同步发电机励磁控制系统
第二章同步发电机励磁自动控制系统
接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大，
通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制 系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量 的要求。
（二）控制无功功率的分配
(1)发电机无功功 率的控制原理
以同步发电机接于无穷大电力系统为例说 明发电机无功功率的控制原理。
IG
G
UG =Constant Eq
IP
UG
IQ
IG
PG UG IG cos constant
PG
EqU G Xd
sin
constant
IG cos constant Eq 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。
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。
ILL
IEE EX =
IEF
G
IAVR
R ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱE
励磁调节器
励磁机EX和发电机G同轴，靠剩 由于励磁机向它自己提供
磁建立电压。
励磁电流，故称为自励。
励磁机发出的电流，一部分(IEF) 送给发电机的励磁绕组；一部分 (IEE)经过磁场变阻器R送给励磁 机的励磁绕组。
自励：
R → IEE → UEF 励磁机→发电机
它的励磁电流控制由两种途径实现：
一是通过人工调节励磁机磁场电阻来改变励磁机的励磁电流 IEE，从而达到人工调整发电机励磁电流的目的，实现对发电 机励磁电流的手动调节。
二是通过自动励磁调节器对励磁机的励磁电流IAVR自动调节， 从而实现对发电机励磁电流的自动调节。
2 他励直流励磁机励磁系统
简述同步发电机励磁控制系统的作用
简述同步发电机励磁控制系统的作用同步发电机励磁控制系统是一种重要的控制系统，在能源系统中发挥着极其重要的作用。
它是一种闭环控制系统，可实现同步发电机的运行特性是恒定的，从而使发电系统具有稳定和可靠性。
同步发电机励磁控制系统的作用主要包括以下几个方面：首先，励磁控制系统可以维持电机的稳定和可靠性，可以有效的控制发电机的电压和电流，保持发电机在规定的运行特性之内，从而保证发电系统的稳定运行。
其次，励磁控制系统可以用于调节功率输出，可以根据负载的变化自动调节发电机的功率输出，从而保持发电机的正常运行。
第三，励磁控制系统可以自动调节频率，可以自动调节发电机的转速，以保持不变的电网频率，从而优化发电系统的运行效果。
最后，励磁控制系统可以提高发电系统的效率，通过自动调节发电机的电压和电流，以最佳的方式实现发电机输出的功率，从而大大提高发电系统的效率。
由此可见，同步发电机励磁控制系统具有极其重要的作用，可以大大提高发电系统的稳定性、可靠性和效率，为能源系统提供可靠和有效的控制方式。
未来，励磁控制系统的应用将进一步普及，为发电系统的运行提供更优质的支持。
因此，对励磁控制系统的研究是极其重要的。
在这方面，工程师需要系统性的理解励磁控制系统的基本原理，结合实际情况，制定合理的控制方案，进行精确的控制，以实现最佳的运行效果。
此外，还需要进一步加强励磁控制系统的研究，以开发出更好的控制系统，以满足发电系统不断发展的需求。
总之，同步发电机励磁控制系统具有重要的作用，它可以提高发电系统的稳定性、可靠性和效率，为能源系统的发展提供重要的支撑。
研究人员和工程师应该继续努力，以开发出更好的励磁控制系统，为未来发电系统提供更优质的控制服务。
同步发电机励磁控制系统及特性分析
第二节 同步发电机的励磁控制系统
三、静止励磁系统（发电机自并励系统）
300MW及以上机组励磁系统一般采用
发电机
无刷励磁和自并励方式。
TA
IEF
G ~
静止励磁系统(发电机自并励系统)中
一、直流励磁机系统
采用同轴的直流发电机作为励磁机，通过励磁调节器改变直流励磁机电 流，从而改变供给发电机转子的励磁电流，达到调节发电机电压和无功 的目的。
主要问题： （1）直流励磁机受换向器所限，其制造容量不大。 （2）整流子、电刷及滑环磨损，降低绝缘水平，运行维护麻烦。 （3）励磁调节速度慢，可靠性低。 按照励磁机励磁绕组的供电方式不同，可分为自励式和他励式两种。
负荷的无功电流是造成 E 与U 数值差的主要原因，
q
G
发电机的无功电流越大 ，差值越大。
第一节 概述
同步发电机的外特性必然是下降的，当励磁电流一定时，发电机端电压随无 功负荷增大而下降，必须通过不断的调节励磁电流来维持机端电压维持在给 定水平。
第一节 概述
(二)控制无功功率的分配
1.同步发电机与无穷大系统母线并联运行问题
第二节 同步发电机的励磁控制系统
同步发电机励磁控制系统的分类：
（1）直流励磁机系统：自励式直流励磁机系统、他励式直 流励磁机系统。 （2）交流励磁机系统：他励可控整流式交流励磁机系统、 自励式交流励磁机系统、具有副励磁机交流励磁机系统、 无刷励磁系统； （3）静止励磁系统
第二节 同步发电机的励磁控制系统
第四章 同步发电机励磁控制系统及特性分析
第一节：概 述:励磁控制系统的作用（重点） 第二节：同步发电机的励磁控制系统 第三节：励磁调节器 第四节：同步发电转子磁场的强励与灭磁
同步发电机励磁控制系统
预测控制是一种基于模型的控制方法，能够根据系统的历史数据和当前状态预测 未来的行为，实现更精确的控制。
环保与节能要求对励磁控制系统的影响
能效要求
随着能源危机和环保意识的提高，励磁控制系统需要更加注重能效，采用更高效的电机 和节能控制策略，降低能源消耗和排放。
排放要求
励磁控制系统需要符合更严格的排放标准，采用环保型的电机和控制策略，减少对环境 的污染。
转子过电流保护装置
作用
转子过电流保护装置用于监测同 步发电机转子电流，当出现异常 过电流时，及时切断励磁电流， 防止转子烧毁。
工作原理
转子过电流保护装置通过电流传 感器实时监测转子电流，当检测 到过电流时，触发保护动作，快 速切断励磁电流。
组成
转子过电流保护装置由电流传感 器、比较电路和开关器件等部分 组成，各部分协同工作实现转子 过电流保护功能。
根据励磁调节器的控制指令，输出励 磁电流给发电机励磁绕组。
励磁控制系统的功能
电压控制
通过调节励磁电流，维 持发电机端电压在给定
水平。
无功功率调节
根据系统无功需求，调 节励磁电流以改变发电
机无功功率的输出。
增磁与减磁
通过增加或减少励磁电 流来改变发电机的输出
电压。
保护功能
在异常情况下，自动采 取措施保护发电机和励
THANKS
谢谢
Байду номын сангаас
磁系统。
02
CHAPTER
励磁控制系统的主要设备
励磁调节器
作用
励磁调节器是励磁控制系统的核 心，用于调节同步发电机的励磁 电流，以控制机组的无功输出和
电压水平。
工作原理
励磁调节器通过采集发电机电压、 电流等信号，经过运算处理后，输 出控制信号给功率整流器，以调节 励磁电流。
第三章 同步发电机励磁自动控制系统
P G=
EU q XΣ
sinδ
静态稳定的；当δ＞90°（b点）时→ 静态 不稳定的；当δ=90°时→ 稳定极限(裕度： 实际运行点总略低于极限值)。 最大传输功率极限：
9
UG随无功负荷的增大而下降。
图3-3 同步发电机的外特性
10
2．同步发电机的外特性与励磁调节过程
¾
（二）控制无功功率的分配
¾
¾
G
ϕ
IEF2
δ
IP IG
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。
UGN UG2
A
B
（ a）
C IEF1 IQ1 IQ2
IQ
第三章 同步发电机励磁 自动控制系统
第三章 同步发电机励磁 自动控制系统
第一节 概述 第二节 同步发电机励磁系统 第三节 励磁系统中的整流电路 第四节 励磁控制系统调节特性和并 联机组间的无功分配 第五节 励磁调节原理
本章主要内容：励磁自动控制系统的任务；对励 本章主要内容：励磁自动控制系统的任务；对励 磁自动控制系统的基本要求、励磁调节装置的构 成原理；并列运行发电机组间的无功功率的分 配；同步发电机励磁系统的整流电路的种类、特 点。 本章重点内容：励磁自动控制系统的组成原理和 本章重点内容：励磁自动控制系统的组成原理和 它的运行特性。 本章难点： 励磁调节装置的构成原理，励磁调节 器的静态工作特性，并列运行发电机组间的无功 功率的分配及整流电路原理。
同步发电机励磁自动控制系统常见控制方法
同步发电机励磁自动控制系统常见控制方法同步发电机励磁自动控制系统是电力系统中非常重要的一部分，它的主要作用是保证发电机运行在额定电压下，以及在负载变化时能够快速、稳定地调整励磁电流，以维持系统的稳定性和可靠性。
在电力系统中，同步发电机的励磁自动控制系统需要采用一定的控制方法，以满足系统的控制需求。
下面我将介绍一些常见的控制方法，以及它们的特点和应用范围。
1. PID控制PID控制是一种经典的控制方法，它通过比例、积分和微分三个部分的组合来实现对系统的控制。
在同步发电机励磁自动控制系统中，PID 控制常常被用于对励磁电流进行调节。
比例控制部分可以根据误差的大小来调整控制量；积分控制部分可以消除静差，提高系统的稳定性；微分控制部分可以提高系统的动态响应能力。
PID控制方法简单易实现，在实际应用中得到了广泛的应用。
2. 模糊控制模糊控制是一种基于人类的直觉和经验来设计控制规则的控制方法，它可以处理非线性和模糊系统，并且对于控制对象参数变化和负载变化时有很好的鲁棒性。
在同步发电机励磁自动控制系统中，模糊控制方法可以根据系统的运行状态和负载变化情况，调整励磁电流，以满足系统的控制要求。
3. 智能控制智能控制是一种基于人工智能理论来设计控制算法的控制方法，它可以根据系统的运行状态和负载变化情况，自动调整控制参数，以达到最佳的控制效果。
在同步发电机励磁自动控制系统中，智能控制方法可以根据系统的运行状态和负载变化情况，自动调整励磁电流，以保持发电机的稳定运行。
总结回顾在同步发电机励磁自动控制系统中，PID控制、模糊控制和智能控制是常见的控制方法，它们分别具有不同的特点和适用范围。
在实际应用中，可以根据系统的具体要求和性能指标，选择合适的控制方法来实现对同步发电机励磁系统的自动控制。
个人观点和理解对于同步发电机励磁自动控制系统，我认为控制方法的选择应该充分考虑到系统的稳定性、响应速度和鲁棒性。
在实际应用中，需要根据系统的具体要求和性能指标，选择合适的控制方法，以实现对同步发电机励磁系统的精密控制。
同步发电机励磁系统
图中给出的三个动态指标定义如下。 ① 超调量。 在励磁系统自动调节暂态过程中发电机端电压最大值与稳态 值的差值对稳态值的百分数。 其数学表达式为
σp U G (tp ) U G () U G () 100%
tp ——发电机端电压出现最大值的时间； UG(tp) ——发电机端电压的最大值；
U G ()
——发电机端电压稳态值。
② 调节时间。
从给定信号到发电机端电压值与稳态值的偏差不大于稳态值 的2%所经历的时间。
③ 摆动次数N。
在调节时间内，发电机端电压摆动的周期数。
分析发电机励磁控制系统的动态特性，首先应求出描述系统 运动特性的数学模型，然后应用“自动控制理论”对动态特 性进行分析。
5.5
同步发电机励磁系统的动态ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性
一、概述 1、同步发电机励磁系统的动态特性的概念 同步发电机励磁自动控制系统是一个反馈自动控制系统，其动 态特性是指在外部干扰信号作用下，该系统从一个稳定运行状 态变化到另一个稳定运行状态的时间响应特性。 图5.35是同步发电机在 额定转速下突然加入励 磁时发电机电压从零升 至额定值时的时间响应 曲线。
第二章 同步发电机励磁控制系统
①励磁对静态稳定的影响
PG
E qU X
sin
X
—系统总电抗，一般为发电机、变压器、输电线路电抗之和；
—发电机空载电动势 E q 和受端电压 U 间的相角，或叫功角。
Pm
E qU X
解决方案1：无自动励磁调节时，IEF 恒定， q为常数，此时的功角特性称 E 为“内功角特性”，功率极限出现在 δ=90°的条件下。 解决方案2：按电压偏差进行比例 调节的励磁控制系统，则近似为按 E q' 为常数求得的功角特性曲线 C如图1.2-8所示，δ’’> 90°。（外功角特性曲线1） 解决方案3：有灵敏和快速的励磁调节器，可视为能保持UG恒定。
§2.4 励磁调节器原理
一、励磁调节器的功能和基本框图
励磁调节器是一个闭环比例调节器。 输入量：发电机电压UG 输出量：励磁机的励磁电流或是转子电流，通称为IAVR 功能：一是保持发电机的端电压不变；其次是保持并联机组间无功 电流的合理分配。
二、励磁调节器原理
构成励磁调节器的形式很多，但自动控制系统的核心部分却 很相似。基本的控制由测量比较、综合放大、移相触发单元组成 。 1、测量比较单元 作用：测量发电机电压并变换为直流电压，与给定的基准电压相 比较，得出电压的偏差信号。 ①电压测量 电压测量是将机 端三相合成电压降压 、整流、滤波后转换 成一正比于发电机电 压UG的直流电压Use。
3、移相触发单元 移相触发单元是励磁调节器的输出单元，它根据综合放大单 元送来的综合控制信USM的变化，产生触发脉冲，用以触发功率整 流单元的晶闸管，从而改变可控整流柜的输出，达到调节发电机 励磁的目的。
余弦波移相触发单元（具体电路从略）的输入电压USM与控制 角α具有下述关系：
简述同步发电机励磁控制系统的作用
简述同步发电机励磁控制系统的作用同步发电机励磁控制系统是一种用于控制同步发电机工作的调节装置。
它可以控制同步发电机的电压、频率、功率因数以及多组合的参数。
由于同步发电机的励磁控制，可以保证发电机的机械电压相等，从而确保发电机的正常运行。
同步发电机励磁控制系统主要包括：同步发电机控制器、同步发电机励磁控制调整器、控制回路电压反馈系统、控制回路电流反馈系统。
同步发电机励磁控制器是同步发电机励磁控制系统的核心部件，它控制着励磁的激励力度、励磁的调整方向以及励磁的转速等，同时将消耗的励磁能量转化为电能或所需要的旋转速度。
同步发电机励磁控制调整器的作用是根据预设的参数，对同步发电机进行控制，使发电机按照设定的工作模式运行，从而实现励磁调节和电压调节。
控制回路电压反馈系统是同步发电机励磁控制系统的重要组成部分，它可以直接反映同步发电机输出电压的大小，通过调节励磁比例系数或电压给定值，来维持发电机输出电压在预定范围内。
控制回路电流反馈系统也是同步发电机励磁控制系统的重要组成部分，它可以反应发电机的电流的实际情况，根据实际情况调整励磁力度，以保证发电机在额定负荷工况下的可靠运行。
同步发电机励磁控制系统的主要作用是调节同步发电机的工作参数，保证发电机能在设定的范围内稳定、可靠地运行。
同步发电机励磁控制系统可以适应表观负荷变化，响应瞬时需求，使发电机不但可以在机械电压相等的情况下，还可以保证其输出功率稳定，避免发电机产生过载或短路的情况发生。
由于励磁的变动或瞬时表观负荷的变化，可以通过调节励磁控制器来确保发电机的电压、频率和功率因数在设定范围内。
同步发电机励磁控制系统在发电中起着重要作用，它是保证发电机稳定运行的关键，只有在同步发电机励磁控制系统正常工作的情况下，才能确保发电机良好的故障率和负荷率。
此外，同步发电机励磁控制系统也可以提高发电机的效率，从而更有效地利用发电机的输出功率，节约能源。
综上所述，同步发电机励磁控制系统可以保证同步发电机的正常运行，保持发电机的可靠性，还可以提高发电效率，节约能源。
第三章 同步发电机励磁自动控制系统
二、对励磁系统的基本要求
励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。
（一）对励磁调节器的要求
励磁调节器主要任务是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。
励磁 功率单元
G 发电机
电力系统
励磁调节器 输入信息
一、同步发电机励磁控制系统的任务
优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行，提供可靠的电 能，而且可以有效地提高系统的技术指标。
电压控制
控制无功功率的分配 提高同步发电机并联运行的稳定性 改善电力系统的运行条件
静态稳定 暂态稳定
水轮发电机组要求实行强行减磁
(一)、电压控制
电力系统运行时，负荷波动引起电压波动，需要对励磁电流进 行调节以维持机端电压在给定水平。励磁自动控制系统担负了 维持电压水平的任务。
1. 自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统
AE
VS
G
滑环
TR
TV
电压 启励元件
自动恒压元件
启励电源
AVR
2. 自励交流励磁机静止整流器励磁系统
AE
V
G
滑环
TR
TV
电压 启励元件
启励电源
励磁调节器
图3-19 静止励磁系统原理接线
§3.3 励磁系统中的整流电路
交流电压
整流
直流电压
大型发电机的转子励磁回路通常采用三相桥 式不可控整流电路，在静止励磁系统中采用三相 桥式全控整流电路；励磁机励磁回路通常采用三 相桥式半控整流或三相桥式全控整流电路。
0
ωt
(b) 输出电压波形（α＝1200）
同步发电机励磁系统
同步发电机励磁系统引言同步发电机是一种将机械能转换为电能的设备，它通过励磁系统来生成磁场，使得转子能够与电网同步运行。
励磁系统在同步发电机的运行中起着至关重要的作用，它对发电机的稳定运行和输出电能的质量产生着重要影响。
本文将介绍同步发电机励磁系统的原理、常见的励磁系统类型以及其在电能发电中的作用。
一、同步发电机励磁系统的原理同步发电机的励磁系统的主要作用是在转子上产生磁场，使得转子与电网的磁场同步，从而使得发电机可以向电网输出电能。
励磁系统的原理可以通过法拉第定律来解释，该定律表明磁场的变化会产生感应电动势。
在同步发电机中，励磁系统的磁场可以通过直流电流在转子上产生。
当通过励磁绕组的电流改变时，绕组周围的磁场也会发生变化，从而在转子内感应出电动势。
这个感应电动势会引起一定的电流流动，从而通过励磁绕组将转子磁场与电网磁场同步。
二、常见的励磁系统类型1. 直流励磁系统直流励磁系统是最常见的励磁系统类型之一。
在直流励磁系统中，励磁绕组通常由一组电枢绕组和磁极绕组组成。
电枢绕组通过直流电流产生磁场，并与磁极绕组相互作用，从而产生所需的磁场分布。
直流励磁系统具有调节灵活性好、响应速度快等优点，被广泛应用于各种类型的发电机。
2. 恒功率励磁系统恒功率励磁系统是一种在同步发电机中常用的励磁系统类型。
恒功率励磁系统通过自动调节输出的励磁电流，使得同步发电机在负载变化时能够保持输出功率不变。
该励磁系统利用负载的反馈信号对励磁电流进行调整，从而实现恒功率输出。
恒功率励磁系统在电能供应系统中起到了稳定电能输出的重要作用。
3. 智能励磁系统随着电力系统的发展，智能励磁系统逐渐成为同步发电机励磁系统的研究重点。
智能励磁系统利用现代控制技术和计算机技术，可以实现对励磁电流和磁场的精确控制，从而提高同步发电机的运行效率和稳定性。
智能励磁系统具有较高的灵活性和可扩展性，能够适应不同负载和电网变化的要求。
三、同步发电机励磁系统在电能发电中的作用1. 稳定发电机输出电压和频率同步发电机励磁系统是保证电力系统稳定运行的关键之一。
同步发电机励磁自动控制系统常用的控制方法
同步发电机励磁自动控制系统常用的控制方法1. 引言同步发电机励磁自动控制系统是发电厂中的重要系统之一，它能够稳定地调整发电机的励磁电流，保持电压的稳定。
在实际运行中，为了确保发电机能够正常、高效地工作，常常需要采用一些特定的控制方法。
本文将从深度和广度两个方面，对同步发电机励磁自动控制系统常用的控制方法进行全面评估，并撰写一篇有价值的文章，旨在帮助读者更全面、深入地理解这一主题。
2. 常用的控制方法同步发电机励磁自动控制系统常用的控制方法包括恒压控制、恒功率因数控制和恒无功功率控制。
这三种方法各自有着不同的特点和适用范围，下文将分别对它们进行探讨。
2.1 恒压控制恒压控制是一种常见的控制方法，在发电机运行中起到了至关重要的作用。
它通过不断地调整发电机的励磁电流，以保持输出电压在额定值附近波动。
恒压控制方法能够有效地维持系统的电压稳定性，使得发电机在不同的负载情况下都能够保持良好的电压输出。
在实际运行中，这种控制方法常常被广泛采用，因为它简单易行，且具有较好的稳定性。
2.2 恒功率因数控制恒功率因数控制是另一种常用的控制方法，它主要是通过调节励磁电流，以保持系统的功率因数在一个稳定的范围内。
功率因数是电力系统中一个非常重要的参数，它直接影响着系统的稳定性和电能利用率。
采用恒功率因数控制方法能够有效地提高系统的功率因数，降低传输损耗，改善电能质量。
在电力系统中，恒功率因数控制方法也得到了广泛的应用。
2.3 恒无功功率控制恒无功功率控制是在电力系统中常用的一种控制方法，它主要是通过调节发电机的励磁电流，使得发电机能够输出恒定的无功功率。
在电力系统中，无功功率是一个非常重要的参数，它直接关系到系统的稳定性和运行安全。
采用恒无功功率控制方法能够有效地控制无功功率的流动，改善系统的稳定性，保证系统正常运行。
3. 个人观点和理解经过对同步发电机励磁自动控制系统常用的控制方法的了解和研究，我认为这些方法各有其独特的优势和适用范围。
同步发电机励磁自动控制系统
同步发电机励磁自动控制系统在现代电力系统中，同步发电机励磁自动控制系统扮演着至关重要的角色。
它如同电力生产的“智慧大脑”，时刻精准调控着发电机的运行状态，确保电力的稳定供应和优质输出。
要理解同步发电机励磁自动控制系统，首先得明白励磁是什么。
简单来说，励磁就是给同步发电机的转子提供直流电流，从而在转子周围产生磁场。
这个磁场与定子绕组相互作用，就能产生电能。
而励磁自动控制系统呢，就是能够根据电力系统的运行状况和需求，自动调整这个励磁电流的大小和方向，从而实现对发电机输出电压、无功功率等重要参数的控制。
那么，为什么需要这样一个自动控制系统呢？这是因为电力系统的运行状态是时刻变化的。
比如，当系统中的负载突然增加时，如果不及时调整励磁电流，发电机的输出电压就会下降，可能导致电力质量下降，甚至影响到用电设备的正常运行。
反之，当负载突然减少时，若不加以控制，输出电压又会升高，可能损坏设备。
同步发电机励磁自动控制系统主要由励磁功率单元和励磁调节器两大部分组成。
励磁功率单元负责向发电机转子提供直流励磁电流，它就像是“动力源”，要保证有足够的能量和稳定的输出。
而励磁调节器则是整个系统的“指挥中心”，通过采集发电机的各种运行参数，如端电压、定子电流、无功功率等，然后按照预定的控制规律进行计算和分析，最终输出控制信号来调节励磁功率单元的输出。
在实际运行中，励磁自动控制系统有着多种控制方式。
其中，恒机端电压控制是最为常见的一种。
它的目标是保持发电机端电压恒定，无论系统中的负载如何变化。
通过不断监测端电压，并与设定的电压值进行比较，然后调整励磁电流，从而使端电压始终稳定在设定值附近。
这种控制方式能够有效地保证电力质量，满足用户对电压稳定性的要求。
另一种常见的控制方式是恒无功功率控制。
在某些情况下，电力系统需要发电机输出特定的无功功率，以维持系统的电压水平和功率因数。
此时，励磁自动控制系统就会根据无功功率的设定值来调整励磁电流，确保发电机输出的无功功率符合要求。
第二章同步发电机励磁自动控制系统（习题及答案）
第二章同步发电机励磁自动控制系统（习题及答案）第二章作业习题1、同步发电机励磁自动调节的作用是什么？（1）电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平；（2）在并列运行发电机之间，合理分配机组间的无功负荷；（3）提高发电机静稳定极限。
（4）提高系统的动态稳定；（5）限制发电机突然卸载时电压上升；（6）发电机故障时，对发电机实行快速灭磁。
2、同步发电机的励磁系统有哪几种？各有何特点？励磁系统包括：直流励磁系统、交流励磁系统、静止励磁系统。
（1）直流励磁机特点：结构简单；靠机械整流子换向，有炭刷和整流子等转动接触部件；维护量大，造价高；励磁系统的容量受限制；（2）交流励磁系统；励磁系统的容量不受限制；不受电网干扰，可靠性高；取消了滑环和炭刷，维护量小，不存在火花问题。
无炭粉和铜末引起电机线圈污染，绝缘的寿命较长；无法对励磁回路进行直接测量，如转子电流、电压，转子绝缘等；无法对整流元件等的工作情况进行直接监测；对整流元件等的可靠性要求高；（3）静止励磁系统结构简单、可靠性高、造价低、维护量小；无励磁机，缩短机组长度，可减少电厂土建造价；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；保护配合较复杂；3、强励的基本作用是什么？衡量强励性能的指标是什么？（1）作用：有利于电力系统的稳定运行；有助于继电保护的正确动作；有助于缩短短路故障切除后母线电压的恢复时间；有助于电动机的自启动过程；（2）指标：强励倍数K HSE；励磁电压响应比4、何谓灭磁？常见的三种灭磁方法是什么？（1）灭磁：使发电机励磁绕组的磁场尽快地减弱到最低程度。
（2）灭磁方法：励磁绕组对常数电阻放电灭磁；励磁绕组对非线性电阻（灭弧栅）放电灭磁；全控整流桥逆变灭磁；。
简述同步发电机励磁控制系统的作用
简述同步发电机励磁控制系统的作用同步发电机励磁控制系统是电力系统中必不可少的一部分，其可以提供发电机所需要的最佳功率输出。
这就涉及到对发电机电流、电压等参数的有效控制和调节，以达到发电机最佳工作状态的目的。
因此，励磁控制系统的重要性不言而喻。
励磁控制系统是一种控制发电机磁感应量的系统，它的作用是维持发电机的正常工作，使发电机在正常工作中具有良好的动力性能。
励磁控制系统由控制器、变频器和励磁电路等部件组成。
励磁电路是励磁控制系统的核心部分，可以检测发电机的磁感应量，以便实现发电机最佳功率输出。
励磁控制系统也可以用于控制发电机的频率。
发电机运行时，励磁控制系统可以根据发电机的电流、电压以及频率变化来调整励磁电路的工作参数，以保持发电机的频率在规定的范围内。
励磁控制系统还可以用于控制发电机的同步性和稳定性。
当发电机运行时，励磁控制系统可以根据发电机本身的特性，调整励磁电路的工作参数，实现发电机的同步满负荷操作，并检测发电机的电流、电压和频率，确保发电机处于稳定的运行状态。
总而言之，励磁控制系统是发电机中不可缺少的重要组成部分，它能够有效控制发电机的磁感应量、频率和同步性，以达到最佳的功率输出。
它的安装和使用十分简单，可以在短时间内实现发电机的最佳性能。
由于励磁控制系统具有这些重要功能，因此，在电力系统的运行过程中，它们发挥着不可替代的作用。
励磁控制系统的发展也受到了各方面的关注，新技术不断涌现，例如数字控制、无线控制和物联网控制等，可以改善励磁控制系统控制精度，提高发电机的机械稳定性和磁感应量的准确性，从而进一步提高发电机的运行效率和功率输出。
综上所述，同步发电机的励磁控制系统是电力系统运行的重要组成部分，其主要作用是控制发电机的磁感应量、频率和同步性，以实现发电机最佳功率输出，是保证电力系统可靠运行的基础性要素。
技术的发展也带来了新的可能性，可以进一步提高发电机的运行性能，使它能够实现最佳的性能。
第三章 同步发电机励磁自动控制系统
第三章同步发电机励磁自动控制系统在现代电力系统中，同步发电机扮演着至关重要的角色，而励磁自动控制系统则是确保其稳定运行和高效发电的关键组件。
首先，让我们来了解一下什么是同步发电机的励磁。
简单来说，励磁就是给同步发电机的转子绕组提供直流电流，从而产生磁场。
这个磁场与定子绕组中的磁场相互作用，实现了电能的转换和传输。
那么，为什么需要一个自动控制系统来管理励磁呢？这是因为在电力系统的运行中，各种因素会导致系统的电压和无功功率发生变化。
例如，负载的突然增加或减少、电网故障等。
如果没有有效的励磁控制，发电机的输出电压可能会不稳定，无功功率分配也会不合理，这将对整个电力系统的运行造成不良影响。
同步发电机励磁自动控制系统主要由励磁功率单元和励磁调节器两大部分组成。
励磁功率单元负责向转子绕组提供直流励磁电流，它的性能直接影响到励磁系统的输出能力和可靠性。
而励磁调节器则是根据测量到的发电机运行参数，如端电压、无功功率等，按照预定的控制规律来调节励磁功率单元的输出，以实现对发电机励磁的自动控制。
在实际运行中，励磁自动控制系统具有多种功能。
其一，它能够维持发电机端电压在给定水平。
当电力系统中的负载变化时，通过及时调整励磁电流，使发电机的输出电压保持稳定，从而保证电力设备的正常运行和电能质量。
其二，合理分配并列运行机组之间的无功功率。
在多台发电机并联运行的情况下，励磁系统可以根据各机组的容量和运行状态，自动分配无功功率，提高电力系统的运行效率和稳定性。
其三，提高电力系统的静态和动态稳定性。
通过快速响应系统的变化，励磁系统可以增强系统抵御干扰的能力，减少电压波动和功率振荡的发生。
为了实现这些功能，励磁调节器通常采用不同的控制规律和算法。
常见的有比例积分微分（PID）控制、模糊控制、自适应控制等。
PID控制是一种经典的控制方法，它具有结构简单、易于实现的优点，但对于复杂的系统可能效果不够理想。
模糊控制则能够处理一些不确定性和模糊性的问题，具有较强的鲁棒性。
简述同步发电机励磁控制系统的作用
简述同步发电机励磁控制系统的作用
同步发电机励磁控制系统是一种重要的励磁发电机控制系统，它可以有效地控制发电机的励磁势，提高发电机的运行效率，防止过负荷操作导致的设备损坏，从而确保发电机的高效安全运行。
同步发电机励磁控制系统一般由交流励磁控制装置、调节装置和发电机控制系统组成，它们可以根据发电机需要，调节励磁控制装置，控制励磁电流的大小，以达到发电机的高效运行。
首先，同步发电机励磁控制系统能够充分利用发电机的励磁势，确保发电机的转速始终保持稳定，从而提高发电机的运行效率。
同步发电机励磁控制系统的另一个作用是防止发电机的过负荷操作，可以通过调节励磁控制装置，减少励磁电流的大小，有效地防止发电机由于过负荷操作造成的损坏，确保发电机的安全运行。
此外，同步发电机励磁控制系统还可以控制发电机的励磁振荡，确保发电机的高效负荷调节，以实现负荷精确的调节和控制，从而提高发电机的运行效率和经济性。
最后，同步发电机励磁控制系统可以自动实现对发电机运行参数的监控和控制，可以在发电机出现故障时及时停机，有效地防止发生人身伤害和财产损失。
综上所述，同步发电机励磁控制系统在保证发电机高效安全运行过程中发挥着重要作用。
考虑到发电机本身的优势和同步发电机励磁控制系统的多种功能，同步发电机励磁控制系统更是成为发电领域必不可少的设备，它可以有效地解决发电机过负荷、励磁振荡、发电机
故障等问题，从而保证发电机的高效安全运行。
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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
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。
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
1） 脉冲控制角=0
e
ea
eb
ec
1
3
5
3
2
4
6
t
ug
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t
ab ac bc ba ca cb ab ac bc
u 16 12 32 34 54 56 16 12 32
1
1
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5
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1
1
Hale Waihona Puke 3622
4
4
6
6
2
2
t
2）脉冲控制角=30° VS1 VS3 VS5
e
ea
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）
ea VS1
VS3
VS5
eb ec
V4
V6
V2
1 工作原理
V
Rf
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
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
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。
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
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
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
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
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
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。
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)
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
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。
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
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
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
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。
三 对励磁系统的基本要求
1 对励磁调节器的要求
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 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
1
cos