同步电动机励磁系统的技术发展 共24页
图解发电机励磁原理(2024)
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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
励磁系统控制关键技术与未来展望
励磁系统控制关键技术与未来展望摘要：控制励磁系统的目的是使机端电压在设备允许范围内保持恒定。
对机组侧来说，主要任务是使发电机输出电压接近额定电压，并无功功率调节，以确保发电机的安全和经济运行；对于电网侧，它们还具有支撑电压、电力系统的静态稳定性、抑制功率振荡和提高暂态稳定等特点。
近年来，以风能、太阳能为代表的新能源由于电压控制不足而被纳入有助于控制励磁系统的研究。
我们的电力系统正朝着“双高”方向发展，电力和电网结构正在发生巨大变化。
发电机电励磁控制技术是确保电力系统安全稳定运行的最具成本效益的手段之一。
关键词：励磁系统；自动电压调节器；同步发电机控制同步电机励磁在提高电力系统稳定性方面起着重要作用，因此同步发电机的励磁控制始终是学术界关注的焦点。
励磁控制的任务是使发电机端的电压保持恒定，达到迄今为止电压的最高精度，同时抑制振荡，提高电力系统的稳定性。
一、励磁调节器的控制方法发展1.线性单变量励磁控制。
1950年代的古典控制理论发展到了用传输函数对控制进行数学描述的成熟程度。
研究对象是线性输入输出系统。
在这种情况下，电机通ΔUt的P或PID励磁降低电机端电压偏差。
该方法的优点在于，控制参数可以用频率或根轨迹法的线性函数模型单变量法确定，简单可靠的算法在物理上正确、方便调整、应用技术上明确，可以抑制故障后电压波动，通过向磁系统提供渐进输出，在一定程度上有助于补偿磁电流的相位和负损耗扭矩，从而提高电机电压稳定性。
该方法的缺点是，它仅适用于单变量的线性系统，不适用于非线性、时变、耦合以及参数和结构不确定性的复杂对象，而不考虑其他变量兼顾功率Pe、发电机转速ω性能调节。
超前不一定与低频振荡频率相同，也无法补偿负阻尼所需的相位。
该控制系统必须不断调节电压偏差ΔUt，以区分正负阻尼的变化。
很难降低发电机电压，确保正阻尼，从而避免了系统低频的有限作用。
为了解决此方法的缺点，引入了几种新的PID控制，这些控制将PID与其他控制相结合，例如适应、模糊、神经PI等控制，在一定程度上提高了控制性能。
(完整版)同步电动机励磁柜原理
励磁柜介绍一些同步电动机励磁柜的基本知识，希望大家能了解并多交流一下同步电动机励磁柜的基本知识。
一.KJLF11 具有以下特点： 1.转子励磁采用三相全控整流固接励磁线路； 2.与同步电动机定子回路没有直接的电气联系；3.实现了按同步电动机转子滑差，顺极性自动投励。
按到达亚同步转速（95%）时投入励磁，使同步电动机拖入同步运行； 4.具有电压负反馈自动保持恒定励磁； 5.起动与停车时自动灭磁，并在同步电动机异步运行时具有灭磁保护； 6.可以手动调节励磁电流，电压进行功率因数调整，整流电压可以从额定值的10%至125%连续调节；7.交流输入电源与同步电动机定子回路来自同一段母线；8.同步电动机正常停车5 秒钟之内，本设备整流电路和触发电路的同步电源不容许断电；9.灭磁电阻RFD1 和RFD2 的阻值为所配的转子励磁绕组直流电阻的 5 倍，其长期容许电流为同步电动机额定励磁电流的15%；10.当同步机矢步运行时，可以发出矢步信号，用于报警或跳闸；11.输入电源为380V.二.保护电路：（1）.过压保护：1.同步电动机异步运行时，转子感应过电压由灭磁环节将放电电阻RFD1-2 接入，消除开路过电压。
2.主电路可控硅元件的换向过电压由并接于元件两端的阻容电路吸收。
（RC4-9) 3.整流变压器一次侧分，合闸引起的操作过电压由RC1-3 组成的阻容吸收装置来抑制。
4.为使同相两桥臂上可控硅元件合理的分担自直流侧的过电压，设置了R10-15 均压电阻来保护。
（2）过电流保护： 1.与可控硅串联的快速熔断器是作为直流侧短路保护用，快熔熔断时，保护环节可发出声响报警信号，跳开同步电动机定子侧电源开关，切断励磁。
2.短路电流发生在整流变压器二次侧时，其一次侧空气开关脱扣器顺动，切断电源。
3.直流侧过负荷时，空气开关脱扣器或热继电器动作。
但整定值应保证强励磁30 秒内不动作。
三. 励磁线路各环节的工作电压均由同步电源变压器供给，其工作原理如下：同步电动机起动过程中，灭磁环节工作，使转子感应交变电流两半波都通过放电电阻，保证电机的正常起动。
同步发电机励磁自动控制系统1讲课文档
1 静态不稳定性 2 动态不稳定性 3 暂态不稳定性
功角过大而失步（滑行失步）
1974年美国学者拜金 利及金巴克主编论文
大小扰动引起的振荡失步
集《大规模电力系统
稳定性》
大扰动后发电机在第一摇摆失步
静态/动态稳定性定义及理解出现了混乱
1981年在IEEE电力系统分会的冬季会议上重新对电力系统稳定性进行定 义
North China Electric Power University
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电力系统稳定性的定义与分类
2004年8月，IEEE发表了CIGRE第38委员会与IEEE系统动态行为委员会 联合小组制定的电力系统稳定性分类及定义
电力系统稳定性
功角稳定性 频率稳定性 电压稳定性
小干扰功角 稳定性
大干扰功角 稳定性
1 静态稳定性/小扰动稳定性
所加干扰足够小，可以用系统的线 性化方程来描述系统过渡过程
当系统受到小的干扰后，系统会达到与受干扰前相同或接近的运行状态
2 暂态稳定性/大扰动稳定性
所加的干扰使得不能用系统的线性化方程 来描述系统过渡过程
2第0112页2，/共22/82页1。
当系统遭受到干扰后，系统可以达到一个可以接受的稳定运行状态
静态稳定性——小扰动稳定性 暂态稳定性——大扰动稳定性 动态稳定性
动态稳定性 —— 电力系统受到小扰动时，考虑调节 器及元件动态，并分析它在暂态过程后能否趋于或者 接近原来稳定工况的能力。
2第1062页，2共/228/页2。1 North China Electric Power University
大干扰电压稳定性
小干扰电压稳定性
系统在大干扰后维持可接受稳态电压的能力 系统在小干扰后维持可接受稳态电压的能力
同步电动机新型励磁装置技术改进
随着 科学技 术 的发展 ， 人们 的生活 生产 水平不断 提高 ， 在现 代人 们 的生 产 过程 中， 早 已摒 弃 了传统 的 手工作业 生产 方式 ， 而 逐步 形成 了应 用 机 械设 备 进行 生 产 的生 产模 式 。 电动 机 的发 展 与应用 正 是传 统 手工业 生 产转 向现 代机 械 化 生 产的 标 志 ， 其 在 现代 化 机械 生 产 中
有着举足轻重的地位 。 电机 的工作的物理本质就是通过电机 的本身 器件把电能转化成机械能。 在目 前的社会生产中， 电机已经被广泛的 应用 在工 农业 的各种 领域 ， 随着科 学技 术 水平 的不断 提高 ， 各种各 样 的 自动 化 系统 元件 都 是 通 过对 电机 的控 制 形成 的 ， 包括 航 空领 域 的 人 造 卫星 系统 同样 也 是 通 过对 电机 进 行控 制 ， 卫 星 才能 够 正常 的运 行， 除 此 之外 ， 电机 还被 广泛 的应用在 国防 、 医疗 等其他 方面 ， 因此 电 机是时代发展的成果， 是提高社会生产力的有效工具 。 但是随着社会 的发 展 ， 提 高 电动机 的 性能 ， 必须 对其进 行相 应 的改 进 ， 从 而才 能满 足人们的生产需要。 本文从传统励磁技术中存在的缺陷出发， 对 同步 电动机新型励磁装置技术进行研究， 并且提出了相关的改进措施。 传统 励 磁 技术 存在 的 缺陷 １ 、 励 磁 装置 起动 回路及 环节 设计不 合理 。 同步 电动 机 励磁 装 置 主回路中的主桥分为： 全控桥式和半控桥式， 下面分别以这两种方式 分析。
一
对于某些转速较低、凸极转矩较强的电机空载或特轻载起动 时， 往往 在 尚未 投 励 的 情况 下便 进 入 同步 ， 装 置 内具 有 凸 极投 励 回 路， 在 电机 进入 同步后１ ２ 秒 内自动投 磁 电机进 入 同步后， 电脑系统 自 动控制 励磁 电压 由强磁恢 复到正常励 磁 。 ３ 、 选 用数字 触发 器， 提高触 发脉 冲的精 度 选 用数 字触发 器８ ２ ５ ３ ， 提高 了触 发脉 冲信号 的精 确 度。 当同步信 号 回路 出现 上升过 零时 ， 采用延 时结 束立 即由硬件输 出脉 冲的 方式 ， 当满 足投 励 条件后 ， 电脑 发出触 发脉 冲 指令 ， 经专用 集成 块功 放 由脉 冲变 压 器输 出一 —宽 脉冲 ， 触发可控 硅 。 在同步 信号及主 回路 处 于正常的情 况下， 电脑 系统 能保证 主 电路 三相 电压波 形平 衡 ， 具有自 动 平衡 系统 。 为使电动机中励磁电压不致过高、 过低或失控， 在控制电路中设 有１ Ｋ、 ２ Ｋ、 ３ Ｋ功能开关， 其中１ Ｋ用来设定励磁 电压的上限 ｌ ２ Ｋ用来 ①半控桥式 励磁装置 ： 由三只大功率晶闸管和一只大功率二极 设定 电机 正常运 行 时的励 磁 电压 ， ３ Ｋ用来设 定励 磁 电压 的下限 。 投 励 管组成 。 电动机在起动过程中， 存在滑差， 在转子线圈内将感应一 交 时， 首先 按 １ Ｋ强 励 设定 值运 行 １ 秒， 然 后 自动 移至 正 常励磁 所 设 定 的 变电势， 其正半波通过ｚ Ｑ 形成 回路， 产生＋ ｉ ｆ ， 其负半波则通过Ｋ Ｑ， 位置 上 。 ＲＦ 形成 回路 ， 产生一 ｉ ｆ ， 由于 回路不 对 称 ， 则形 成 的 － ｉ ｆ 与＋ ｉ ｆ 也 不对 采用数字化薄膜面板开关， 按动上升键或下降键， 可在Ｉ Ｋ及３ Ｋ 称， 致使 定子 电流强 烈脉 动 。 使 电动 机 因此而 强 烈振 动 ， 直 到起 动结 所设 定 的范 围内调整 励磁 电压大 小 。 采用 电脑 控制 及数 字开关 ， 使 装 束 才消 失 。 置性 能 稳 定 ， 完全 消 除了电位 器调 节 所带 来 的 温漂 、 跳跃、 卡死 及 易 ②全控桥工励磁装置： 由６ 只大功率晶闸管组成。 在起动过程中， 受 干扰 的弊端 。 随 着滑 差 减小 ， 当转 速 达 Ｎ５ ｏ ％ 以 上时 ， 励磁 感应 电流 负半 波通 路 时 ４ 、 电脑 系统 智能 分析 失步 信号 ， 准 确可 靠地 动 作 当同步 电动 机 通时断， 同样形 成＋ ｉ ｆ 与－ ｉ ｆ 电流 不 对称 从而 形成 脉振 转 矩 ， 造 成 电动 失步时 ， 在其 转子 回路产生不 衰减 的交 变 电流 分 量， 通 过 测取 转子 励 机 强 烈振动 。 磁回路分 流 器上 的交 变电流 毫伏信 号， 经放 大变 换后 输入 电脑系统 ， ２ 、 投励时 “ 转 子位 置角” 不 合理 。 对其波形进行智能分析， 准确 、 快速地判断电动机是否同步， 对于各
同步电动机启动原理与励磁系统分析
同步电动机启动原理与励磁系统分析摘要：对于同步电动机而言，它的起动方法有好几种，例如：辅助电动机起动法、变频起动法和异步起动法。
而异步起动法就是同步电动机在转子上装有类似感应电动机笼型绕组的起动绕组（即阻尼绕组），电动机转子由磁极冲片叠片而成的磁极、圆筒磁轭等组成，磁极设有横、纵阻尼绕组。
当电动机接通电源后，便能产生异步转矩起动电动机到接近同步转速，然后设法将电动机牵入同步。
大多数同步电动机都是采用此方法起动的。
本文对同步电动机启动原理与励磁系统进行分析，以供参考。
关键词：同步机；启运原理；励磁分析引言压缩空气储能（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ-Ａｉｒ-Ｅｎｅｒｇｙ-Ｓｔｏｒａｇｅ，ＣＡＥＳ）是一种具有储能容量大、使用周期长、响应速度快等优点的大规模储能技术方案，同时较电池储能更加安全可靠，较抽水蓄能不那么依赖于地理环境，近年来引起国内外大型企业及研究机构的高度关注，国内也相继建成多个集成示范项目。
其中压缩空气储能环节，因为压缩机空气流量及出口压力一般都比常规压缩机要大很多，及在项目装机容量和建设规模的要求，所以一般选择大型同步电动机作为压缩机的驱动。
同时，同步电动机也以其优异的功角特性及良好的性能在动力拖动中有着广泛的应用。
1永磁同步电动机控制方法简述永磁同步电动机控制方法主要采用变频调速方法。
交流电动机的变频调速系统主要控制形式分为开环控制和闭环控制。
比较2种控制方式，因永磁同步电动机在开环控制方式下无法将电机转子位置信号和电机运行的实际速度信号作为实时反馈信号，易出现电机运行失步和突然停车等问题，从而造成永磁同步电动机退磁故障，所以开环控制的变频调速系统并不适用于永磁同步电动机。
为精确得到电机的转子位置信息和电机运行速度信息，实现永磁同步电动机的闭环控制，目前主要采用的方法是在电机的转轴上安装高精度的传感器。
其中，电梯行业常见的传感器主要为光电编码器来检测电机的转子位置信息和电机转速。
FOC控制是一种使用变频器来控制三相交流电机的技术。
发电机励磁系统
第二类： 自励励磁系统（利用发电机自身发出的电流励磁）
概述
基本结构
励磁系统
姓名：直流励磁机励磁系统
同步发电机励磁系统
概述
基本构
励磁系统
同步发电机励磁系统
姓名：他励静止硅整流交流励磁系统 • 优点： 容量不受限制；不受电网干扰，可靠性高；整流装置静止不动，强度要求低。 • 缺点 ：碳刷维护麻烦，存在炭粉和铜末引起电机线圈污染。
值得指出的是：从原理上讲任何一台同步电机既可以作为同步发电机运行，也可以作为电动机或调相 机运行，这就是电机的可逆性原理。例如水电站的同步电机．旺水期用作发电机运行，枯水期可作为 同步调相机运行。当然同步发电机、同步电动机和同步调相机各有自己的特点，没有特殊情况不互换 使用。
概述
基本结构
励磁系统
• 同步电机的基本类型
概述
基本结构
励磁系统
同步发电机励磁系统
概述
基本结构
励磁系统
同步发电机励磁系统
姓名：他励旋转半导体整流交流励磁系统 定义：交流主励磁机的交流绕组和整流设备随同主轴旋转，发电机励磁绕组和主励磁输出绕组相对静止 • 优点 ：取消了大电流集电环及碳刷装置，减少运行维护量。 • 缺点 ：无法对励磁回路进行直接测量；对整流元件等的强度及可靠性要求高。
概述
基本结构
励磁系统
同步发电机励磁系统
第二类：自励励磁系统（特点：利用发电机自身发出的电流励磁，励磁绕组与电枢绕组相连接） 并励：励磁绕组与电枢绕组并联。 串励：励磁绕组与电枢绕组串联。 复励：主极铁心上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，一个与电枢绕组串联。 优点: 结构简单、可靠性高、造价低、维护量小。 无励磁机，缩短机组轴系长度。 直接用可控硅控制转子电压，可获很快的励磁电压响应速度。 缺点: 保护配合较复杂。
同步电动机励磁系统的技术发展共25页文档
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
励磁发展历程及现状
二、励磁系统的分类
3.3、输出采用晶闸管整流式交流励磁机（3机励磁） 3.3、输出采用晶闸管整流式交流励磁机（3
二、励磁系统的分类
3.4、旋转二极管整流式励磁机（无刷励磁） 3.4、旋转二极管整流式励磁机（无刷励磁）
二、励磁系统的分类
4、静止可控硅励磁系统 同步发电机的转子电流由三相交流电源经过静止可控
硅整流后。根据三相电源采集方式的不同，又可以分为自 励式静止可控硅励磁系统和他励式静止可控硅励磁系统。 自励式：该三相励磁电源采集自发电机机端，只要发电 机在运行，励磁电源即存在，实现自发自供，不受外部电 网状态影响，故称为自励，一般有自并励和自复励2 网状态影响，故称为自励，一般有自并励和自复励2种励磁 系统。 他励式：该三相励磁电源未采集自发电机机端，而是 由电网或者其他电源发生器提供。故称为他励。
励磁系统主回路图
同步发电机F 励磁变压器 PT C T 母线
灭磁回路
CT 励磁电压/流 励磁调节器
控制信号 过电压 保护 触 发 可控 硅 回 路
控制信号 同 步 回 路
3、励磁系统主要功能 通过励磁的调节控制，可以达到以下目的： A、恒发电机电压控制，稳定发电机电压； B、提高同步发电机并联运行的稳定性； C、设置调差率，保证发电机无功功率的合理分 配； D、通过附加的PSS控制，提高电力系统的稳定性 等。 返回
何电流，原动机带动转子永磁体转动，即可使定子回路感 应出电流。 由于受永磁体磁场限制，此类发电机功率较小，主要 用作汽车内部电源等类似行业。 特殊类型，不需要专门的励磁系统。
1、永磁体式发电机示意图
二、励磁系统的分类
2、直流励磁机励磁系统 同步发电机的转子电流由直流励磁机提供，直流励磁
机与发电机同轴旋转，直流励磁机即为直流发电机，其输 出的直流正负极电源接至同步发电机的转子，形成励磁磁 场。 受直流励磁机转子磁场产生方式的不同，直流励磁机 系统又可以分为永磁式直流励磁机和半导体控制式直流励 磁机。
无刷同步电动机智能励磁系统
同步电机由于具有功率因数高，运行效率高的优点，在工业领域得到广泛运用。
其励磁系统是同步电机正常工作时的核心部件。
无刷励磁同步电动机具有应用范围广，可以在存在易燃易爆气体环境中使用，运行可靠，日常维护量小，转速高等优点。
PID 控制器是同步电动机励磁控制系统的基本控制方式，PID 控制具有结构简单，参数易于调整，适应性强等优点，这种调节方式比较成熟，应用的比较多。
但由于同步电动机励磁系统是一个非线性时变系统，其数学模型不好确定，它的模型会因环境和运行条件而变，因此这种方法无法从根本上解决动态品质和稳态精度的问题。
模糊控制具有不依赖对象的数学模型，鲁棒性强的特点，在某些领域有良好的控制效果，将PID 控制与模糊控制结合起来构成模糊PID 控制器。
偏差控制能减小被控量的波动，具有稳定性好，响应快的优点，所以本文将利用模糊PID 控制和偏差控制来调节功率因数，采用MATLAB 对励磁系统进行建模仿真[1-2]。
1励磁系统的概述无刷励磁的原理如图l 所示。
交流励磁机为同步发电机，定子为励磁绕组，转子为电枢绕组。
此电枢绕组与旋转整流器、同步电动机转子一起旋转，电枢绕组产生三相交流电经旋转整流器整流给同步电动机转子励磁，从而实现无刷励磁。
励磁系统性能的好坏直接影响到电机及电力系统运行的可靠性、安全性和稳定性。
同步电动机的励磁装置主要有3个方面的作用：1）完成同步机的异步启动并牵入同步运行；2）在牵入同步以后励磁电流的调节控制；3）监控系统故障，确保同步机安全运行。
同步电机在正常运行过程中会受到各种各样的扰动，就会引起电机失步，造成生产中断和设备损坏的严重事故。
励磁装置能检测同步机的失步，识别后判断是报警还是再整步运行，既保障设备的安全性，又保持运行连续性。
同样，励磁装置在正常运行过程中，自身也会受到各种干扰，造成可控整流器缺相或失控、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁电流超限等故障。
当出现上述故障，励磁装置识别后报警或跳闸，以保证励磁装置的安全运行。
同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用
同步磁阻电机及其控制技术的发展和应用摘要:本文简单介绍了同步磁阻电机（SynRM)的运行原理。
追溯同步磁阻电机的发展历史，总结了同步磁阻电机的结构和运行特点。
根据同步磁阻电机的特点结合目前国内外研究现状讨论了同步磁阻电机现有的几种高性能控制方法.最后根据同步磁阻电机当前的研究进展结合其取得的优越性能介绍了其在电动汽车和高速发电等领域的应用.关键词:同步磁阻电机1同步磁阻电机的原理SynRM 运行原理与传统的交、直流电动机有着根本的区别，它不像传统电动机那样依靠定、转子绕组电流产生磁场相互作用形成转矩,而遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩。
SynRM 在dq 轴系下的电压、磁链、电磁转矩和机械运动方程为：电压方程：（1）磁链方程：（2)电磁转矩方程：(3）Ld、Lq为绕组d、q轴电感;Rs为定子绕组相电阻；ωr为转子电角速度;为定子d、q 轴磁链，为电机极对数;β为电流综合矢量与d轴之间的夹角[1]。
2同步磁阻电机的发展历史早在二十世纪二十年代Kostko J K等人提出了反应式同步电机理论［2］，M．Doherty 和Nickle 教授提出磁阻电机的概念，此后国外关于许多专家和学者对同步磁阻电机的的能、转子结构和控制方法进行较深入研究。
早期的同步磁阻电机由一个无绕组凸级转子和一个与异步电机类似的定子组成。
在转子轭q轴方向加上两道气隙，以增加q 轴磁阻。
利用d -q 轴的磁阻差来产生磁阻转矩。
转子周边插上鼠笼条以产生异步起动转矩。
然而，由于该异步转矩的作用, 又将引起转子震荡而难以保证电机正常运行。
六十年代初, 出现了第二代同步磁阻电机它利用块状转子结构来增加d-q 轴磁阻差，同时不用鼠笼条来起动转矩, 而直接靠逆变器变频来起动，从而减轻了转子震荡现象[3]。
然而, 为产生足够的磁阻转矩, 需要定子侧有较大的励磁电流, 致使该电机功率因素和效率都很低，从而影响了该种电机的推广使用。
同步发电机励磁系统介绍
智能控制技术的应用
要点一
智能控制算法
随着智能控制算法的发展，如模糊控制、神经网络等，励 磁系统的智能化水平得到了显著提升。这些算法可以对励 磁系统进行自适应控制，自动调整励磁电流的参数，提高 发电机的运行效率和稳定性。
要点二
应用优势
智能控制技术的应用，使得励磁系统的自适应能力和鲁棒 性得到了增强。同时，通过智能控制算法，可以实现对励 磁系统的优化控制，降低发电机的运行成本和维护成本。
系统的寿命也得到了延长。
数字化控制技术的应用
数字化控制器
随着数字信号处理器（DSP）和可编程逻辑控制器（PLC）等数字化控制技术的发， 励磁系统的控制精度和响应速度得到了显著提升。数字化控制器可以对励磁电流进行快
速、准确的调节，提高发电机的动态性能和稳定性。
应用优势
数字化控制技术的应用，使得励磁系统的控制策略更加灵活和智能化。通过数字化控制 器，可以实现对励磁系统的远程监控和故障诊断，提高励磁系统的可靠性和可维护性。
高性能永磁材料的应用
永磁材料
随着高性能永磁材料的出现，如稀土永磁材 料，励磁系统的性能得到了显著提升。这些 材料具有高磁能积和矫顽力，可以替代传统 的电磁铁，减小励磁系统的体积和重量，提 高励磁系统的效率和可靠性。
应用优势
高性能永磁材料的应用，使得励磁系统在小 型化和高效化方面取得了重要突破。同时， 由于永磁材料的耐腐蚀和抗氧化性能，励磁
励磁系统的组成
励磁电源
提供励磁电流的电源设备，通常为直流电源 或交流电源。
励磁线圈
安装在发电机转子上的线圈，用于产生励磁 磁场。
励磁控制器
用于控制励磁电流的调节器，根据发电机运 行状态和电网需求进行自动调节。
同步电动机励磁知识详解
第一章基本知识1.1 同步电动机起动方式同步电动机起动方式主要有异步起动和变频起动。
变频起动需一套专用调频电源，技术复杂且设备成本高，主要用于负载及转动惯量都很大的大容量高速同步电动机，国内钢厂有几套进口变频起动装置，其它行业一般不使用。
异步起动是同步电动机常用的起动方式，视供用电系统容量采用全压起动或降压起动，降压起动分为电抗器降压和自耦变压器降压。
1.1.1 电抗器降压起动图1-1为采用电抗器降压起动主接线及投全压开关合闸控制回路示意图。
电抗器降压时施加于电机端电压电流降低的同时起动力矩相应降低较大，适用于系统容量小不允许直接全压起动且对起动力矩要求不高的机组，如供电系统容量小但又要求起动力矩大的场合，需采用自耦变压器降压起动。
电抗器降压起动时，合1DL,机组转速加速至投全压滑差时（约0.9Ne ）,励磁装置投全压继电器JQY 动作，控制2DL 合闸，将母线电压直接施加于电机定子。
1.1.2 自耦变压器降压起动图1-2示自耦变压器降压起动主接线及控制回路，两者都较电抗图1-2自耦变压器降压起动图1-1电抗器降压起动器降压起动复杂。
励磁装置投全压继电器JQY需控制2DL跳闸及3DL 合闸，操作顺序为1DL合闸---2DL合闸---JQY动作跳2DL,合3DL不论全压起动还是降压起动，机组起动时间长短与起动时机端电压及负载等有关，从励磁装置读写控制器上读出的机组各次起动时间有些差异属正常。
1.2 同步电动机无功调节特性同步电动机正常运行时需从电网吸收有功，吸收有功功率大小取决于所带负载及电机本身有功损耗。
同步电动机无功决定于励磁装置输出励磁电流，过励（超前）运行时，同步电动机向电网发无功；欠励（滞后）运行时，从电网吸收无功；正常励磁运行时，既不发无功，又不吸收无功，对应功率因数COS ）=1。
同步电动机V 形曲线是指电机定子电流I 和励磁电同步电动机V 形曲线图表明，功率因数为1运行时，定子电流最小，在此基础上增/减磁,定子电流都将增加，增磁时功率因数超前运行，减磁时功率因数滞后运行。
同步电动机及励磁
IA 正向 导通
IH
IG2
IG1 IG=0
O
U DRM U bo + U A
U DSM
雪崩 击穿
- IA
图1-8 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
可控硅导通和关断条件
状态
条件
说明
从关断到导通 维持导通 从导通到关断
1、阳极电位高于是阴极 电位 2、控制极有足够的正向 电压和电流
1、阳极电位高于阴极电 位 2、阳极电流大于维持电 流
➢２功率因数可调。同步电动机可以通过 调节其励磁电流，在超前的功率因数下 运行，因而，有利于改善电网的功率因 数。
➢３效率高。异步电动机功率因数较低， 因此，效率也低。而相应同步电动机的 效率则较高。尤其在低速同步电动机这 一点更明显。
同步电机的特点
➢４运行稳定性高。 • 在超前功率因数下运行的同步电动机
➢ 在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正 向电压，晶闸管会重新正向导通
➢ 实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向 电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能 力，电路才能可靠工作
关断时间tq：trr与tgr之和，即 tq=trr+tgr （1-7)）
普通晶闸管的关断时间约几百微秒。
电力电子器件器件的保护
1、阳极电位低于阴极电 位 2、阳极电流小于维持电 流
两者缺一不可 两者缺一不可 任一条件即可
晶闸管的基本特性
➢ IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只
有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即
正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通
➢ 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低 ➢ 导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿
发电机励磁系统的发展状况
受控性质：版本号：发放编号：持有者：审核：批准：SAVR-2000微机励磁系统培训教材（第二稿）2006年月日发布2006年月日实施国家电力公司电力自动化研究院南京南瑞集团公司目录第一章发电机励磁系统的发展及现状••••••••••••••••••1 §1-1 励磁主回路的发展动态••••••••••••••••••••••••••••1 §1-2 励磁调节器发展动态•••••••••••••••••••••••••••••4 §1-3 国外励磁发展动态•••••••••••••••••••••••••••••••11第二章励磁控制系统••••••••••••••••••••••••••••••23 §2-1励磁控制系统的主要任务••••••••••••••••••••••••••23 §2-2励磁控制系统的调节和控制算法•••••••••••••••••••••••28第三章励磁系统分类与配置•••••••••••••••••••••••••36 §3-1 发电机励磁系统的分类••••••••••••••••••••••••••••36？§3-2 主要励磁系统配置•••••••••••••••••••••••••••••••43第四章微机励磁调节器••••••••••••••••••••••••••••51 §4-1 概述•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••51 §4-2 励磁调节器的作用和对调节性能的要求••••••••••••••••52 §4-3 励磁调节器的分类•••••••••••••••••••••••••••••••53 §4-4 励磁调节器的工作原理•••••••••••••••••••••••••••••53 §4-5 励磁调节器的硬件组成••••••••••••••••••••••••••••55 §4-6 励磁调节器的软件系统••••••••••••••••••••••••••••62 §4-7 EMC电磁兼容••••••••••••••••••••••••••••••••••87 §4-8 单片机DSP简介••••••••••••••••••••••••••••••••••92第五章可控硅整流装置••••••••••••••••••••••••••••99 §5-1 概述••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••99 §5-2 可控硅的主要参数•••••••••••••••••••••••••••••••99 §5-3 整流电路的原理及分析••••••••••••••••••••••••••••104 §5-4 异常情况下的波形分析••••••••••••••••••••••••••••118 §5-5 半导体励磁系统的保护•••••••••••••••••••••••••••124第六章灭磁与过电压••••••••••••••••••••••••••134 §6-1 灭磁方式的发展过程••••••••••••••••••••••••••••134 §6-2灭磁系统设计原则•••••••••••••••••••••••••••••••137 §6-3 灭磁系统用部件介绍••••••••••••••••••••••••••••138 §6-4励磁系统的灭磁配置••••••••••••••••••••••••••••140 §6-5 励磁系统的过电压及其抑制•••••••••••••••••••••••••141 §6-6 轴电压及其抑制••••••••••••••••••••••••••••••142第七章电力系统稳定器•••••••••••••••••••••••••••144 §7-1 低频振荡原理•••••••••••••••••••••••••••••••••144 §7-2 PSS作用原理••••••••••••••••••••••••••••••••145§7-3 PSS实现的方法••••••••••••••••••••••••••••••••146 §7-4 PSS投入试验••••••••••••••••••••••••••••••••147 §7-5 我公司PSS应用业绩•••••••••••••••••••••••••••148 §7-6 部分试验波形•••••••••••••••••••••••••••••••••150第一章发电机励磁系统的发展及现状§1-1 励磁主回路的发展动态在上世纪60年代以前，同步发电机基本上都是采用同轴直流励磁机的励磁方式，由于当时发电机单机容量不大，输电线路不长，因此基本上能满足当时的要求，但直流励磁机维护困难，炭刷易产生火花，换向器易于磨损，随着发电机单机容量的增大，励磁容量也相应增大，当汽轮发电机单机容量达10万千瓦，励磁机容量已近500千瓦，而同轴的转速为每分钟3000转的直流电机，受限于换向的极限容量仅为500千瓦。
同步电动机励磁原理与维护
微机控制。采用微处理器对励磁系统 进行控制，可以实现更精确、快速的 控制，提高电动机的性能和稳定性。
控制方式二
自动控制。通过传感器检测电动机的 转速、电流等参数，自动调节励磁电 流的大小，以适应负载的变化。
PART 03
同步电动机励磁系统的维 护
REPORTING
WENKU DESIGN
日常维护与检查
励磁系统的组成
励磁系统通常由励磁绕组、励磁电源、调节器等部分组成。
工作原理
励磁绕组通过直流电源供电，产生磁场。调节器根据输入信 号（如转速、电流等）调节励磁电流的大小，以控制磁场强 度和电动机的输出。
励磁电流的控制方式
控制方式一
控制方式三
手动控制。通过调节器手动调节励磁 电流的大小，适用于负载变化不大的 情况。
经验总结
定期维护和优化励磁系统是保 持同步电动机高效稳定运行的
关键。
案例三
应用背景
随着技术的发展，新型励磁系统在同 步电动机中得到应用。
技术特点
新型励磁系统采用先进的数字控制技 术，能够实现更精确的励磁电流控制， 提高电机的性能和稳定性。
应用效果
新型励磁系统的应用显著提高了同步 电动机的启动转矩和运行效率，减少 了故障发生率。
状态匹配。
经验教训
定期对励磁系统进行维护和检 查，确保可控硅等关键元件工
作正常。
案例二：某电厂励磁系统维护与优化实践
维护目标
某电厂为了提高同步电动机的 运行效率和稳定性，对励磁系
统进行维护和优化。
优化效果
经过维护和优化，同步电动机的 运行效率提高了10%，稳定性也 得到了显著提升。
维护措施
定期清理和检查励磁系统中的灰尘和 污垢，检查元件是否老化或损坏，调 整励磁参数以优化电机性能。
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5 脉冲插件的工作原理
由同步电源、脉冲发生、脉冲放大、脉冲输出四部分组成。
两组 脉冲输出
脉冲放大 电路
7.同步电动机停机时，从停机开始至5秒钟内，不断开三相全控整流桥交 流电源及触发同步电源，以便同步电动机停机时在转子绕组电感放电的 作用下，三相全控桥工作在“逆变”状态；
8。电网瞬时断电至0.5秒内恢复时，如果同步电动机定子电源不断开，本 装置照常工作。
（二）同步电动机可控硅励磁原理
1. 主电路工作原理 如图3所示，主电路由整流变压器、三相可控整流桥、灭磁 环节组成。三相可控整流桥由六个可控硅元件构成，如图4所 示，改变全控桥上可控硅元件的控制角a，即可得到不同的直 流输出电压，如图6、图7、图8所示的波形，分别为a=0º、 a=60º、a=90º时的整流输出波形和直流输出电压。
同步电动机可控硅励磁工作原理框图
6
380V
整流 变压器
可控硅 整流
灭磁 环节
同步 电动机
触发 脉冲
逆变 环节
投全压 环节
同步电源 变压器
电压 负反馈
移相 给定
信 综合
投励 环节
定子电流
图3
3 同步电动机 可控硅励磁系统 主电路的组成
VT7、VT8、GZ1、Rfd1、Rfd2 组成灭磁环节
灭磁线A2用于关断VT7、VT8
4. 降压起动的同步电动机当其转子的转速达同步速的90％，自动切除降压 起动电阻(电抗)进行全压起动加速至亚同步速度，按转子滑差为5％顺极 性投入励磁，使之拖入同步运行；
5. 当交流电网电压低于下降至额定电压的80％时进行突加强励，强励倍数 为1.4倍，强励时间不超过10 秒；
6.可手动调整励磁电压、电流，即功率因数的调整；
可控硅整流元件VT1~VT6 组成三相桥式全控整流
整流变压器降低电源电压
三相交流电源
图4
图5 b) 为三相交流电源波形 c)分别为六个脉冲与交流电源对应的时刻
图6 a=0º时的整流输出波形
图7 a=60º时整流输出波形
图8 a=90º时的整流输出波形
4.对触发脉冲的要求
三相桥式全控整流电路对触发脉冲有特定要求。为了使 六个晶闸管的触发导通顺序符合自然顺序，在三相电源 正序情况下，编号为VT1、VT4管分别接A相(A相可任 意指定但相序不能反)，VT3、VT6接B相，VT5、VT2接 C相，这样触发脉冲与管子导通的顺序为 1→2→3→4→5→6，间隔为60o。详见图4和图5。为 了保证电路能启动工作和电流断续后能再触发导通，必 须给对应导通的两个晶闸管同时加上触发脉冲 ， 如 图 9 所示的脉冲产生电路。也可采用宽脉冲触发，每一个脉 冲的宽度大于60o通常取90o，使换相后脉冲出现时前 脉冲还未消失，以保证换相点均有相邻两个管子被触发 。
从同步电动机励磁系统的技术发展历程来看，经历了： “原始的发电机组励磁、可控硅分立元件励磁、数字化微 机技术可控硅励磁”三大阶段。不管是哪个阶段，前提是 励磁系统必须正常运行。
一、发电机组励磁系统
如图1所示，同步电动机的转子绕组专门由一台直流发电 机组发出直流电供给励磁，在同步电动机起动时，将转子绕 组短接，作为异步电动机起动，待起动加速至亚同步时，由 主回路电流与时间结合的控制原则控制投励，即断开转子短 接电路 ，自动接入发电机组电路，进行励磁，调节RP，可 调节发电机输出的电压值，也就是调节励磁电流，用以改变 同步电动机的功率因数COSΦ,如图2所示。当停止同步电动 机运行时，断开KM1，发电机组的原动机因断电而停机，停 止发电；同时将同步电动机转子绕线短接，卸放其转子的感 应电动势。
同步电动机励磁系统的 技术发展
1
概述
同步电动机以其转速不受负载的影响，始终以额定速 度运行的特点，被选用于拖动空压机、球磨机、轧钢机等 要求恒定转速运行的大型设备。但由于其结构特殊，转子 绕组需要一套完整的直流电源供电，并与同步电动机的起 动、投励、运行等环节联锁控制，进行同步电动机的励磁。 这就要求励磁系统性能稳定、工作可靠。否则，就会影响 同步电动机的正常拖动。
从电网吸收容性无功（或发出感性
无功）;“欠励”时电动机从电网
吸收感性无功（或发出容性无功），
也就是可以调节无功功率。
图2
调节励磁电流可以调节同步电动机的无功功率和功率因数 , 这是同步电动机最可贵的特点。
二、同步电动机可控硅励磁系统
同步电动机可控硅励磁系统于20世纪70年代 由国家主管部门组织工程技术人员统一设计，受 当时技术条件限制，其控制电路均为二极管、三 极管、双基极二极管、稳压管等分立元件所组成， 如KGLF11（12）型可控硅励磁柜就是当时统一 设计研制定型的换代产品，用此柜更换发电机组 励磁系统，曾受到用户的肯定。因为该柜对同步 电动机的启动、投励、励磁三个阶段的控制考虑 得非常周全，既克服了发电机组励磁系统存在的 不足，又完善了起动控制功能。所以以此励磁柜 为版本，深入剖析，全面掌握同步电动机可控硅 励磁技术。
1 同步电动机发电机组励磁系统电路原理
优点：线路简单，操作 容易； 缺点：发电机碳刷磨损 快，机组噪声大，站地 面积大 ，耗能多，故障 率高、维修量大。因而 淘汰。
图1
2 同步电动机的V形曲线
当同步电动机输入有功功率恒
定而调节励磁电流时,有三种励磁
状态,“正常励磁”时,电动机没有
无功功率输出；“过励”时电动机
（一）同步电动机可控硅励磁系统的特点
1.同步电动机转子回路采用三相全控桥固接线路，如图4所示，保持了同 步电动机的固有起动特性；
2.可适应交流电源电压3KV、6KV、10KV作全压或降压起动同步电动机； 3. 全压起动的同步电动机当其转子的转速达亚同步时按转子滑差为5％时
顺极性投入励磁，使之拖入同步运行；