励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
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KM，以防止电压互感器二次侧熔丝烧断时，引起强励装置误动作。 ❖ 强励时间约为 20S 左右，防止强励装置动作后发电机转子过热。 ❖ 强励效果能及时发挥的两个因素： (1)励磁机的响应速度要快，即励磁时间常数要小 (2)发电机磁场的建立速度要快，一般用电压响应比表示转子磁场建立的 快慢
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
（二）继电强行作用 ❖ 用闭合继电器触点的方法，使励磁机的端电压以最快的速度升到其顶
值，称为继电强行作用。图 2-25 是其原理接线图，图中当强励装置动作时，
R 被全部短路，励磁机的端电压 U e 上升至顶值，即达到额定电压值的 1.8~2
倍。 ❖ 强励装置的启动电压为：
Ust KrU g.N / KB (0.8 ~ 0.85)U g.N ❖ 强励继电器 KV 启动值的选择应保证 U g 恢复到额定值，即故障过程
结束时，强励装置能可靠返回。
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
❖ Re ——防止励磁机的过电压。 ❖ 将两个低压继电器 KV 的动断触点串联起来，去启动强行励磁继电器
❖ 如图 2-17 转子回路图，忽略转子回路的电阻及外部系统对转子 等值电阻的影响，把发电机看成是定子开路，则转子磁场建立 的方程式：
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
uFE (t)
K
dG
dt
G
1 K
t uEF 0
(t )dt
（2-11）
uFE(t) ——发电机励磁电压上升曲线
G ——发电机转子回路的磁通量
缺点：
◆由于未加励磁开关，断开励磁回路时，转子绕组内储存的磁场能量
只能消耗在开关 S 的触头之间。
◆转子绕组承受的电压：
er
L
di dt
，即电流熄灭的越快， er
就越大，
转子绕组因承受很高的过电压而损坏的可能性越大。
◆S 断开瞬间承受的电压： er Ue ，由于 er 很高，所以 S 的断弧负担
很重，以致造成触头的损坏和灭弧过程的延长。
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
SD
直
流 励
SD
G
磁
机
rL
DL
2-31灭磁开关接线图
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
S
S
I
I
ue
er
ue
rL
R
+
+
+
+
(a)
（b）
图2-32 灭磁原理电路图
（a）未装灭磁开关时
（b）安装灭磁开关时
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
电流：按指数衰减 时间常数 T LrL R
不变，则 di ＝常数。这就是说，在灭磁
rL
dt
过程中，转子回路的电流应始终以等速度减小，直至为零（而不是按指数曲线
减小了）。Fra Baidu bibliotek
即理想灭磁过程按照图 2-24 中的直线 2 进行
❖ 快速灭磁开关
❖ 为实现理想灭磁制成了 SD 型快速灭磁开关，其原理图如图 2-35。
❖ 原理:利用串联短弧的端电压不变的特性控制灭磁过程，使之接近理想灭
n
(uc ud ua
)
/
0.5
cd （电压标幺值）/ 0.5(oa)
s
2u* cd
ua 一般为额定工况下的励磁电压
转子磁场建立的快慢取决于励磁机系统端电压建立的速度 uEF
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
励磁系统电压响应时间: 指在发电 机励磁电压为额定励磁电压时，从 施加阶跃信号起至励磁电压达到最 大励磁电压与额定电压之差的 95％ 所花费的时间。励磁系统电压响应 时间为 0.1s 或更短的励磁系统，称 为高初始响应励磁系统。
R 取转子绕组热状态电阻值的 4~5 倍；T 约为 5~7s
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
e, i
❖ 灭磁要求：
erL,i0
（1）灭磁时间短
（2）灭磁过程中转子电
压不应超过允许值，通
常取额定电压的4~5倍。
0
t
图2-33 灭磁过程示意图
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
（2）直接断开转子励磁回路的灭磁方法 如图 2-32（a）
IEER
LEE
dIEE dt
UEF
E0
kIEE
整理之，得回路电流
R
kIEE LEE
dIEE dt
E0
由此得自励系统的时间常数
T
c
LEE R k
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
3.自励系统时间常数T c 与他励系统时间常数T t 的比较 Tc >Tt
原因就在于他励系统的电压UEF 的建立过程与U EF 本身无关，它完全是 由于外加电动势 E 的作用，即只与励磁线圈的时间常数有关。但自励系 统U EF 的建立过程却是U EF 与 I EE 相互作用的结果。
磁化曲线：
UEF
E0
U! E0 IEE.1
IEE
E0
kI EE
E 式中 0 ——自励直流发电机的残余电势值
U1 ——励磁机的工作电压值
IEE1 ——励磁机的工作电流值
k——比例常数
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
回路方程：对自励励磁机的电势 UEF
IEER
LEE
dIEE dt
UEF
代入，得磁化曲线方程
K——与转子绕组的匝数及转子的尺寸有关的常数
在暂态过程中，励磁功率单元对发电机运行时产生实际影响的是转子 的磁通增量 G ，式 2-11 表明 G 正比于励磁电压伏秒曲线下的面积 增量。
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
图2-28电压响应比
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
图 2-28 中，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，记为：
磁情况
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
四、交流励磁系统的逆变灭磁 1.原理：利用晶闸管的有源逆变特性来进行转子回路的快速灭磁。
当全控桥处于整流状态时，交流电源向转子提供直流电流，这就是正 常的励磁状态。改变 的大小，就可以改变直流励磁电流的大小，可 以达到调压的目的。当全控桥处于逆变状态时，转子回路储存的磁场 能量就反过来向交流电源释放使转子磁场能量不断减少，这就是灭磁 状态。
EE dt
式中 R、 LEE ——励磁机励磁线圈的电阻和电感
IEE 是按指数曲线增长的，其时间常数为
Tt
LEE R
由于励磁机电势U 正比于 I EE ， UEF 也是按指数曲线增加的。
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
2.自励直流励磁机时间常数
图2-15 自励直流发电机等值特性图
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
========基本知识点======== ❖ 强励的定义及作用； ❖ 转子磁场的建立：励磁机的响应速度（时间常数）
和转子响应速度（电压响应比） ❖ 直流励磁机系统转子磁场的灭磁 ：灭磁原理和灭磁
装置 ❖ 交流励磁机系统的灭磁（逆变灭磁）
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
2.要求（保证你变不颠覆） （1）逆变角 一般取为 40 ，即 取 140°，并有使 不小于 30°的限制元件 （2）逆变灭磁过程中，交流电源的电压不能消失。 ❖ 逆变灭磁过程是一个理想的灭磁过程 ❖ 剩余磁场能量向并联的电阻放电
U EF
U EFU.mEaFxq
U EF
U EF U EF.e
0.95(
U
EFq
U
)
EF.e
U EF.e
t
励磁系统电压响应时间
图2-29励磁系统电压响应时间
UEF.e
额定励磁电- 压；
UEF.max
顶值励磁电压
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
三、转子磁场的灭磁（直流励磁系统） 1.灭磁原理
二、转子磁场的建立 指标：时间常数（励磁机的响应速度）、电压响应比（转子响应速度） （一） 时间常数 1. 他励直流励磁机时间常数
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
图 2-15（a）他励的直流励磁机时间常数原理计算图，E 为常数，励
磁电动势 UEF 正比于 IEE
d
I
EE E
I R L EE
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
（二）电压响应比
❖ 电压响应比反映了励磁机磁场建立速度的快慢。
uEF (t)
G
图 2-17 励磁绕 组等值电路图
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
❖ 一般地说，在暂态过程中，发电机功率角摇摆到第一个周期最 大值的时间为 0.4~0.7s，所以，通常将励磁电压在最初 0.5 内上 升的平均速率定义为励磁电压响应比。如图 2-16 所示。
❖ 建立：在外部事故情况下，系统母线的电压 极度降低，为迅速恢复正常，发电机的转子 磁场应能够迅速增强，达到尽可能高的数值， 以弥补系统无功的缺额。
❖ 灭磁：发电机绕组内部故障等，需将发电机 立即退出工作，在断开发电机的同时，使转 子磁场内存储的大量能量迅速消失，否则发 电机会因果励磁而产生过电压，或者会使定 子绕线内部的故障继续扩大。
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
3.理想的灭磁过程
理想的灭磁过程就是在 灭磁过程中始终保持转
erL , irL
子绕组端电压 为最大 i0
允许值不变，直至励磁
回路断开为止。
2
erL.m ax 1
0
t
图2-24 灭磁过程的比较
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
由于
erL
LrL
di dt
e （式中： LrL 为转子回路的电感），
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
一、强励作用及继电强行励磁 （一）强励作用 1.定义：系统发生短路性故障时，发电机端电压会剧烈下降，这时 励磁系统进行强行励磁，向发电机转子提供超出正常额定值的励磁 电流，即向系统输送尽可能多的无功功率，使系统安全运行，励磁 系统的这种功能称为强行作用。 2.意义：强励作用有助于继电保护的正确动作，特别有益于故障后 消除用户电动机自启过程，缩短电力系统恢复到正常运行的时间。
❖ 灭磁原因：当发电机发生故障时，必须把发电机从母线上断开，使转子回路的直 流电流很快的降为零，使发电机感应电动势尽快地减小至最小，才能使故障损坏 限制在最小的范围
❖ 实质：励磁绕组对恒定电阻放电灭磁,将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度 2.方法 (1)在转子回路内加灭磁开关 SD 将励磁绕组自动接到放电电阻灭磁,接线图如 2-31，当发电机从母线上断开进行灭磁 时,SD 先合上灭磁电阻 R，然后再断开主励磁回路，这时转子绕组上的电流就按照指数 曲线衰减，并将转子绕组内的磁场能量几乎全部转化为热能。
电阻 R 越大，灭磁过程越快
电压： erL e iR
e e i R rL 的最大值为
rL,0
0
i 式中 0 — i 的初始值
e 电阻 R 越大，电压最大值越大，图 2-33 的曲线衰减就越快，灭磁过程就越快，但
也
rL , 0
e 越大；R 越小，
就越小，转子绕组比较安全，但灭磁过程就越慢。
rL , 0
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
（二）继电强行作用 ❖ 用闭合继电器触点的方法，使励磁机的端电压以最快的速度升到其顶
值，称为继电强行作用。图 2-25 是其原理接线图，图中当强励装置动作时，
R 被全部短路，励磁机的端电压 U e 上升至顶值，即达到额定电压值的 1.8~2
倍。 ❖ 强励装置的启动电压为：
Ust KrU g.N / KB (0.8 ~ 0.85)U g.N ❖ 强励继电器 KV 启动值的选择应保证 U g 恢复到额定值，即故障过程
结束时，强励装置能可靠返回。
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
❖ Re ——防止励磁机的过电压。 ❖ 将两个低压继电器 KV 的动断触点串联起来，去启动强行励磁继电器
❖ 如图 2-17 转子回路图，忽略转子回路的电阻及外部系统对转子 等值电阻的影响，把发电机看成是定子开路，则转子磁场建立 的方程式：
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
uFE (t)
K
dG
dt
G
1 K
t uEF 0
(t )dt
（2-11）
uFE(t) ——发电机励磁电压上升曲线
G ——发电机转子回路的磁通量
缺点：
◆由于未加励磁开关，断开励磁回路时，转子绕组内储存的磁场能量
只能消耗在开关 S 的触头之间。
◆转子绕组承受的电压：
er
L
di dt
，即电流熄灭的越快， er
就越大，
转子绕组因承受很高的过电压而损坏的可能性越大。
◆S 断开瞬间承受的电压： er Ue ，由于 er 很高，所以 S 的断弧负担
很重，以致造成触头的损坏和灭弧过程的延长。
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
SD
直
流 励
SD
G
磁
机
rL
DL
2-31灭磁开关接线图
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
S
S
I
I
ue
er
ue
rL
R
+
+
+
+
(a)
（b）
图2-32 灭磁原理电路图
（a）未装灭磁开关时
（b）安装灭磁开关时
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
电流：按指数衰减 时间常数 T LrL R
不变，则 di ＝常数。这就是说，在灭磁
rL
dt
过程中，转子回路的电流应始终以等速度减小，直至为零（而不是按指数曲线
减小了）。Fra Baidu bibliotek
即理想灭磁过程按照图 2-24 中的直线 2 进行
❖ 快速灭磁开关
❖ 为实现理想灭磁制成了 SD 型快速灭磁开关，其原理图如图 2-35。
❖ 原理:利用串联短弧的端电压不变的特性控制灭磁过程，使之接近理想灭
n
(uc ud ua
)
/
0.5
cd （电压标幺值）/ 0.5(oa)
s
2u* cd
ua 一般为额定工况下的励磁电压
转子磁场建立的快慢取决于励磁机系统端电压建立的速度 uEF
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
励磁系统电压响应时间: 指在发电 机励磁电压为额定励磁电压时，从 施加阶跃信号起至励磁电压达到最 大励磁电压与额定电压之差的 95％ 所花费的时间。励磁系统电压响应 时间为 0.1s 或更短的励磁系统，称 为高初始响应励磁系统。
R 取转子绕组热状态电阻值的 4~5 倍；T 约为 5~7s
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
e, i
❖ 灭磁要求：
erL,i0
（1）灭磁时间短
（2）灭磁过程中转子电
压不应超过允许值，通
常取额定电压的4~5倍。
0
t
图2-33 灭磁过程示意图
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
（2）直接断开转子励磁回路的灭磁方法 如图 2-32（a）
IEER
LEE
dIEE dt
UEF
E0
kIEE
整理之，得回路电流
R
kIEE LEE
dIEE dt
E0
由此得自励系统的时间常数
T
c
LEE R k
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
3.自励系统时间常数T c 与他励系统时间常数T t 的比较 Tc >Tt
原因就在于他励系统的电压UEF 的建立过程与U EF 本身无关，它完全是 由于外加电动势 E 的作用，即只与励磁线圈的时间常数有关。但自励系 统U EF 的建立过程却是U EF 与 I EE 相互作用的结果。
磁化曲线：
UEF
E0
U! E0 IEE.1
IEE
E0
kI EE
E 式中 0 ——自励直流发电机的残余电势值
U1 ——励磁机的工作电压值
IEE1 ——励磁机的工作电流值
k——比例常数
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
回路方程：对自励励磁机的电势 UEF
IEER
LEE
dIEE dt
UEF
代入，得磁化曲线方程
K——与转子绕组的匝数及转子的尺寸有关的常数
在暂态过程中，励磁功率单元对发电机运行时产生实际影响的是转子 的磁通增量 G ，式 2-11 表明 G 正比于励磁电压伏秒曲线下的面积 增量。
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
图2-28电压响应比
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
图 2-28 中，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，记为：
磁情况
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
四、交流励磁系统的逆变灭磁 1.原理：利用晶闸管的有源逆变特性来进行转子回路的快速灭磁。
当全控桥处于整流状态时，交流电源向转子提供直流电流，这就是正 常的励磁状态。改变 的大小，就可以改变直流励磁电流的大小，可 以达到调压的目的。当全控桥处于逆变状态时，转子回路储存的磁场 能量就反过来向交流电源释放使转子磁场能量不断减少，这就是灭磁 状态。
EE dt
式中 R、 LEE ——励磁机励磁线圈的电阻和电感
IEE 是按指数曲线增长的，其时间常数为
Tt
LEE R
由于励磁机电势U 正比于 I EE ， UEF 也是按指数曲线增加的。
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
2.自励直流励磁机时间常数
图2-15 自励直流发电机等值特性图
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
========基本知识点======== ❖ 强励的定义及作用； ❖ 转子磁场的建立：励磁机的响应速度（时间常数）
和转子响应速度（电压响应比） ❖ 直流励磁机系统转子磁场的灭磁 ：灭磁原理和灭磁
装置 ❖ 交流励磁机系统的灭磁（逆变灭磁）
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
2.要求（保证你变不颠覆） （1）逆变角 一般取为 40 ，即 取 140°，并有使 不小于 30°的限制元件 （2）逆变灭磁过程中，交流电源的电压不能消失。 ❖ 逆变灭磁过程是一个理想的灭磁过程 ❖ 剩余磁场能量向并联的电阻放电
U EF
U EFU.mEaFxq
U EF
U EF U EF.e
0.95(
U
EFq
U
)
EF.e
U EF.e
t
励磁系统电压响应时间
图2-29励磁系统电压响应时间
UEF.e
额定励磁电- 压；
UEF.max
顶值励磁电压
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三、转子磁场的灭磁（直流励磁系统） 1.灭磁原理
二、转子磁场的建立 指标：时间常数（励磁机的响应速度）、电压响应比（转子响应速度） （一） 时间常数 1. 他励直流励磁机时间常数
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
图 2-15（a）他励的直流励磁机时间常数原理计算图，E 为常数，励
磁电动势 UEF 正比于 IEE
d
I
EE E
I R L EE
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
（二）电压响应比
❖ 电压响应比反映了励磁机磁场建立速度的快慢。
uEF (t)
G
图 2-17 励磁绕 组等值电路图
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
❖ 一般地说，在暂态过程中，发电机功率角摇摆到第一个周期最 大值的时间为 0.4~0.7s，所以，通常将励磁电压在最初 0.5 内上 升的平均速率定义为励磁电压响应比。如图 2-16 所示。
❖ 建立：在外部事故情况下，系统母线的电压 极度降低，为迅速恢复正常，发电机的转子 磁场应能够迅速增强，达到尽可能高的数值， 以弥补系统无功的缺额。
❖ 灭磁：发电机绕组内部故障等，需将发电机 立即退出工作，在断开发电机的同时，使转 子磁场内存储的大量能量迅速消失，否则发 电机会因果励磁而产生过电压，或者会使定 子绕线内部的故障继续扩大。
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
3.理想的灭磁过程
理想的灭磁过程就是在 灭磁过程中始终保持转
erL , irL
子绕组端电压 为最大 i0
允许值不变，直至励磁
回路断开为止。
2
erL.m ax 1
0
t
图2-24 灭磁过程的比较
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
由于
erL
LrL
di dt
e （式中： LrL 为转子回路的电感），
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
一、强励作用及继电强行励磁 （一）强励作用 1.定义：系统发生短路性故障时，发电机端电压会剧烈下降，这时 励磁系统进行强行励磁，向发电机转子提供超出正常额定值的励磁 电流，即向系统输送尽可能多的无功功率，使系统安全运行，励磁 系统的这种功能称为强行作用。 2.意义：强励作用有助于继电保护的正确动作，特别有益于故障后 消除用户电动机自启过程，缩短电力系统恢复到正常运行的时间。
❖ 灭磁原因：当发电机发生故障时，必须把发电机从母线上断开，使转子回路的直 流电流很快的降为零，使发电机感应电动势尽快地减小至最小，才能使故障损坏 限制在最小的范围
❖ 实质：励磁绕组对恒定电阻放电灭磁,将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度 2.方法 (1)在转子回路内加灭磁开关 SD 将励磁绕组自动接到放电电阻灭磁,接线图如 2-31，当发电机从母线上断开进行灭磁 时,SD 先合上灭磁电阻 R，然后再断开主励磁回路，这时转子绕组上的电流就按照指数 曲线衰减，并将转子绕组内的磁场能量几乎全部转化为热能。
电阻 R 越大，灭磁过程越快
电压： erL e iR
e e i R rL 的最大值为
rL,0
0
i 式中 0 — i 的初始值
e 电阻 R 越大，电压最大值越大，图 2-33 的曲线衰减就越快，灭磁过程就越快，但
也
rL , 0
e 越大；R 越小，
就越小，转子绕组比较安全，但灭磁过程就越慢。
rL , 0