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。
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发电机励磁系统故障诊断与处理 措施
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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。
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发电机励磁调节器原理与结构
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调节器基本原理
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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。
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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。
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控制策略选择依据
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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
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自励方式
利用可控硅整流元件，把发电机转子的交流电压整流 成直流电压后供给电机本身转子的，称为自励恒压。 开机初起励时利用蓄电池组给发电机转子激磁，待发 电机输出电压后，再供给自身和其他辅助设备，该方 式具有结简单、设备少、占地小、造价低、维护方便 等特点，在中小型同步电动机上广泛应用。但运行中 若自动恒压调节部分出现问题则必须停机。
可靠性指标
包括平均无故障时间、故障率 等，反映调节器的可靠性及使
用寿命。
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发电机励磁系统控制策略与优化 方法
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控制策略类型及特点
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恒压控制策略
通过维持发电机端电压恒定，确保电力系统的稳定运行。 该策略简单可靠，但可能无法适应系统动态变化。
恒功率因数控制策略
当发电机内部发生故障时，迅速切断 励磁电流，并消耗转子回路中的能量 ，避免事故扩大。
辅助励磁机（或永磁机）
在自励方式下提供主励磁机励磁电流 的电源。
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励磁系统工作原理
他励方式
由独立的直流电源供电，建立电压后供给本身及全车 间其他辅助设备，简单可靠、电压波动小、寿命长、 维护方便。但运行中若励磁电源（即直流发电机）出 现问题，则同步发电机失磁。
在发电机内部出现故障时，进 行灭磁，以减小故障损失程度
。
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。
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励磁系统组成结构
励磁功率单元
向同步发电机转子提供励磁电流。
励磁调节器
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的输出。
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灭磁及过电压保护装置
非线性系统的优化问题，但计算量较大。
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粒子群优化算法
通过模拟鸟群觅食行为，实现全局寻优。该方法收敛速度快，易于实现
并行计算，但可能陷入局部最优解。
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模糊控制
基于模糊数学理论，将人的经验知识转化为控制规则，实现对发电机励
磁系统的智能控制。该方法不依赖于精确的数学模型，具有较强的鲁棒
混合式调节器
结合模拟式和数字式的优点，既有 较高的精度和稳定性，又能降低成 本。
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调节器性能指标评价方法
静态性能指标
包括电压调整率、负载调整率 等，反映调节器在静态工作条
件下的性能。
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动态性能指标
包括超调量、调节时间等，反 映调节器在动态工作条件下的 性能。
稳定性指标
包括相位裕度、增益裕度等， 反映调节器的稳定性及抗干扰 能力。
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交流励磁方式
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交流电源供电
采用交流电源作为励磁电 源，通过整流器将交流电 转换为直流电供给发电机 励磁绕组。
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简单易行
交流励磁方式具有结构简 单、操作方便、成本低廉 等优点。
控制精度受限
由于交流电源波动和整流 器性能限制，交流励磁方 式的控制精度相对较低。
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发电机励磁方式及特点
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直流励磁方式
直流发电机供电
维护成本高
采用直流发电机作为励磁电源，通过 调节发电机励磁电流的大小，实现对 发电机输出电压和频率的控制。
由于直流发电机结构复杂，维护成本 相对较高。
可靠性高
直流励磁方式具有较高的可靠性和稳 定性，适用于大型发电机组和重要电 力系统。
多电平变换技术
采用多电平变换技术可实现发电机电压波形的优化和谐波 抑制，提高励磁系统电能质量和运行效率。
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THANKS
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处理措施建议
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针对励磁不足或失磁故障
检查励磁电源是否正常，修复励磁回路开路或接 触不良处，更换损坏的励磁绕组等。
Байду номын сангаас
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针对励磁过激故障
检查自动电压调节器（AVR）是否正常工作，调 整励磁系统参数至合适范围，更换损坏的元器件 等。
针对励磁波动或不稳定故障
检查电源电压是否稳定，更换老化或损坏的元器 件，加强控制信号的抗干扰能力等。
各种励磁方式比较
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控制精度
直流励磁方式和交流励磁方式具有较高的控制精度，而永磁体励磁方 式控制精度相对较低。
可靠性
直流励磁方式具有较高的可靠性，适用于大型发电机组和重要电力系 统；交流励磁方式和永磁体励磁方式可靠性相对较低。
维护成本
直流励磁方式维护成本较高，而交流励磁方式和永磁体励磁方式维护 成本相对较低。
通过调整发电机励磁电流，使功率因数保持恒定。该策略 有助于提高发电机的运行效率，但可能增加系统振荡的风 险。
最优励磁控制策略
基于现代控制理论，通过优化算法实时调整发电机励磁电 流，实现系统性能的最优化。该策略具有自适应能力强、 控制精度高等优点，但实现难度较大。
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优化方法介绍
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遗传算法
通过模拟自然选择和遗传机制，寻找最优控制参数。该方法适用于复杂
励磁过激
可能是由于自动电压调节器（ AVR）故障、励磁电流传感器故 障、励磁系统参数设置不当等原
因引起。
励磁波动或不稳定
可能是由于电源电压波动、励磁 系统内部元器件老化或损坏、控
制信号干扰等原因造成。
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故障诊断方法介绍
观察法
通过观察发电机运行时的电压、电流 、功率因数等参数变化，以及励磁系 统各部件的外观和指示灯状态，初步 判断故障类型和部位。
闭环控制原理
调节器采用闭环控制原理，通过 检测发电机的输出电压和电流， 实时调整励磁电流的大小，使发 电机输出电压保持稳定。
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调节器类型及特点
模拟式调节器
采用模拟电路实现，具有结构简 单、成本低廉等优点，但精度和
稳定性相对较低。
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数字式调节器
采用微处理器或数字信号处理器实 现，具有高精度、高稳定性、可编 程等优点，但成本相对较高。
图解发电机励磁原理
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目 录
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• 发电机励磁系统概述 • 发电机励磁方式及特点 • 发电机励磁调节器原理与结构 • 发电机励磁系统控制策略与优化方法 • 发电机励磁系统故障诊断与处理措施 • 发电机励磁系统新技术发展趋势
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发电机励磁系统概述
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神经网络控制技术
利用神经网络强大的自学习和自 适应能力，对发电机励磁系统进 行建模和控制，实现系统智能化 和自适应化。
专家系统技术
将专家经验和知识库引入到励磁 系统控制中，实现对发电机运行 状态的实时监测和故障诊断，提 高系统可维护性和安全性。
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其他新技术在励磁系统中的应用前景
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新型电力电子器件
随着电力电子技术的不断发展，新型高性能电力电子器件 如碳化硅（SiC）器件、氮化镓（GaN）器件等逐渐应用于 励磁系统中，提高系统效率和可靠性。
先进控制算法
如模型预测控制（MPC）、滑模变结构控制（SMC）等先 进控制算法在励磁系统中的应用，可进一步提高系统控制 精度和鲁棒性。
数字通信技术
采用CAN总线、以太网等数字通信技术，实现励磁系统与上位机、监 控系统等其他设备的数据交换和信息共享，提高系统智能化水平。
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智能化技术在励磁系统中的应用
模糊控制技术
应用模糊数学理论，对发电机运 行状态进行模糊识别和判断，实 现励磁系统的自适应控制和优化 调节，提高系统动态性能和稳态 精度。
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永磁体励磁方式
永磁体产生磁场
利用永磁体产生的磁场作 为发电机的励磁磁场，无 需额外的励磁电源。
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节能环保
永磁体励磁方式具有无励 磁损耗、节能环保等优点 ，适用于小型风力发电、 太阳能发电等领域。
磁场强度受限
由于永磁体磁场强度固定 ，无法实现对发电机输出 电压和频率的灵活控制。
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励磁系统定义与功能
• 定义：发电机励磁系统是指向同步发电机提供励磁电流的 电源及其附属设备的统称。
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励磁系统定义与功能
功能
维持发电机端电压在给定水平。
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控制并列运行各发电机间无功功率分配。
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励磁系统定义与功能
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提高发电机并列运行的静态稳 定性。
提高发电机并列运行的暂态稳 定性。
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发电机励磁系统新技术发展趋势
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数字化技术在励磁系统中的应用
数字信号处理技术
采用高速数字信号处理器（DSP）对发电机电压、电流等模拟信号 进行实时采样和处理，提高励磁系统控制精度和响应速度。
数字式励磁调节器
采用可编程逻辑控制器（PLC）或微处理器（MCU）作为核心控制 单元，实现励磁系统的数字化控制和调节，提高系统稳定性和可靠 性。