1和R2形成回路，使RESET端产生高电平。按键的时间决定了复位 时间。如图2.3所示即为89C51单片机的按键电平复位电路： 图2.3 按键电平复位电路 时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时钟信号可以有两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式，下面介绍内部时钟方式。89C51内部有一个高增益反相放大器<即与非门的一个输入端编程为常有效时），用于构成片内振荡器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。在XTAL1和XTAL2两端跨界晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器，如图 2.所示。外接晶振时，C1、C2参数通常选择30pF左右。C1、C2可稳定频率并对振荡频率有微调作用，谐振频率范围是0到24MHz，为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠接地，谐振器和电容应该尽量安装的与单片机芯片靠近。内部时钟发生器实质是一个二分频的触发器其输出是单片机工作所需的时钟信号. 如图2.4所示即为89C51单片机的内部时钟电路： 图2.4 内部时钟电路 综合以上所作分析与选择，形成了如图2.5所示的完整的CPU最小系统图2.3 压所对应的可控硅的导通角，从而触发可控硅，使发电机出口电压稳定在一个新 图2.6 VSS AT 路输入中电压信号可以直接输入，而电流信号则要通过一个电阻转化成电压信号再输入。A/D转换器选择TLC2543，该芯片是一种单电源、串行控制的12位模数转换器，可采集11路信号，与单片机的连接只占用4根口线。模拟量采集部分的电路如图2.6所示。 2.4直流稳压电源电路设计 本次课设要求控制器选用AC220V电源供电，而单片机的工作电源是+5V的直流电源，因此需要利用使用直流稳压电源为单片机提供电源。直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，其原理框图如图2.7所示。 电网供给的交流电压u 1 (220V,50Hz> 经电源变压器降压后，得到符合电路需 要的交流电压u 2 ，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压 u 3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压u I 。但这样的直 流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。 图2.7 直流稳压电源框图 一般情况下，生产生活中所需的直流电压的数值与电网电压的有效值相差较大，一次需要通过电源变压器降压后，在对交流电压进行处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。目前，也有部分电路不用变压器，利用其他办法进行升压与降压。 变压器副边电压通过整流电路从交流电压转化为直流电压，即将正弦波电压转化为点一方向的脉动电压，半波整流和全波整流电路的输出波形如框图中所画。本次可设选用桥式全波整流。可以看出它们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作；例如，交流分量将混入输入信号被放大电路放大，甚至在放大电路的输出端所混入的电源交流分量大于有用信号；因而不能直接作为电子电路的供电电源。 为了减小电压的脉动，需要通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤去，是滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而因为滤波电路位无源电路，所以接入负载后势必影响其滤波效果。对于稳定系要求不高的电子电路，蒸馏和滤波后的直流电压可以作为供电电源。 稳压电路的功能是使输出直流电压基本上不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。本次设计主要应用三端稳压器，而W7800系 列三端稳压器的输出电压为5v,6v.9v.12v.15v.18v 和24v 七个档次，型号后面的两位数字表示输出电压值。W7805表示的输出电压为5v 。最大电压为1.5A ，因此选用W7805三端稳压器。如图2.8所示即为直流稳压电源的主电路图。本次课课设的目的在于用弱电控制强电，因此在这一部分，强电与弱电的隔离成为关键，现在有许多种开关控制输出电路，其中大多数是通过芯片给出的电压电流如TTL 电平信号，这种电平信号一般不能直接驱动外部设备，而需经过转化后才能驱动外部设备，许多外设如大功率交流接触器、制冷剂等在开关控制过程中会产生较强的电磁干扰信号，不加隔离就会对系统造成误动作或伤害。因此，在接口处理中，还要包括隔离技术。针对这个问题，所选励磁开关驱动控制电路 如图3.3来的。晶闸管是一种大功率半导体器件，可以作为大功率驱动器件使用。具有用较小功率控制大功率、开关无触点等特点，双向晶闸管目前已经广泛应用于生产 例如路中，R1隔输出端，于双向晶闸管并联的RC 是为了在感性负载时，吸收与电流不同步的过压，而门极电阻是为了提高抗干扰能力，以防误触发。 T1220V 50Hz 第3章自并励励磁控制系统软件设计 3.1软件实现功能总述 本次设计所提供的电源是220V交流电源，运用直流稳压电源将其变换为可靠稳定的+5V电源，从而能够安全稳定的为AT89C51单片机提供电源。其中经历了变压，整流，滤波和稳压四个过程，在整流阶段，选用三相桥式半波整流的方法，在稳压过程中选用了三端稳压器W7805，从而使输出的直流电源是可靠稳定的+5V电源。通过直流稳压电源为单片机提供电源，单片机可以正常工作，通过选择合理的内部时钟电路和复位电路，并且对单片机软件进行编程，使单片机能够对外部驱动电路进行控制。在驱动控制电路中，选择光电隔离器MOC3041，使单片机与外部驱动控制电路进行隔离，并且利用单片机对外部电路进行控制，就可以使。 设计某台机组的自动发电控制系统，实现机组功率的合理分配 3.2流程图设计 为了更好的完成上述功能，本设计采用单片机来完成，首先单片机完成数据采集、控制角的计算、调节PID系数等功能，再完成六路脉冲的产生和触发的功能。主程序流程图如图3.1所示。 控制系统上电后首先执行的是初始化和自检，初始化包括标志位和变量的初始化、中断初始化、设置各接口芯片初始化、还包括各种程序模块的初始化等等。初始化结束以后，表明励磁调节器已经准备就绪，接着程序进入起励的设置和起励条件的判别，励磁调节器等待转速信号，在发电机开机而转速未达到额定转速的95%之前将电压给定值设置在空载额定位置，转速一旦达到额定转速的95%，则主程序立刻进入主循环:首先是数据采集和处理部分，主要由三个子模块组成:电机出口交流电压采样处理子模块、电机出口交流电流采样处理子模块和励磁电压采用处理子模块。然后进入功率因数采集计算，它利用徽处理器的外部中断0和定时器1的联合使用来完成对功率因数的采样和计算，并且采用数字滤波的方式最后求得功率因数；无功调差模块可以实现无功的合理分配，以适应发电机并列运行的需要；PID调节计算模块根据采集的数据结果与额定值进行比较，从而进行PID调节计算来算出可控硅的控制角；限制控制子模块则是为保证发电 3.3 MOV TL1,#00H MOV TH1,#4BH MOV R0,#00H MOV R1,#20H SETB TR1 SETB EA LCALL L_DELAY SJMP $ INT_T1: PUSH ACC PUSH PSW PUSH DPL PUSH DPH 返 CLR TR1 MOV TL1,#00H MOV R7,#8。 MOV R6,#8 MOV R5,#4 MOV A,#00H LOOP:MOV P1,A 。 RL A INC A ACALL MAIN0。 DJNZ R7,LOOP MAIN1:MOV A,#0FFH MOV P1,A ； RR A ； SUBB A,#08H 。 ACALL MAIN0 DJNZ R6,MAIN1 MAIN2:MOV A,#00H； MOV P1,A CPL A ACALL MAIN0 DJNZ R5,MAIN2 LJMP LOOP MAIN0:MOV DPTR,#15536。 MOV TL0,DPL MOV TH0,DPH MOV TL1,#236。MOV TH1,#236 JNB TF0,$。?0ms CLR TF0。?0ms CPL P3.5 JNB TF1,MAIN0。CLR TF1 RET 第4章MATLAB建模仿真分析 4.1Matlab软件简介 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、项目设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。Simulink是MATLAB各种工具箱中比较特别的。Simulink是用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，支持连续，离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于项目计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、项目中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JA V A的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多 的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。 在Simulink环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型，然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。 4.2系统仿真模型的设计 通过研究得知组成系统的几个主要部分分别是发电机组，三相变压器，输电线路，负载，故障元件，测量仪器以及标准电压源。在Simulink的扩展工具箱中找到SimPowerSystems，或者直接在提示符下键入powerlib打开电力系统模块库，选择建模所需要的模块。使用同步发电机，励磁系统和水轮机调速器来组成 发电机组。在进行发电机组的参数设置时，，，按照上述的额定值进行设置，转子类型、凸极，余相可用模块的默认值。三相变压器选择双绕组三相变压器，将变比设置为13.8/230<高压侧额定电压为220KV），低压绕组三角形接法，高压绕组星型接地。采用分布参数输电线路模型模拟220(KM>的高压线。另外，将标准电压源的容量设置成10E10来模拟无穷大系统。首先用模块建立一个正常运行的电力系统，仿真后观察电压电流波形，待稳定后，再将故障元件加入其中，这样才能保证故障切除后系统最终能恢复到稳定状态。本文以单相接地短路故障为例，仿真模型如图4.1所示 图4.1系统仿真模型图 前面部分简单说明了仿真建模的过程，为了能把最后的仿真波形同时显示在一个界面中以便比较和分析，设计一个图形界面，不仅能随意地选择故障类型进行仿真，让波形全部显示出来，而且还能单独查看各相的电压电流波形图。要实现这样的功能需要在界面对应M文件中编辑相应的函数，使界面和仿真模型联系起来。如图4.2所示即为系统仿真波形图 分析图4.2所示的波形，仿真开始时，系统处于正常运行状态，电压电流波形都按正弦波变化，当B相C相0.13s接地短路时，可以观察到这两相对地电压剧降为零，A相非故障相电压没有发生变化。再观察电流，在故障发生前，A、B、C三相的对地电流都为0， A相接地短路以后，电流迅速增大，Ib和Ic保持原样。 图4.2 系统仿真波形图 再往后看，电压序分量和电流序分量都是输出的峰值，在系统正常运行时，电压只有正序分量，电流为零。当出现故障时，也就是在0.13到0.25秒，电压和电流出现了负序和零序分量。经过第二章的理论分析，故障时正序、负序和零序电流是相等的，因此三条线在坐标轴上被覆盖了，只有最后一条零序分量的图线。理论上A相的电流值是等于3倍的序分量，由图可见，故障电流Ia峰值大约为4500安培，零序电流分量大约为1500安培，是Ia的三分之一，说明仿真波形图是正确的。故障切除后，系统中仍然只有正序分量，从电压序分量可以看出。因此图4.2的波形是符合理论分析的。 第5章课程设计总结 同步发电机励磁控制系统承担着调节发电机输出电压、保障同步发电机稳定运行的重要责任。优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，为电网提供合格的电能，而且还可有效地改善电力系统静态与暂态稳定性。要实现这个目的，就必须根据负载的大小和性质随时调节发电机的励磁电流。 根据课设要求，针对发电机自并励励磁自动控制系统，首先论述了自并励励磁自动控制系统的特点及发展现状，分析了自并励励磁自动控制的原理和实现方法，提出了基于AT89C51单片机的同步发电机自并励自动控制系统的设计思路，针对单片机最小系统进行了深入的研究，对单片机的CPU模块、复位电路以及时钟电路进行系统分析，最终确定单片机的最小系统配置。 控制器选用AC220V电源供电，而单片机的工作电源是+5V的直流电源，因此需要利用使用直流稳压电源为单片机提供电源。直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，对每一部分进行论述，针对稳压电路的问题强电与弱电的隔离成为关键，现在有许多种开关控制输出电路，其中大多数是通过芯片给出的电压电流如TTL电平信号，这种电平信号一般不能直接驱动外部设备，而需经过转化后才能驱动外部设备，许多外设如大功率交流接触器、制冷剂等在开关控制过程中会产生较强的电磁干扰信号，不加隔离就会对系统造成误动作或伤害。因此，在接口处理中，还包括隔离技术的相关内容。然后对系统进行软件调试。在最后一部分进行了MATLAB仿真，对软件运行的结果与仿真结果进行比较，发现在误差允许范围内基本一致。 参考文献 [1] 商国才.电力系统自动化.天津大学出版社，2000 [2] 王葵等.电力系统自动化．中国电力出版社，2007.1 [3] 何仰赞等.电力系统分析.华中科技大学出版社，2002.3 [4] 于海生.微型计算机控制技术.清华大学出版社，2003.4 [5] 刘卫国等.MATLAB程序设计与应用<第2版）.高等教育出版社, 2008 [6] 梅丽凤等.单片机原理及接口技术.清华大学出版社，2009.7 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）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，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。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，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配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，所以对励磁系统必须满足以下要求： 图一 1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（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，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅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，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了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 一期是交流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，而交流励磁机正好相反，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可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。三期采用的是静止励磁系统。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，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。 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 自并励励磁装置 [摘要] 结合上海南市发电厂60MW自并励汽轮发电机组的运行情况，对自并励接线方式，励磁变的选择，自并励的起励、试验电源，保护可靠性等分别予以讨论。 [关键词] 自并励励磁装置探讨 在发电机的各种励磁方式中，自并励方式以其接线简单，可靠性高，造价低，电压响应速度快，灭磁效果好的特点而被广泛应用。随着电子技术的不断发展，大容量可控硅制造水平的逐步成熟，大型汽轮发电机采用自并励励磁方式已成为一种趋势。国外某些公司甚至把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。近二十年来，美国、加拿大对新建电站几乎一律采用自并励励磁系统，加拿大还拟将火电厂原交流励磁机励磁系统改为自并励励磁系统。在国内，虽然国产大中型机组大都采用三机励磁方式，但近年来进口的大中型机组大都装备的是自并励励磁系统，对于600MW以上汽轮发电机组，自并励励磁已基本成为定型方式。随着电网的不断扩大，对于大型机组业界人士也越来越倾向于采用自并励方式。因为从国内外运行情况来看，采用自并励励磁和附加励磁控制，已成为改善电力系统稳定性的有效措施。 南市电厂#10发电机(60MW)自基建投运即使用自励半导体励磁系统，具体接线型式为一台励磁变压器并联在发电机机端(主变压器的低压侧)，属自并励型式(简称机端励磁)。由于种种原因，该装置自1999年6月19日至2000年2月间，多次发生故障，并经历了一次小系统运行。 本文就对该发电机励磁装置运行、维护谈谈自并励汽轮发电机励磁电源的几个问题: 自并励接线方式，励磁变的选择，自并励的起励、试验电源，保护可靠性等。 1 自并励装置特点 自并励静止励磁系统由励磁变压器、励磁调节装置、功率整流装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成。 以南市电厂#10发电机的WKKL型微机型自并激励磁系统为例，整套装置由两台调节柜(一台运行，一台备用)，三台整流柜(正常时单柜运行)，一台灭磁电阻柜及一台转子开关柜组成。 自并励静止励磁方式与旧有的励磁方式相比，具有以下几方面的优点。 发电机励磁方式有哪几种有何特点？ 发电机的励磁有五种方式：他励方式、自励方式、混合式励磁、转子绕组双轴励磁及定子绕组励磁方式。 （1）他励方式。这种励磁方式，发电机的励磁不是同步发电机本身供给，而是由其他电源供给。根据电源形式的不同，通常有如下几种： 1）同轴直流励磁机供电的励磁方式。这是小容量发电机普遍使用的一种励磁方式，其优点是励磁可靠，调节方便，但换向器和电刷设备的维护量大。 2）不同轴直流励磁机供电的励磁方式，如采用单独供电的感应电机拖动或经减速齿轮与发电机大轴连接的低速直流发电机，当转速在1000r/min以下时，可应用在大容量的机组上，但结构复杂，应用不多。对水轮发电机，因转速低，故直流发电机的换向不是主要问题，但在过低转速下，容量太大的直流发电机也存在着结构上困难。 3）同轴交流励磁机－静止整流器供电的励磁方式（可控或不可控）。这是交流发电机和整流装置的组合，适用在较大容量的发电机上。 4）同轴交流励磁机－旋转整流器供电供电的励磁方式。无刷励磁系统主要由同轴交流励磁机与主轴一起旋转的硅整流装置组成。同轴交流励磁机的三相交流绕组装在转子上，而直流励磁绕组则装在定子上，这样励磁机发出的交流经旋转硅整流装置整流后，通入主发电机的励磁绕组，不需要换向器、电刷和滑环等设备。它解决了大容量机组励磁系统中大电流滑动接触的滑环制造和维护的问题，结构简单、维护方便、因而可靠性高。但也存在一些问题： 装在高速旋转大轴上的硅整流元件和附属设备在运行中承受很大的离心力，因而存在机械强度上的问题。 发电机励磁回路的监测问题。 快速灭磁问题。 整流元件的保护问题，当励磁回路元件故障时，无法使用备用励磁机。 5）不同轴交流励磁机供电的励磁方式。如采用经齿轮减速器与发电机轴连接的静止可控整流。 6）单独供电的硅整流励磁方式（可控或不可控）。 （2）自励方式。这种励磁方式，发电机的励磁由同步发电机本身发出的交流经整流后供给。一般有如下两种： 1）自励静止半导体供电的励磁方式。将同步发电机本身发出的工频电压降压隔离后，经晶闸管整流桥供给发电机励磁绕组。这种励磁方式在发电机启动时，需借助外部直流电源供给少量励磁，使发电机建起少量电压，而后再自励到额定电压，因此需要起励设备。在外部短路时，因电压下降，为保证发电机有较大的励磁，需另设电 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件 2004年10月 中华人民共和国电力行业标准 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件 DL/T650—1998 neq IEC34—16—1:1991 neq IEC34—16—3:1996 Specification for potential source static exciter systems for large turbine generators 中华人民共和国电力工业部1998—03—19批准 1998—08—01实施 前言 同步发电机自并励静止励磁系统由于其运行可靠性高、技术和经济性能优越，已成为大型汽轮发电机的主要励磁方式之一。为统一和明确汽轮发电机自并励静止励磁系统的基本技术要求，根据电力工业部科学技术司技综［1996］51号文《关于下达1996年制定、修订电力行业标准计划项目(第二批)的通知》的安排，依据GB/T7409—1997《同步电机励磁系统》的基本原则，参考IEC34—16系列和IEEE Std.421系列标准，在广泛征求各方意见的基础上，结合我国发电机和控制设备设计、制造、运行、维护的实际情况制定了《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》，为设计选型、调试验收及运行改造提供依据。 电力行业标准《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》为第一次制定。 本标准的附录A和B是标准的附录。 本标准的附录C是提示的附录。 本标准由浙江省电力工业局提出。 本标准由电力工业部电机标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：浙江省电力试验研究所。 主要起草人：竺士章、戚永康、方思立。 本标准由电力工业部电机标准化技术委员会负责解释。 1范围 本标准规定了大型汽轮发电机自并励静止励磁系统的使用条件、基本性能、试验项目、提供用户使用的技术文件、设备上的标志、包装、运输、储存以及保证期等。 本标准适用于200MW及以上汽轮发电机自并励静止励磁系统。200MW以下汽轮发电机自并励静止励磁系统可参照执行。 2引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB1094—1996电力变压器 GB3797—89电控设备第二部分装有电子器件的电控设备 GB/T3859—93半导体变流器 GB4064—83电气设备安全设计导则 GB4208—93外壳防护等级(IP代码) GB6162—85静态继电器及保护装置的电气干扰试验 GB6450—86干式电力变压器 GB/T7064—1996透平型同步电机技术要求 GB/T7409—1997同步电机励磁系统 GB13926—92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性 无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理。 2 . 1 结构：由主磁机、永磁副励磁机、旋转整流盘、空气 冷却器、硅整流器、AVR等组成。 主励：三相、200Hz、2760KVA、417V、2820A、cos 少0. 9、 8 极 副励：三相、400Hz、90KVA、250V、208A、cos 如.95、16 极 f=pn/60 旋转整流装置：全波不可控硅整流有熔断器及过电压保护， 直流输出：2450KW 500V 4900N 副励磁机为旋转磁极式，发出的电流送到主励磁机的定子作为主励磁机的励磁电流，由于主励磁机为旋转电枢式， 电枢发出的电流通过转轴中孔送到旋转整流盘，经整流后送至 转子线圈从而达到对发电机励磁。 2. 2 发电机励磁电流的调节过程 △由副励磁机——可控硅——AVR调节器——作为主励磁机定子励磁电流——来调节主励旋转电枢的输出电流一 —送至旋转整流盘一一转子绕组 △静止的永励副励磁机的电枢送出400Hz的电源，通过励磁电压调节器中的三相全控桥式可控硅整流器形成可调 的直流电源到交流励磁机的磁场绕组。 通过控制全控桥整流器的导通角来调节交流励磁机的磁场电流，从而达到调节发电机励磁电流的目的。 当DAVR故障时，由厂用电经工频手动励磁调节装置整流后提 供。发电机励磁。 工作原理 发电机的励磁电流由交流励磁机经旋转整流盘整流后提供，交流励磁机的励磁电流则由永磁机经调节装置中的 可控硅全控桥整流后提供，励磁电流的大小由自励磁调节装置进 行自动或手动调节，以满足发电机运行工况的要求。2.3 无刷励磁系统特点 2.3.1 励磁机与发电机同轴，电源独立，不受电力系统干扰 2.3.2 没有滑环和电刷，根除了碳粉污染，噪音低，维护简单 2.3.3 具备高起始、响应持久、能有效地提高电力系统稳定性 2.3.4 选扎整流盘设计合理、电流和电压余量大，运行可靠 2.3.5 采用双重数字AVR、功能齐全、故障追忆功能强 无刷励磁系统原理框图 整流盘及电路 发电机励磁系统 发电机励磁系统 一、简介： 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统，励磁系统是一种直流电源装置。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）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，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。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，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。 励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流,即励磁电流，以建立直流磁场。励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。在电力系统运行中，发电机依靠电流的变化进行系统电压和本身无功功率的控制因此，励磁功率单元应具备足够的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。而且它有足够的励磁顶值电压和电压上升速度具有较大的强励能力和快速的响应能力。 励磁调节器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，是整个励磁系统中较为重要的组成部分。励磁调节器的主要任务是检测和综合系统运行状态的信息，以产生相应的控制信号，经放大后控制励磁功率单元以得到所要求的发电机励磁电流。系统正常运行时，励磁调节器就能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水平。应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。 在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。 图一 二、励磁系统必须满足以下要求： 1、正常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。 2、整流装置提供的励磁容量应有一定的裕度，应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅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、调节器应设有相互独立的手动和自动调节通道； 4、励磁系统应装设过电压和过电流保护及转子回路过电压保护装置。 三、励磁系统方式： 励磁方式，就是指励磁电源的不同类型。 一般分为三种：直流励磁机方式、交流励磁机方式、静止励磁方式。 静止励磁系统。由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。 发电机励磁原理 励磁机的作用: 发电机原理为永磁极随转子旋转，产生交流电，交流电一部分作为AER的电源，一部分通过逆变器整流成直流为转子建立磁场。通过调节导通角可以改变发电机的端电压（空载时）进而实现并网，在并网时调节向电网的无功输出。 工作原理:众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二极管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE 中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（AVR），控制 作者：Pan Hon glia ng 仅供个人学习 辽宁工业大学 电力系统自动化课程设计（论文）题目：发电机自并励励磁自动控制系统设计（1）院（系）：电气工程学院 专业班级：电气XXX _________ 学号：_xxx _______________ 学生姓名： ___________________ 指导教师： ___________________ 起止时间：2013.12.16 —12.29 课程设计（论文）报告地内容及其文本格式 1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版,单面打印，并装订成册，内容包括： ①封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时间等） ②设计（论文）任务及评语 ③中文摘要（黑体小二，居中，不少于200字） ④目录 ⑤正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等） ⑥参考文献 2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数. 3、封面格式 4、设计（论文）任务及评语格式 5、目录格式 ①标题“目录”（小二号、黑体、居中） 6、正文格式 ①页边距：上2.5cm,下2.5cm,左3cm,右2.5cm,页眉1.5cm,页脚1.75cm,左侧装订； ②字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字小四号字、宋体； ③行距：20磅行距； ④页码：底部居中，五号、黑体； 7、参考文献格式 ①标题：“参考文献”，小二，黑体,居中. ②示例：（五号宋体） 期刊类：［序号］作者1,作者2, ... 作者n.文章名.期刊名（版本）.岀版年，卷次（期次）：页次. 图书类：［序号］作者1,作者2,……作者n.书名.版本.岀版地：岀版社,岀版年：页次. 2．无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理。 2．1结构：由主磁机、永磁副励磁机、旋转整流盘、空气冷却器、硅整流器、A VR等组成。 主励：三相、200Hz、2760KV A、417V、2820A、cos∮0. 9、 8极 副励：三相、400Hz、90KV A、250V、208A、cos∮0.95、 16极 f=pn/60 旋转整流装置：全波不可控硅整流有熔断器及过电压保护， 直流输出：2450KW 500V 4900N 副励磁机为旋转磁极式，发出的电流送到主励磁机的定子作为主励磁机的励磁电流，由于主励磁机为旋转电枢 式，电枢发出的电流通过转轴中孔送到旋转整流盘，经整 流后送至转子线圈从而达到对发电机励磁。 2．2 发电机励磁电流的调节过程 △由副励磁机——可控硅——A VR调节器——作为主励磁机定子励磁电流——来调节主励旋转电枢的输出电流— —送至旋转整流盘——转子绕组 △静止的永励副励磁机的电枢送出400Hz的电源，通过励磁电压调节器中的三相全控桥式可控硅整流器形成可调的 直流电源到交流励磁机的磁场绕组。 通过控制全控桥整流器的导通角来调节交流励磁机的磁场电流，从而达到调节发电机励磁电流的目的。 当DA VR故障时，由厂用电经工频手动励磁调节装置整流 后提供。发电机励磁。 工作原理 发电机的励磁电流由交流励磁机经旋转整流盘整流后提供，交流励磁机的励磁电流则由永磁机经调节装置中的 可控硅全控桥整流后提供，励磁电流的大小由自励磁调节 装置进行自动或手动调节，以满足发电机运行工况的要求。 2.3 无刷励磁系统特点 2.3.1 励磁机与发电机同轴，电源独立，不受电力系统干扰 2.3.2 没有滑环和电刷，根除了碳粉污染，噪音低，维护简单2.3.3 具备高起始、响应持久、能有效地提高电力系统稳定性2.3.4 选扎整流盘设计合理、电流和电压余量大，运行可靠 2.3.5 采用双重数字A VR、功能齐全、故障追忆功能强 无刷励磁系统原理框图 整流盘及电路 整流盘采用双盘结构，一个正极盘，另一个负极盘。 整流盘与转轴间绝缘可靠、固定合理，能承受各种短路力矩的冲击而不产生位移。 电路接线是：励磁机电枢八个Y支路中心点通过短路 试论发电机自并励励磁系统的特点及问题 发表时间：2019-07-09T15:25:57.537Z 来源：《电力设备》2019年第6期作者：薛江辉 [导读] 摘要：发电机自并励励磁系统又称为自并励静止励磁系统,对发电机运行的稳定性、安全性、供电质量有着直接的影响。 （内蒙古京泰发电有限责任公司内蒙古鄂尔多斯市 010300） 摘要：发电机自并励励磁系统又称为自并励静止励磁系统,对发电机运行的稳定性、安全性、供电质量有着直接的影响。基于此,本文首先介绍了发电机自篇【并励励磁系统的特点。其次,分析了目前发电机自并励励磁系统存在的问题。最后,针对这些问题,从设计、选型两个主要方面,分析优化发电机自并励励磁系统的方式。 关键词：发电机; 自并励励磁系统; 励磁功率柜; 励磁调节器; 引言 国家电力系统在1998年颁布了DL/T650—1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》,此后,我国发电机自并励励磁系统的发展一直在这个框架内进行。目前,自并励励磁系统已经全国超过80%的发电厂广泛应用,如大唐临清发电有限责任公司的350MW机组、大唐鲁北发电有限责任公司的330MW机组等。 作为同步发电机的重要组成部分,励磁系统直接影响着发电机的运行特性,同时对电力系统的运行有重要的影响。发电机灭磁是指消灭发电机转子内部储存能量的过程,以加快正常的停机速度。当发电机故障时,通过发电机灭磁可将故障造成的损失降到最低。发电机灭磁一般分为两大类: (1) 发电机正常停机时采用的逆变灭磁; (2) 事故时保护动作跳灭磁开关的灭磁方式。在发电机正常停机过程中,灭磁是一个非常重要的环节。发电机灭磁失败会对发电机与励磁装置的安全运行构成较大的危害,例如产生转子过电压,危及转子绝缘甚至烧毁转子磁极,使转子本体发热,加速转子绝缘的老化,烧毁灭磁开关等。 1 发电机自并励励磁系统的特点 发电机自并励励磁系统主要由 (1) 主变压器; (2) 励磁调节转换装置; (3) 功率整流装置; (4) 发电机消磁装置; (5) 过电压保护装置; (6) 励磁启动装置; (7) 励磁操作控制设备几个主要部分组成。这7个主要装置配合科学、运行良好。因而,目前的发电机自并励励磁系统,主要具有以下几个突出的特点: 第一,稳定性强。发电机自并励励磁系统去掉了原有励磁系统中的旋转部件,结构更加流畅稳定,一旦发生故障,系统可以通过自检装置及时发出警报。 第二,安全性强。发电机自并励励磁系统对上游指令的相应速度快,这大大提高了发电系统与供电系统的运行稳定性与安全性。 第三,运行成本较低。与传统的励磁控制设备系统相比,发电机自并励励磁系统的运行部件减少到了7个,不仅大大提高了系统的轴系稳定性,也降低了系统生产运行的材料成本与电力成本、人工维修成本。 2 发电机自并励励磁系统的问题 目前发电机自并励励磁系统存在的问题,与原有的励磁系统,既有一定的共性,也有很大的差别:一方面,发电机自并励励磁系统的过流保护控制难度较高,受到设备部件缩减的影响,一旦发电机电流超过运行范围,系统将会在短时间内受到比较严重的损害;另一方面,发电机自并励励磁系统的变压器,很少加装外壳和制冷系统,设备在高温状态下容易出现故障,变压器过热将导致抗阻电压增大、荷载电压过载等问题,影响电力生产与电力供应系统的正常运行。 3 优化发电机自并励励磁系统的方式 3.1 发电机自并励励磁系统设计 3.1.1 严格把控发电机自并励励磁系统的应用条件 第一,电力系统故障导致电压不稳、波动较大的情况下,不宜使用发电机自并励励磁系统,避免电压波动过大,对励磁系统的主变压器造成严重影响,导致变压器中的元件损坏,或无法正常发挥励磁功能。第二,位于发电主网震荡中心的发电机,不适合使用发电机自并励励磁系统。这种环境中放置的发电机,电流状况不稳定,容易导致自并励励磁系统电压过低。 3.1.2 优化自并励励磁系统变压器的运行保护 首先,自并励励磁系统在户内使用时,可以不加装保护外壳,但要注意严格监控系统运行中的温度,防止冬季的温度过低,对系统的运行产生影响,必要时要加装制冷系统,如风冷系统、水冷系统,保障系统运行的温度不过高。其次,在户外使用时,技术人员要根据当地的天气状况,合理判断是否要为自并励励磁系统变压器加装保护外壳,尤其是在正午阳光直射的时候,要监测阳光照射对系统运行的影响。最后,技术人员要加强对变压器运行中,额定功率变化的检测,提高系统在高电压环境下的强励能力。 3.1.3 重点解决发电机起励问题 首先,在发电机电压核准之前,发电机自并励励磁系像发电机提供励磁电源,这种情况下,设计人员要根据发电系统的具体需求,建立备用的起励方案。其次,在备用起励方案的设置上,技术人员可以进行以下几方面的尝试: (1) 构建备用的起励回路,利用起励电源对发电机进行励磁,安装智能电压感应装置,当电压恢复到正常电压的50%以上时,起励回路由备用回路调整为正常回路。 (2) 安装备用起励装置。减少发电系统的电压波动,增加发电系统的电容量。最后,在发电机自并励励磁系统第一次投入使用,或周期性大修结束之后的再次启用时,技术人员要对发电机自并励励磁系统进行短路检测与空载试验检测,以控制变压装置的整流电源。 3.1.4 优化励磁功率柜的选择 一方面,励磁功率柜的选择要遵守“容量大”原则。采用可控硅全控桥的方式,选择大电流的励磁功率柜,简化整流桥,降低发电机自并励励磁系统的电阻,简化整个系统的运行元件,保障系统中各个元器件的电压、电流、电阻分布均匀。另一方面,励磁功率柜的选择要遵循“参数高”的原则。对发电机自并励励磁系统进行过电保护,保障励磁系统使用在温度适宜的环境中,采用合理的温度控制手段,保障整流柜均流系数达到要求。 3.2 发电机自并励励磁系统选型 发电机自并励励磁系统运行的稳定性是其最突出的特点,要正常的发挥出这一特性,最关键的是要优化励磁系统的应用条件,保障励磁器运行过程中的电压始终稳定。发电机自并励励磁系统选型主要应注意以下几个问题: (1) 优化过压保护装置的配置; (2) 增强励磁调节器选择的针对性; (3) 严格遵守国家的相关技术指导规范。尤其是GB/T7409—1997《同步电机励磁系统》中的相关要求。 发电机励磁方式及自并励励磁系统发电机静止励磁绻统特点及存在问题的探讨刘志宏湖南华润电力麤碱湟有限公司湖南资兴415000 杨红湖南省电力勘测设计院湖南长溙410007 郭景斌湖南省电力试验研究所湖南长溙410007 摘要自并激静止励磁绻统近年来在国内大型湽轮发电机组中得到越来越广滛的应用。简要说明了该励磁绻统的构成、性能特点和设计选型，分析探讨了采用该绻统后存在的试验、践滢和过电压等问题和影响。关键词自并激励磁绻统践滢过电压 0 引言随着发电机容量的不断增大，对励磁绻统的要湂越来越高。传统的直流励磁机励磁因大电流下的火花问题无滕使用，三机励磁绻统则因绻统复杂、机组轴绻稳定性等问题而受到越来越多的限制;自并激静止励磁绻统以其接线简单、可靠性高、工程造价低、踃节响应速度快、灭磁效果好的特点而得到越来越广滛的应用。特别是随着电子技术的不断发幕和大容量可控硅制造渴平的逐步成熟，大型湽轮发电机采用自并激励磁方式已成为一种趋势。国外某些公司甚至把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。自上世纪90年代后期以来，新建国产300MW机组已几乎全部采用自并激静止励磁绻统。我省渴电厂应用较广，如马迹塘、东湟、五强溪、凌津滩等;而火电最先在益阳电厂2×300MW机组上采用，在建的麤碱湟、株洲、耒阳等电厂300MW机组也全部采用这种励磁绻统。1 自并激静止励磁绻统的特点自并激静止励磁绻统由励磁变压器、可控硅功率整流装置、自动励磁踃节装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成。其原理如图1所示。自并激静止励磁方式与旧的励磁方式相比，具有以下几方面的特点:1.1 绻统简单，可靠性高对直流励磁机和三机励磁绻统来说，旋转部分发生的事故在以往励磁绻统事故中占相当大的比例，如直流励磁机产生火花、交流励磁机线圈松动和振动等，而且旋转部分的运行和维护工作量很大。而自并激静止励磁绻统由于取消了旋转部件，溡有了换向器、轴承、转子等， 发电机的心脏——励磁系统 发电机励磁系统概述励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）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，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。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，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配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，所以对励磁系统必须满足以下要求： 图一 1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（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，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅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，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了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 一期是交流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，而交流励磁机正好相反，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可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。三期采用的是静止励磁系统。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，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。 二、励磁电流的产生及输出 5.2同步发电机的运行特性（空载特性、短路特性、外特性） 5.3同步发电机的并列方法（定速、升压、并网前准备、准同期并网）。 5.4同步发电机的功角特性（有功调节、无功调节、静态稳定性、V形曲线、发电机的PQ运行曲线） 5.5同步发电机的故障分析（突然短路、不对称运行、失磁、失步、震荡） 同步电机原理和结构 同步电机原理简述 结构模型 ?同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。 ?图15.1给岀了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和 电枢绕组。 ?转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场（也称主磁场、转子磁场）。 ?气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 ?除了转场式同步电机外，还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。图中用AX、BY、CZ三个在空间错开120电角度分布的线圈代表三相对 称交流绕组。 图15.1同步电机结构彳輕 工作原理 ?主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 ?载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 ?切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 ?交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周 期性变化的三相对称交变电势。通过引岀线，即可提供交流电源。 发电机获得励磁电流的几种方式: 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。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。 3、无励磁机的励磁方式：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。 发电机励磁系统现状、问题和发展趋势 1、发电机励磁系统国内现状 1.1 管理方面的要求 1.2 有关的标准及参考资料 1.3 励磁系统的种类及应用 2、国内发电机励磁系统存在的问题 2.1 体制管理方面的问题 2.2 设备方面的问题 2.3 由AVR入网检测发现的问题* 3、发电机励磁系统发展趋势 3.1 容量大可靠性高 3.2 现场调试和维护趋向简单化 3.3 与电网的联系更加紧密* 1、发电机励磁系统国内现状 1.1 管理方面的要求 管理方面的要求主要指管理层方面的要求，目前就电力市场而言对于励磁系统主要有以下几方面的检查 （1）并网安全性评价 （2）发电厂安全性评价 （3）发电厂安全性风险评估 （4）技术监督 （5）安全检查 按管理部门划分，上述检查中负责组织和管理的单位又有如下区别：（1）基层电机学会组织（主要由在职员工和有经验的退休专家组成） （2）网局级查评 （3）国网公司级查评 （4）中电联组织的查评 （5）各大电力公司组织的查评 （6）中国电监会组织的查评 1.2 有关的标准及参考资料 面对如此之多的检查和如此之多的行政管理部门，电厂应该如何应对？答案只有一个：抓住根本，修炼内功，以不变应万变。何为根本：标准 1.2.1 基本国标及行标 （1）GB/T 7409.1-2008同步电机励磁系统定义 （2）GB/T 7409.2-2008同步电机励磁系统电力系统研究用模型 （3）GB/T 7409.3-2007同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求（4）DL/T 650-1998 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件 （5）DL/T 843-2003大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件 （6）DL/T 583-2006大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件 （7）DL/T 491-2008大中型水轮发电机自并励励磁系统及装置运行和检修规程（8）DL/T 1049-2007发电机励磁系统技术监督规程 其中（4）（5）两个标准将合二为一，并进行修改后重新出版 1.2.2 可参考的标准 （1）GB/T 14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程 （2）DL490-1992大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置的安装、验收规程（3）DL/T 1040-2007电网运行准则 发电机励磁系统 1、励磁系统的重要作用 励磁系统的主要作有：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。二、励磁系统的工作原理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。三、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。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 负荷的大小是用户用电量决定的，开调门是为了增大输出功率来满足负荷。反作用力增大是因为:负荷增大导致电流增大，电流增大导致电机绕组的电磁力矩增大（F=BIL），这个电磁力矩方向和电机的转动力矩方向相反的。楼主把因果关系弄反了，不是发电机增加一个相反的力，而是由于电流增大引起的阻力矩增大作用在了发电机上，因此发电机需要增大调门开度来增大输出力矩来克服这个力，从而维持3000转的转速。 升负荷时，汽机调门开大，发电机转速增加，频率相应增加，切割磁力线数目增加，定子电流增加，同时定子电流形成对转子的磁场增加，由于定子对转子形成的磁场力和转子对定子形成的磁场力成相反方向的力，励磁就要增大，以克服转子转速增加的太快，所以在DEH的调节下和AVR调节下，励磁电流和励磁电压稳步增大，同时定子电流产生的磁场使转子主磁极前进方向上进入边的磁场消弱，呈去磁作用，退出边的磁场加强呈助磁作用，但发电机铁心都稍呈饱和，增加的磁通总是少于减少的磁通，所以总磁通有所减少，发电机机端电压会有所下降，因此也要增加励磁电流来维持发电机极端电压。 5、这样，一边调门开大，一边增加励磁，这两项要靠DEH和AVR控制，转速在3000转左右变动，当达到目标负荷时，转速稳定在3000转，定子电流不再增大，励磁电流、电压与之相匹配，发电机又重新达到一个稳定状态 你别把发电机当成一个独立的东西...实际上它只是"发电厂或机组"与"电网或系统"相连的一个节点... 机原理说就是发电机多加切割磁力线，而磁力线的大小又取决于励磁，请问励磁怎么相连呢?就是电磁耦合...所谓同步发电机,即是定子旋转磁场(定子的三相交流电之合成磁场)与发电机转子磁场(转子就是一个电磁铁,定子亦然)之间在同步旋转,它们之间就是两块磁铁相互吸或斥的关系,至于是发电定子这块磁铁拖着转子这块磁铁在转呢...还是相反,其实都可以,就看发电机有功是正还是负了...当然,大多是正的. 其实可以作这样的形容...电网就是一驾大马车,发电机就是一匹马,它们之间套着一条绳索(应该是橡皮筋),马用力多,马车就会快,反之则慢...马用力多,那根橡皮就会拉长,反之则短....快或慢,就是频率...长或短,就是功角. 问题是,电网是一个很大很大的马车,它需要很多很多的马同时用力才可以拉动....联系到发电机,可以理解吧? 所以,如果是成百上千匹马拉车,一匹马用力或不用力,不足以明显改变车速(有些微影响),但它的橡皮绳索长短是肯定会有变化的...而成百上千的发电机带动的电网,也不以一台机组出力多点少点而明显改变系统频率(就是速度啦),但该台发电机的功角肯定变化了的... 然后,你所说的开大主汽门,就是马加力了...或发电机加力了...力传递到哪儿去了?到大马车上去了...即电网去了...马车是克服磨擦力做功了,载了不少东西的...电网也是克服损耗做功了,这里有照明,有电机,有微波... 不知楼主明白了吗? 再说无功,其实就是开始比喻的那根马绳----橡皮筋的粗细...加励则增加磁力线,反之减少...换成橡皮筋,一根两根或多根,就这意思,没有能量的消耗,没有做功... 增加负荷的时候，汽轮机开门之后，转子的转速会增加，这样定转子之间的磁场的角度会增加，即功角增加，如果此时转子励磁不变的话，结果造成发电机定转子之家的磁场耦合变弱，即发电机的定子电压降低，这时励磁调机器会自动增加 课程设计（论文）任务及评语 此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除 目录 第1章课程设计目的与要求 (1) 1.1 课程设计目的 (1) 1.2 课程设计的实验环境 (1) 1.3 课程设计的预备知识 (1) 1.4 课程设计要求 (1) 第2章课程设计内容 (2) 2.1发电机励磁自动控制系统的概述 (2) 2.2发电机自动励磁自动控制系统传递函数 (2) 2.3同步发电机励磁自动控制系统特性的分析 (2) 2.3.1线性化分析 (2) 2.3.2稳定性分析 (3) 2.3.3稳态误差分析 (5) 2.3.4根轨迹分析 (5) 2.4 改变励磁控制系统稳定性措施 (8) 第3章课程设计总结..................................................................................................... ..9参考文献......................................................................................................................... ..9 第一章 课程设计目的与要求 1.1 课程设计目的 “电力系统自动化”课程设计是在教学及实验的基础上，对课程所学的理论知识进行深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学的理论知识，能够较全面地巩固和应用本课程中所学到的基本理论和基本方法，进行发电机励磁自动控制系统特性分析与计算，加深理解发电机励磁自动控制系统的基本原理，并分析系统的稳定性、稳态误差以及根轨迹的特性。通过这次课程设计培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。 1.2 课程设计的实验环境 在计算机上绘制相关电路图和编写相关公式，并利用word2000编辑课程设计说明书。 1.3 课程设计的预备知识 熟悉电力系统自动化课程的基础理论和基本知识。 1.4 课程设计要求 独立完成课程设计，说明书应按下列要求书写： 1 、选择合理定态工作点，将系统线性化。 2 、对不同i T 的值分析系统的稳定性，确定p K 的值。 3 、分析系统在单位阶跃函数作用下的稳态误差。 4 、作出对应不同i T 的根轨迹分析稳定性。 5 、提出改善系统稳定性的措施。 6 、对课程设计进行总结 8、 课程设计说明书应层次分明、内容完整、语言通顺、图表整齐规范、数据详实。 9、 课程设计说明书的格式按照教务处文件执行。 10、完成4000字左右说明书。发电机励磁原理
自并励励磁装置
发电机励磁方式有哪几种
大型汽轮发电机自并励静止
发电机无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理
最新发电机励磁系统
发电机励磁原理
5发电机自并励励磁自动控制系统设计()
发电机无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理
试论发电机自并励励磁系统的特点及问题
发电机励磁方式及自并励励磁系统
几种常见的励磁系统介绍
发电机讲义励磁方式部分
发电机励磁电流
发电机励磁系统现状问题和发展趋势2
发电机励磁系统
发电机励磁
发电机自并励励磁自动控制系统电子教案