同步发电机励磁控制系统

V6 承受反压而关断；在t=210-330之间是V4 导通；在
t=330-450 之间是V6 导通。
e
ea
eb
ec
1
3
5
1
t
2
4
u
6
2
t
ab ac bc ba ca cb ab ac bc
16 12 32 34 54 56 16 12 32
2 输出电压
负载电压时线电压波形的包络线，以2π/6为其脉动周期， 输出空载电压平均值
上、下两组晶闸管必须各有一只晶闸管同时导通电路才能工作， 六只晶闸管的导通顺序应为1，2，3，4，5，6。它们的触发 脉冲相位依次相差60
U 6
2
2
ea
eb
dt
6
6
2
2 6
2
Ea
sin
t
Ea
sint
2
3
dt
62
2
Ea
c ost
c os t
2
3
2
6
2.34Ea
1.35Eab
二）三相桥式半控整流电路
ea VS1
VS3
VS5
eb ec
V
Rf
V4
V6
V2
1 工作原理
如图所示，整流二极管V2、V4、V6共阳极连接，晶闸管VS1、 VS3、VS5共阴极连接，V为续流二极管。在电路中仅在桥的 一侧用可控的晶闸管，故称为半控整流桥。 三个晶闸管的导通顺序与三相电源相序的顺序相同为VS1、 VS3、VS5。因为是三相电源，所以触发脉冲间相位也依次相 差120。
3 自励交流励磁机静止可控硅整流器励磁系统
AE
VS
G
滑环
TR
TV
电压起 励元件
自动恒 压元件
AVR
起励电源
发电机G的励磁电流由交流励磁机AE经晶闸管整流装置VS供 给。交流励磁机的励磁一般采用晶闸管自励恒压方式。励磁 调节器AVR直接控制晶闸管整流装置。
4 自励交流励磁机静止硅整流器励磁系统
AE
2 他励交流励磁机旋转整流器励磁系统(无刷励磁)
永磁副励磁机
旋转元件
交流发电机
N
G
S
AE
晶闸管整流器
励磁调节器
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。交流励磁机电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一根轴上旋转， 所以它们之间不需要任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。
V
G
滑环
VS
电压起 励元件
励磁调节器
起励电源
发电机G的励磁电流由交流励磁机AE经硅整流装置V供给，半导体 型励磁调节器控制晶闸管整流装置VS，以达到调节发电机励磁的 目的。增加了交流励磁机自励回路环节
四 静止励磁系统 (发电机自并励系统)
VS
G
滑环
电压起 励元件
励磁调节器
起励电源
静止励磁系统(发电机自并励系统)中发电机的励磁电源不用励 磁机，而由机端励磁变压器供给整流装置。
2 控制无功功率的分配
IG
G
UG =Constant Eq
IP
UG
IQ
IG
PG UGIG cos constant
PG
EqU G Xd
sin
constant
发电机励磁电流的变化改变了机组 的无功功率和功率角的大小。
IG cos constant
Eq sin constant
调节与无限大母线并联运行的机组的励 磁电流可以改变发电机无功功率的数值。
V Rf
V4 V6 V2 ea VS1
ug
+ (-) uL
ug5
ug1
ug3
t3 t4 t5
VS5
VS1
VS3
V6
V2
V4
t
ug5
t
ec
V
V2
t
- (+)
二 三相桥式全控整流电路
ea VS1
VS3
VS5
eb
L
ec
R
VS4 VS6
VS2
1 工作原理
六个整流元件全部采用晶闸管，VS1、VS3、VS5为共阴极 组连接，VS2、VS4、VS6为共阳极连接。共阴极组、共阳 极组的晶闸管皆需由触发脉冲控制换流。
1 ） 励磁对静态稳定的影响
GG
升压变压器
Eq
输电线
Xd
UG
XT
降压变压器
系统
U
U
PG
EqU X
sin
P
PG
UGU X
sin
P
内功率特性
外功率特性
2） 励磁对暂态稳定的影响
P
c
a
d
PG0
F
31
2
b
要使励磁系统在短暂过程中完成符合要求的控制必须要求励 磁系统具备快速响应的条件。为此，一方面缩小励磁系统的 时间常数，另一方面尽可能提高强行励磁的倍数。
的二极管导通。
各元件持续导通时间仍为120，输
t
出电压仍以2/3为周期。
4) 脉冲控制角=120° VS1 VS3 VS5
e
ea
eb
ec
1
3
5
ea eb ec
V4 V6 V2
V Rf
2
4
ug
=120°
ug5
ug1
7
U d
1
2
6
ea
ec
dt
6
3
t0 t3 t4
VS5
VS1
uL
V6
V2
2.34E 1
第三章 同步发电机励磁自动控制 系统
第一节 概述
同步发电机的运行特性
同步发电机的空载电动势的大小 发电机的励磁电流
一 励磁自动控制系统构成
控制同步发 电机的励磁
励磁功率单元 励磁调节器
G 发电机
电力系统
同步发电机的励磁系统
二 同步发电机励磁控制系统的任务
1. 电压控制 2. 控制无功功率的分配 3. 提高同步发电机并联运行的稳定性 4. 改善电力系统的运行条件 5. 对水轮发电机组实行强行减磁
交流励磁机励磁系统根据励磁机电源整流方式及整流器状态的 不同可分为以下几种。
1）他励交流励磁机励磁系统 ❖ 他励交流励磁机静止整流器励磁 系统
❖ 他励交流励磁机旋转整流器励磁 系统(无刷励磁)
2）自励交流励磁机励磁系统 ✓ 自励交流励磁机静止可控整流器 励磁系统
✓ 自励交流励磁机静止整流器励磁 系统
要求励磁调节器没有失灵区； 4）励磁调节器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； 5）具有较小的时间常数，能迅速响应输入信息的变化。 6）要求能长期可靠地工作。
2 对励磁功率单元的要求
励磁功率单元: 受励磁调节器控制，并向同步发电机转子提供 励磁电流。 其基本要求
直流励磁机励磁系统 换流困难
交流励磁机励磁系统(交流发电机和半导体整流元件组成） 为缩短主轴长度，降低造价，减少环节。
静止励磁系统 (发电机自并励系统)
二 直流励磁机励磁系统（100MW以下） 按励磁机的励磁绕 ➢ 自励直流励磁机励磁系统 组供电方式的不同 ➢ 他励直流励磁机励磁系统
1 自励直流励磁机励磁系统
这类励磁装置采用大功率晶闸管元件，没有转动部分，故称静 止励磁系统。由于励磁电源是发电机本身提供，故又称为发电 机自并励系统。
第三节 励磁系统中的整流电路
同步发电机励磁系统中整流电路的主要任务是将交流电压 整流成直流电压供给发电机励磁绕组或励磁机的励磁绕组。
一 三个基本整流电路 ➢ 三相桥式不可控整流电路 ➢ 三相桥式半控整流电路 ➢ 三相桥式全控整流电路
三 对励磁系统的基本要求
1 对励磁调节器的要求
励磁调节器: 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。其基本要求：
1）系统正常运行时,励磁调节器应能反映发电机电压高低以 维持发电机电压在给定水平；
2）励磁调节器应能合理分配机组的无功功率； 3）对远距离输电的发电机组，为了能在人工稳定区域运行，
cos
2
1.35El
1
cos
2
输出电压波形不连续，各整流 元件导通时间小于120。
t
6
ug3
ug5
VS3
t
V4
t
5) 脉冲控制角=180° VS1 VS3 VS5
ea eb ec
V4 V6 V2
V Rf
e
ea
eb
ec
1
3
5
t
=180°
ug
ug5
ug1
ug3
t
uL
t
各相触发脉冲都在负侧自然换相点出现，晶闸管因正向电压为 零而不能导通，输出平均电压为零。
PGmax*
0.75
0.70
K=4
0.65
K=2
K=1
0.50
K=1
0.35
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Te(s)
PGmax*
0.75
Te=0.1S
0.70
0.65
Te=0.8S
0.50
0.35
K
01234
4 改善电力系统的运行条件
U(%)
1）改善异步电动机的自起动条件
120 100
2）为发电机异步运行创造条件
励磁电压响应比：通常将励磁电压在最初0.5S内上升的平均速 度定义为励磁电压响应比。它粗略反映励磁系统的动态指标
第二节 同步发电机励磁系统
同步发电机的励磁电源实质上是一个可控的直流电源，为满足正 常运行要求，发电机励磁电源必须具备足够的调节容量，且有一 定的强励倍数和励磁电压响应速度 一 励磁系统的历史
2 输出电压与控制角关系
结论：
1） 2 时，输出波形连续，周期为2π/3
6
2）
2
6
时，输出波形不连续，周期为2π/3
三相半控整流电路输出电压与控制角α的关系式为：
Ud
2.34 E1 cos
2
1.35
El
1
cos
2
3 失控现象和续流二极管的作用
VS1 VS3 VS5
e
1
3
5
ea
eb ec
1）要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。 2）具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度
励磁顶值电压：是励磁功率单元在强行励磁时可能提供的最高 输出电压值。
强励倍数：励磁顶值电压与额定励磁电压之比称为强励倍数。 或励磁顶值电流与额定励磁电流之比。一般取1.6~2
励磁电压上升速度是衡量励磁功率单元动态行为的一项指标
e
ea
eb
ec
1
3
5
ea
eb ec
V Rf
t
V4 V6 V2
ug
Ud
1
2
5
6 6
ea eb
dt
5 6 5 6
ea ec
dt
3
2.34E 1
cos
2
1.35El
1
cos
2
uL
=60°
ug1
t0 t2
VS5
VS1
V6
V2
ug3
ug5
VS3
VS5
t
V4
V6
电路受触发的晶闸管和最低电压相
1） 脉冲控制角=0
e
ea
eb
ec
1
3
5
3
2
4
6
t
ug
ug1
ug3
ug5
t0 t1 t2
t
ab ac bc ba ca cb ab ac bc
u 16 12 32 34 54 56 16 12 32
1
1
3
3
5
5
1
1
3
6
2
2
4
4
6
6
2
2
t
2）脉冲控制角=30° VS1 VS3 VS5
e
ea
eb
ec
1 他励交流励磁机静止整流器励磁系统
交流副励磁机 交流励磁机 交流发电机
起励 电源
AE
G
VSR 滑环
自
励
恒
压 调 节 器
触发 器 可控整流器
励磁调节器 放大器 电压检测 调差
发电机G的励磁电流由交流励磁机AE经硅整流器VSR供给，交 流励磁机的励磁电流由晶闸管可控整流器供给，其电源由副励 磁机提供。
1
3
5
ea
t
eb ec
V4 V6 V2
V Rf
ug =30°
ug1
ug3
ug5
t0 t1
VS5
VS1
VS3
VS5
t
V6
V2
V4
V6
uL
Ud
1
2
2 6
ea eb
dt
5 6 2
ea Leabharlann Baiduec
dt
3
2.34E
1
cos
2
1.35El
1
cos
2
t
3）脉冲控制角=60° VS1 VS3 VS5
80 60
3）提高继电保护装置工作的正确性 40
20
0
t(s)
0 10 20 30
5 水轮发电机组要求实行强行励磁
当水轮发电机组发生故障突然跳闸时，由于它的调速系统具 有较大的惯性，不能迅速关闭导水叶，因而会使转速急剧上 升。如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则发电机 电压有可能升高到危及定子绝缘的程度，所以，在这种情况 下，要求励磁自动控制系统能实现强行减磁。
IEE
IR DE =
IE
G
IAVR
R
励磁调节器
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R可改变励磁机励磁电流
2 他励直流励磁机励磁系统
IR
PE =
= IAVR IEE DE
IE
G
励磁调节器
他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，比自励多用 了一台副励磁机
三 交流励磁机励磁系统（100MW以上）
一 ） 三相桥式不可控整流电路
ea V1
eb ec
V3 V5
H+ Rf
V4
V6
V2
L
-
1 工作原理
共阴极连接的二极管，在t=30-150之间是V1 导通，V3、
V5 承受反压而关断；在t=150-270之间是V3导通；在
t=270-390 之间是V5 导通。
共阳极连接的二极管，在t=90-210之间是V2 导通，V4、
1 电压控制
GEW
UG IG
IEF
G
Eq
IP
UG
IQ
IG
UG
UGe UG2
IEF2 IEF1
IQ
IQ1
IQ2
IG
Eq
UG
Eq UG jIG X d
Eq cos UG IQ X d
Eq UG IQ X d
负荷中的无功电流是造成Eq 和UG幅值差的主要原因。
同步发电机的励磁自动 控制系统就是通过不断 地调节励磁电流来维持 端电压在给定水平的。
3 提高同步发电机并列运行的稳定性
电力系统的稳定
➢静态稳定 ➢暂态稳定
电力系统静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小 扰动后恢复到原来运行状态的能力。
电力系统暂态稳定是指电力系统在某一正常运行方式下突然遭 受大扰动后，能否过渡到一个新的稳定运行状态、或者恢复到 原来运行状态的能力。
电力系统受到小的或大的干扰后，计及自动调节和控制装置作 用的长过程的运行稳定问题称为动态稳定。