第四章 同步发电机的自动励磁调节装置

重点：励磁控制系统的任务、基本要求，并联 运行机组间无功功率的分配。
第一节 同步发电机励磁控制系统的
主要任务和对它的基本要求
• 同步发电机励磁系统是指为发电机提供可调节 励磁电流的装置的全部组合。包括： • 产生可调节励磁电流的励磁功率单元(如励磁机)
控制功率单元的励磁调节器两个主要组成部分 以及相关的测量仪表、辅助设备等。
调节
• 发电机并网运行时，系统的电压水平由系统中 无功电源发出的无功功率总和与系统中负荷所
消耗的无功功率总和之间的平衡关系决定。
• 并网运行时的单机容量相对有限, 改变一台发 电机的励磁电流对系统电压水平的影响不像单 机带负荷运行时的影响那么大，而且电力系统
的容量越大，这种特征越明显。

当系统容量无穷大时，系统电压为恒定值，
IEF
G
~
ÙG 负 İG 荷
-
发电机稳定运行图
(a)原理图 İG
来自百度文库
Eq
.
UG
·
Eq UG jIG X d
(b)等值电路图 发电机稳定运行图
•Xd—发电机的直轴电抗。
. . δ是Eq和UG之间的夹角,即发电机的功率角;
İq和İp为发电机电流的无功和有功分量;
φ发电机的功率因数角。根据向量关系,得出
• 同时假定发电机定子电阻为零,并忽略凸极效应。
• 而发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励
磁电流的大小无关。
• 因此机组发出的有功功率PG为常数。
• 可以写出下列表达式
• PG=UGIGcosφ=常数
(4-3)
(4-4)
(a)
• PG=(EqUG/Xd)sinδ=常数
• φ－功率因数角；
• δ－发电机的功率角。
(a)电路图
• IQ=(Eq-UX)/(Xd+XB+XL) XB、 XL－变压器漏抗和输电线 路电抗； • UX、UB－电力系统电压 和变压器高压侧电压。
UG
XB
İG
UB
XL
Eq
(b)等值电路图
.
UX
.
发电机并入电力系统 的电路图
•
以上三个表达式说明：
• ①通过调节发电机励磁电流IEF • 来调节发电机电势Eq • 可以改变发电机无功电流IQ， • 从而调节发电机电压UG和 • 变压器高压侧电压UB， • 维持发电机机端电压UG或系统内某一点电压 (如变压器高压母线电压UB)在给定水平;
+
UEF
GEW
IEF
~
G
ÙG 负 İG 荷
-
发电机稳定运行图
(a)原理图
• ÙG和İG分别为发电机定子电
压和电流。
•正常时,流经GEW的励磁电流
+
UEF
GEW
IEF 在同步发电机内建立磁场,
•使定子绕阻产生空载感应电动 势Èq; •改变励磁电流IEF 大小, 可使 Èq相应变化; •图(b)是发电机稳态运行的等 值电路图，其间关系用数学式 表达为
•UG≈UX+IQ(XB+XL)
•UB≈UX+IQXL
•IQ=(Eq-UX)/(Xd+XB+XL)
②若发电机接入无穷大系统,即
XB=0、XL=0,则发电机电压等 于系统电压,UG= UX,随系统电 压的变化而变化，
•UG≈UX+IQ(XB+XL) •UB≈UX+IQXL •IQ=(Eq-
• 调节发电机励磁电流不再会引起发电机电压的变
• 由上两式得
PG UG
IGcosφ= Eqsinδ=
＝常数=K1
Xd
UG
PG＝常数=K2
图4-4 同步发电机与无限大 母线并联运行
改变一台发电机的励磁电流对系统的电压水
平没有影响。

但是，系统中各节点电压是不相同的，

因此，对并网运行发电机的UG随IEF变化的情
况要做具体分析。

发电机经变压器和输电线路并入电力系统的
情况如下图所示。
• UG≈UX+IQ(XB+XL) • UB≈UX+IQXL
UG
XB
UB
~
Xd
G
XL
线路
UX
变压器
第四章 同步发电机的自动 调节励磁装置
内容提要： 励磁系统的任务 励磁系统的类型
励磁调节装置的原理
并联机组间无功分配
教学目的：熟悉同步发电机励磁控制系统的任 务、理解对励磁系统的基本要求，熟悉同步发 电机的励磁方式及其特点，掌握半导体励磁调 节器的构成、工作原理，掌握并联运行机组间 无功功率的分配，熟悉强励及灭磁的概念、灭 磁的方法，理解励磁调节器静态特性调整的目 的，了解微机励磁调节器的构成原理。
图4-1
同步发电机励磁控制系统构成示意图
一、同步发电机励磁控制系统的任务
电 压 控 制
无 功 功 率 分 配
提 高 稳 定 性
改 善 运 行 条 件
强 行 减 磁
(一) 电压控制:维持发电机端或指定控制点的电压 在给定水平上 • 发电机单机带负荷运行时, • 励磁控制系统的电压调节作 用可用右图说明。 • GEW是发电机的励磁线圈，
合理控制系统中并联运行发电机输出的无功功率。
• 所谓“合理控制”包含两层意思：
• ①每台发电机发出的无功功率数量要合理；
• ②当系统电压变化时，每台发电机输出的无功功率
要随之自动调节，而且调节量要合理。
1.发电机无功功率控制的原理
• 条件: • 设同步发电机与无穷大电力系统并联运行,即发电 机端电压不随负荷的变化而变化,是一个恒定值。
化，即发电机励磁调节系统不再有调节发电机电
UX)/(Xd+XB+XL)
压的作用。
• 实际上,无穷大电力系统是不存在的,即系统等值阻 抗并不等于零,发电机电压UG将随着无功负荷的变 化而变化。 •以上即电压调节的原理.
(二)合理分配并联运行发电机间的无功功率
• 电力系统中是多台发电机并联运行的。
• 为保证系统的电压质量和无功潮流合理分布,要求
UG
Eq2 Eq1 IEF1
返回
IEF2
• 当IEF不变时,IQ变化将引起UG的 U Ge 变化,即发电机单机带负荷运 行时,电压变化主要是由定子
0
UG′ IQ1 IQ2
发电机的外特性 (IEF不变时)
电流的无功分量IQ变化引起的。
IQ
•若发电机的无功电流IQ不变，改变IEF可以改变Eq， 进而可以改变UG，即发电机单机运行时，调节励磁 电流可以改变发电机电压。
Eq cos U G IQ X d
一般δ很小,可近似认为cosδ≈1,于是上式简化为
Eq U G I Q X d
Eq
φ
jIG X d
δ
U G Eq I Q X d
UG=f(IQ)称为发电
机的外特性．
İQ
φ
İP İG
UG
jIQ X d
(C)发电机的向量图
U G Eq I Q X d • Eq和IEF成正比。