图解发电机励磁原理
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图解发电机励磁原理(2024)
对于要求高精度和快速响应的应用场合，应选择具有高性能的控制策略和优化方法，如最 优励磁控制策略结合遗传算法或粒子群优化算法等。
21
05
发电机励磁系统故障诊断与处理 措施
2024/1/26
22
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。
13
03
发电机励磁调节器原理与结构
2024/1/26
14
调节器基本原理
2024/1/26
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。
2024/1/26
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。
20
控制策略选择依据
2024/1/26
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
21
05
发电机励磁系统故障诊断与处理 措施
2024/1/26
22
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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03
发电机励磁调节器原理与结构
2024/1/26
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调节器基本原理
2024/1/26
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。
2024/1/26
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。
20
控制策略选择依据
2024/1/26
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
发电机励磁系统-讲解
发电机励磁系统
2013年07月
生产准备部金恩
粤电靖海电厂励磁控制柜 （美国GE公司）
华润电力（温州）有限公司生产准备部
发电机励磁系统基本原理
➢ 供给发电机励磁电流的电 源及其附属设备称为励磁 系统。
➢ 它分为励磁功率单元和励 磁调节器两个主要部分。
➢ 励磁功率单元向同步发电 机转子提供励磁电流；而 励磁调节器则根据输入信 号和给定的调节准则控制 励磁功率单元的输出。
间的自动跟踪 ➢ 自动和手动通道的双向自动跟踪 ➢ 恒无功或恒功率因素的控制 ➢ PSS电力系统稳定器。
测量单元板(MUB)
➢ 用于测量发电机定子侧信 号。它直接测量发电机的 三相电压和电流，并通过 这些量计算出其它信号： 如P（有功）、Q（无功）、 f（频率）等，同时提供了 强电参数和测量信号之间 的电气隔离。
扩展门极控制板(EGC)
➢ 作为双通道配置的后备通道使 用。
➢ EGC 连同COB、MUB一起安 装在同一个金属箱中，但在结 构上是独立的。
➢ EGC具有下列功能： 1、励磁电流调节 2、通道跟踪，以便在COB故障
时实现平稳切换 3、备用瞬时过电流保护继电器 4、备用反时限过电流继电器 5、直流侧短路保护
采用自然风冷（带冷却风机）的冷却方式，当励磁变温 度高至100℃时，冷却风扇自启；温度低至80℃时，风 扇自动停止。励磁变温度高至130℃时，发超温报警。
高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护，一组用于 测量。低压侧每相也提供3组CT，两组用于保护，一组 用于测量。
可控硅整流器
➢ 采用三相全波桥式整流，共有4个功率 柜组成。
灭磁要求： 1.灭磁时间尽可能的短（发电 机端电压由额定值Un降至5% Un所需的时 间称灭磁时间）2.励磁绕组两端的过电压 不超过允许值（通过跨接器来实现过压保 护的要求）。
2013年07月
生产准备部金恩
粤电靖海电厂励磁控制柜 （美国GE公司）
华润电力（温州）有限公司生产准备部
发电机励磁系统基本原理
➢ 供给发电机励磁电流的电 源及其附属设备称为励磁 系统。
➢ 它分为励磁功率单元和励 磁调节器两个主要部分。
➢ 励磁功率单元向同步发电 机转子提供励磁电流；而 励磁调节器则根据输入信 号和给定的调节准则控制 励磁功率单元的输出。
间的自动跟踪 ➢ 自动和手动通道的双向自动跟踪 ➢ 恒无功或恒功率因素的控制 ➢ PSS电力系统稳定器。
测量单元板(MUB)
➢ 用于测量发电机定子侧信 号。它直接测量发电机的 三相电压和电流，并通过 这些量计算出其它信号： 如P（有功）、Q（无功）、 f（频率）等，同时提供了 强电参数和测量信号之间 的电气隔离。
扩展门极控制板(EGC)
➢ 作为双通道配置的后备通道使 用。
➢ EGC 连同COB、MUB一起安 装在同一个金属箱中，但在结 构上是独立的。
➢ EGC具有下列功能： 1、励磁电流调节 2、通道跟踪，以便在COB故障
时实现平稳切换 3、备用瞬时过电流保护继电器 4、备用反时限过电流继电器 5、直流侧短路保护
采用自然风冷（带冷却风机）的冷却方式，当励磁变温 度高至100℃时，冷却风扇自启；温度低至80℃时，风 扇自动停止。励磁变温度高至130℃时，发超温报警。
高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护，一组用于 测量。低压侧每相也提供3组CT，两组用于保护，一组 用于测量。
可控硅整流器
➢ 采用三相全波桥式整流，共有4个功率 柜组成。
灭磁要求： 1.灭磁时间尽可能的短（发电 机端电压由额定值Un降至5% Un所需的时 间称灭磁时间）2.励磁绕组两端的过电压 不超过允许值（通过跨接器来实现过压保 护的要求）。
图解发电机励磁原理共4文档
自动励磁调节器
可根据发电机负载的变化自动调节励磁电流，保持发电机输出电 压的稳定。
直流发电机励磁特点分析
励磁方式多样
直流发电机可采用他励、并励、 串励和复励等多种励磁方式，可
根据实际需求选择。
磁场可控性强
通过调节励磁电流的大小和方向， 可以灵活控制发电机的磁场强度 和方向。
输出特性稳定
在负载变化时，通过自动调节励 磁电流可以保持发电机输出电压 和电流的稳定。
作用
励磁系统的主要作用是维持发电机端电压在给定水平，同时控制并列运行各发 电机间无功功率的合理分配，以满足电力系统正常运行和发电机安全运行的要 求。
励磁系统组成部分
励磁功率单元
向同步发电机转子提供直流励磁电流，主要包括交流励磁机、整流器 等部分。
励磁调节器
根据发电机端电压、无功功率等信号，自动调节励磁功率单元输出的 励磁电流，以维持发电机端电压稳定并控制无功功率分配。
经验总结
总结故障排除过程中的经验教训，完 善维护流程，提高设备维护水平。
THANKS
感谢您的观看
对比法
将故障设备与正常设备进行对比， 分析差异，找出故障原因。
03
02
测量法
使用万用表、示波器等工具测量电 路参数，判断故障点。
替换法
用正常元件替换疑似故障元件，观 察设备是否恢复正常。
04
预防性维护策略制定
定期检查
制定详细的检查计划，对发电机励磁系统进行定期检查。
清洁保养
保持设备清洁，定期清理灰尘和杂物，确保散热良好。
紧固接线
检查所有接线端子是否松动，及时紧固。
预防性试验
定期进行预防性试验，检测设备的绝缘性能、电气性能等。
故障排除后性能恢复验证
可根据发电机负载的变化自动调节励磁电流，保持发电机输出电 压的稳定。
直流发电机励磁特点分析
励磁方式多样
直流发电机可采用他励、并励、 串励和复励等多种励磁方式，可
根据实际需求选择。
磁场可控性强
通过调节励磁电流的大小和方向， 可以灵活控制发电机的磁场强度 和方向。
输出特性稳定
在负载变化时，通过自动调节励 磁电流可以保持发电机输出电压 和电流的稳定。
作用
励磁系统的主要作用是维持发电机端电压在给定水平，同时控制并列运行各发 电机间无功功率的合理分配，以满足电力系统正常运行和发电机安全运行的要 求。
励磁系统组成部分
励磁功率单元
向同步发电机转子提供直流励磁电流，主要包括交流励磁机、整流器 等部分。
励磁调节器
根据发电机端电压、无功功率等信号，自动调节励磁功率单元输出的 励磁电流，以维持发电机端电压稳定并控制无功功率分配。
经验总结
总结故障排除过程中的经验教训，完 善维护流程，提高设备维护水平。
THANKS
感谢您的观看
对比法
将故障设备与正常设备进行对比， 分析差异，找出故障原因。
03
02
测量法
使用万用表、示波器等工具测量电 路参数，判断故障点。
替换法
用正常元件替换疑似故障元件，观 察设备是否恢复正常。
04
预防性维护策略制定
定期检查
制定详细的检查计划，对发电机励磁系统进行定期检查。
清洁保养
保持设备清洁，定期清理灰尘和杂物，确保散热良好。
紧固接线
检查所有接线端子是否松动，及时紧固。
预防性试验
定期进行预防性试验，检测设备的绝缘性能、电气性能等。
故障排除后性能恢复验证
图解发电机励磁原理课件
E=4.44fNΦ
F:励磁条件与影响 N:机端电压影响
Φ:与励磁电流关系
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
学习交流PPT
4
励磁的基本任务
Governor调速
Frequency（f） Active Power（P）
功角δ
Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug）
Excitation励磁
高起始励磁系统
学习交流PPT
11
三峡电厂右岸励磁系统
THYRIP OL
完全柔性制动系统
调 辅助 整流柜（功率柜） 直流灭磁 灭磁
节 控制 制动整流柜
开关柜 电阻柜
器柜
（柔性制动）
学习交S流1PP0T 1
S106+S107
12
直流励磁机系统（开关励磁）
FMK
*
FLQ
F
CT
L
PT
Rc LLQ
同轴
自动励磁调节器
发电机励磁系统原理（1）
学习交流PPT
1
水轮发电厂原理
大坝、水电厂、水轮 机、发电机定子、转 子、励磁系统
学习交流PPT
2
水轮发电厂转子
学习交流PPT
n=60f/P 励磁绕组（d轴） 阻尼绕组（d轴、 q轴）
3
励磁的基本概念
什么是励磁？
场B
4.44:有效值系数
I2＝0.816Id
学习交流PPT
22
三相全控桥实际电路波形
因电感引起换弧角 带来的过电压尖峰， 逆变颠覆
实际电路器件介绍： 快熔、阻容、分流器、 表记、均流、开关、 脉冲变等
学习交流PPT
23
图解发电机励磁原理
器向发电机提供励磁电流，建立磁场。当发电机端 电压或电流发生变化时，励磁调节器自动调节励磁 电流的大小，以维持发电机端电压稳定。当发电机 停机或故障时，灭磁装置迅速切断励磁电流。
励磁系统类型与特点
直流励磁机励磁系统
采用直流发电机作为励磁电源，具有 结构简单、运行可靠的特点。
交流励磁机励磁系统
采用交流发电机作为励磁电源，通过 整流装置提供直流励磁电流，具有较 大的灵活性和适应性。
04
发电机励磁系统故障诊断与处理
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、励磁绕 组短路等原因导致。
励磁过流
可能是由于励磁回路短路 、励磁绕组接地等原因导 致。
励磁电压不稳定
可能是由于电源电压波动 、励磁调节器故障等原因 导致。
故障诊断方法与技巧
观察法
通过观察发电机运行时的励磁电 压、电流波形等参数，判断是否
下坚实基础。
关注前沿技术动态
关注发电机励磁技术的最新发 展动态，了解新技术、新方法 的应用情况，不断提升自己的 专业素养。
加强实践动手能力
通过参与实验、项目等方式加 强实践动手能力，培养解决实 际问题的能力。
拓展跨学科知识
学习与发电机励磁相关的跨学 科知识，如电力系统分析、电 机学等，提升综合分析和解决
如失磁、励磁不稳、励磁过流等故障，通过 案例分析学习相应的处理方法和预防措施。
发电机励磁技术发展趋势预测
数字化与智能化
随着电力电子技术和控制理论的发 展，未来发电机励磁系统将更加数 字化和智能化，实现更精确的控制 和优化。
多功能集成化
为满足不同应用场景的需求，发电 机励磁系统将向多功能集成化方向 发展，如集成无功补偿、谐波治理 等功能。
励磁系统类型与特点
直流励磁机励磁系统
采用直流发电机作为励磁电源，具有 结构简单、运行可靠的特点。
交流励磁机励磁系统
采用交流发电机作为励磁电源，通过 整流装置提供直流励磁电流，具有较 大的灵活性和适应性。
04
发电机励磁系统故障诊断与处理
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、励磁绕 组短路等原因导致。
励磁过流
可能是由于励磁回路短路 、励磁绕组接地等原因导 致。
励磁电压不稳定
可能是由于电源电压波动 、励磁调节器故障等原因 导致。
故障诊断方法与技巧
观察法
通过观察发电机运行时的励磁电 压、电流波形等参数，判断是否
下坚实基础。
关注前沿技术动态
关注发电机励磁技术的最新发 展动态，了解新技术、新方法 的应用情况，不断提升自己的 专业素养。
加强实践动手能力
通过参与实验、项目等方式加 强实践动手能力，培养解决实 际问题的能力。
拓展跨学科知识
学习与发电机励磁相关的跨学 科知识，如电力系统分析、电 机学等，提升综合分析和解决
如失磁、励磁不稳、励磁过流等故障，通过 案例分析学习相应的处理方法和预防措施。
发电机励磁技术发展趋势预测
数字化与智能化
随着电力电子技术和控制理论的发 展，未来发电机励磁系统将更加数 字化和智能化，实现更精确的控制 和优化。
多功能集成化
为满足不同应用场景的需求，发电 机励磁系统将向多功能集成化方向 发展，如集成无功补偿、谐波治理 等功能。
励磁系统的构成与工作原理_图文
交流副励磁机本身的励磁通常采用可控硅自励桓压方式，即先借外部 电源起励，当建立起一定电压后转为自励，并靠励磁调节器保持其端电压 恒定。运行经验证明：自动恒压装置是个薄弱环节，不太可靠，因为副励 磁机带三相可控整流桥负荷后，每个周波内电压波形相对于换流位置有六 个缺口。换流缺口的宽度和深度与负荷的大小有关，也和换流电抗有关。 因此，波形畸变严重，影响调节器的运行，出现现调节不稳定、无功摆动 太大等现象。改善波形的措施有：现调节不稳定、无功摆动太大等现象。 改善波形的措施有：1)加大副励磁机的容量；2)应用永磁机作副励磁机； 3)增加带通滤波器。
电力系统非正常运行状况的影响要注意分析。
3
§1.1 励磁控制系统的构成形式
一. 直流励磁机系统
直流励磁机系统的接线有自励式和他励式[由图1—1(a)、(b)]。在自励 式接线中，应用并激直流发电机作为励磁机，利用剩磁自励；在他励式接 线中，除主励磁机外，还有副励磁机，副励磁机供给主励磁机的励磁。励 磁机、副励磁机大多与主机同轴旋转。自励和他励接线中(图1—1)，励磁 回路部装有调节电阻R，改变R 大小，即可改变直流励磁机的电压，从而 改变发电机的励磁电流。有的接线图中，在励磁回路中加入旋转放大器或 者引入附加控制电流，改变放大器电势或控制电流大小，也可调节励磁。
同步电机用同轴旋转的交流发电机作为励磁电源，经过静止的二极管
成可控硅整流，向主发电机供给励磁电流，这种型式称为交流励磁机系统 ，
也称为他励静止半导体励磁系统。根据整流器是二报管还是可控硅又可分 为：他励静止不可控励磁系统和他励静止可控励磁系统。
图1－6表示他励静止半导体励磁系统原理图。交流励磁机JZ主发电机 同轴旋转，交流电经可控桥KZ或二极管桥 GZ整流，然后送至主发电机转 子绕组。交流励磁机JL的励磁采用自励[图1－6(a)]，或由副励磁机 JFL供 给[图1－6(b)]，副励磁机可采用永磁机或采用自动恒压装置[图1－6(b)]。
电力系统非正常运行状况的影响要注意分析。
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§1.1 励磁控制系统的构成形式
一. 直流励磁机系统
直流励磁机系统的接线有自励式和他励式[由图1—1(a)、(b)]。在自励 式接线中，应用并激直流发电机作为励磁机，利用剩磁自励；在他励式接 线中，除主励磁机外，还有副励磁机，副励磁机供给主励磁机的励磁。励 磁机、副励磁机大多与主机同轴旋转。自励和他励接线中(图1—1)，励磁 回路部装有调节电阻R，改变R 大小，即可改变直流励磁机的电压，从而 改变发电机的励磁电流。有的接线图中，在励磁回路中加入旋转放大器或 者引入附加控制电流，改变放大器电势或控制电流大小，也可调节励磁。
同步电机用同轴旋转的交流发电机作为励磁电源，经过静止的二极管
成可控硅整流，向主发电机供给励磁电流，这种型式称为交流励磁机系统 ，
也称为他励静止半导体励磁系统。根据整流器是二报管还是可控硅又可分 为：他励静止不可控励磁系统和他励静止可控励磁系统。
图1－6表示他励静止半导体励磁系统原理图。交流励磁机JZ主发电机 同轴旋转，交流电经可控桥KZ或二极管桥 GZ整流，然后送至主发电机转 子绕组。交流励磁机JL的励磁采用自励[图1－6(a)]，或由副励磁机 JFL供 给[图1－6(b)]，副励磁机可采用永磁机或采用自动恒压装置[图1－6(b)]。
图解发电机励磁原理
开关励磁
可控硅励磁原理
三相全控桥电路 α=00:强励状态，AC变DC α=α0:整流状态，AC变DC α=1500:逆变状态，D电C力变工程A技C术（china-dianli）
全控桥与半控桥
全控桥：
整流与逆变 整流特征相同 能够逆变也能续流 Uf反相恒定
If线性衰减 灭磁快
半控桥：
整流与续流 整流特征相同 不能逆变只能续流
性的振荡）（稳定余度好极限功率问题、安稳切机问题）； ❖ 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性；
（周期性振荡）（安稳切机问题、继电保护问题）； ❖ 动态稳定是微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），
因自动调节作用产生的电力稳工定程技性术（稳chi定na-d（ianli励） 磁PSS问题）。
整流器输入开关
的定义：灭磁开关 &隔离开关：按是 否投灭磁电阻而定 电力工程技术（china-dianli）
现代励磁基础
同轴直流发电机（体积大、效率低、容量小）
电力电子器件：二极管、晶闸管（可控硅）、IGBT等
PN结、单相导通特性、可控硅伏安特性
可控硅导通条件：正向电压、正向脉冲
可控硅关断条件：反向电压 同步电压、触发脉电冲力工、程技脉术宽（ch调ina-制dianli）
2. 从电力系统角度研究励磁（励磁技术高级）
提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定）
励磁是发电机励磁，也是电系力统工程的技术励（磁chin，a-dia但nli）更重要的还是发电机励磁
励磁控制系统的主要任务
1、同步发电机励磁控制系统的最基本和最主要的任务是 维持发电机电压在给定水平上
发电机励磁系统原理(精)
励磁对动态稳定的影响
单机无穷大系统线性化小偏差理论数学模型
当发电机与系统的外接电 抗较小，并且发电机的输出功 率较低时，系数K5为正，这时 AVR的作用是引入了一个负的 同步转矩和一个正的阻尼转矩， 有利于动态稳定； 当发电机与系统的外接电抗 较大，并且发电机的输出功率 较高时，系数K5为负，这时 AVR的作用是引入了一个正的 同步转矩和一个负的阻尼转矩 不利于动态稳定； 快速励磁系统以及特定参数 条件下造成动态稳定性恶化的 原因是由于励磁系统和发电机 励磁绕组的滞后特性所致。
待续
功角稳定比喻
腕中放置一个球，且受到外部的一个小外力，它就偏离原来的位置。如果 这个腕的高度很矮，像一个盘子，该球就有可能从碗中掉下来。此时，我 们就说这个系统静稳不足。提高腕的高度最经济的办法就是采用自动电压 调节器。。 当碗中的球受到一个大的外力，怎样保证该球不飞出，最主要措施就是快 速的继电保护。继保的作用就相当于减少这个外部力量的作用时间，继保 越快，外力的作用时间就越短，这个球就不会一下子掉下来。自动电压调 节器此时作用相当于自动改变这个腕的坡度，当这个球上升时增加坡度， 当这个球下降时就减少这个坡度，使这个球在碗中滚动幅度迅速减小。 如果这个腕和球之间的摩擦很小，这个球受到扰动后在碗中来回滚动时间 就很长，特别是，如果这个扰动的外力不断的来回施加，就比如我们不断 的荡秋千，这个球就永远不停的来回滚动甚至掉下来，我们就说这个系统 的动态稳定性差。这里的摩擦阻力相当于电力系统的阻尼，这个来回不断 施加的外部力量就相当于自动电压调节器产生的负阻尼。一般来说，自动 电压调节器在电力系统的动态稳定中起坏作用，产生负阻尼，使整个系统 阻尼减少。当我们在自动电压调节器中增添PSS装置，PSS就把自动电压调 节器原来所产生的负阻尼变为正阻尼，相当于增加腕和球的摩擦系数，使 球的滚动幅度快速减小，于是这个系统的动态稳定性就满足要求。
图解发电机励磁原理
2. 从电力系统角度研究励磁（励磁技术高级）
提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定）
励磁是发电机励磁，也是系统的精励品课磁件 ，但更重要的还是发电机励磁
灭磁慢 续流二极管
精品课件
三相全控桥电路要点
SCR导通顺序：
1234561234561234……
整流状态
•交流变直流，能量供给 •00<a<900 •Ud>0
逆变状态
•直流变交流，能量反送
•900<a<1500 (1800-0)
•Ud<0
Ud=1.35U2cosa
I2＝0.816Id
精品课件
三相全控桥实际电路波形
F:励磁条件与影响 N:机端电压影响
Φ:与励磁电流关系
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
精品课件
励磁的基本任务
Governor调速 Frequency（f） Active Power（P）
功角δ
Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug）
G Excitation励磁
Uf, I f
<
UE , I E AVR
自并励励磁系统 IGBT
For Exa4m00pVleAC
110 V DC
Generat or
Main Exciter Voltage Regulator
他励：励磁电源取自励磁机或厂用电等；
自励：励磁电源取自发电机本身，可靠性高，但需采取措
施保证强励能力。
精品课件
精品课件
三峡电厂右岸励磁系统
THYRIPO L
完全柔性制动系统
提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定）
励磁是发电机励磁，也是系统的精励品课磁件 ，但更重要的还是发电机励磁
灭磁慢 续流二极管
精品课件
三相全控桥电路要点
SCR导通顺序：
1234561234561234……
整流状态
•交流变直流，能量供给 •00<a<900 •Ud>0
逆变状态
•直流变交流，能量反送
•900<a<1500 (1800-0)
•Ud<0
Ud=1.35U2cosa
I2＝0.816Id
精品课件
三相全控桥实际电路波形
F:励磁条件与影响 N:机端电压影响
Φ:与励磁电流关系
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
精品课件
励磁的基本任务
Governor调速 Frequency（f） Active Power（P）
功角δ
Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug）
G Excitation励磁
Uf, I f
<
UE , I E AVR
自并励励磁系统 IGBT
For Exa4m00pVleAC
110 V DC
Generat or
Main Exciter Voltage Regulator
他励：励磁电源取自励磁机或厂用电等；
自励：励磁电源取自发电机本身，可靠性高，但需采取措
施保证强励能力。
精品课件
精品课件
三峡电厂右岸励磁系统
THYRIPO L
完全柔性制动系统
图解发电机励磁原理
现在励磁控制系统规律大多采用传统经典控制理论：PID+PSS 励磁控制系统科研主要内容：电力系统稳定器PSS；线性最优控制规律（华中科技大学）；非线性最优控制规律（清华 大学 ）。
电力系统励磁控制发展过程： PID 控制； PSS 控制 线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control） 非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control） 非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
题）； ❖ 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性；（周期性振荡）（安稳切机问题、继电保护问题）； ❖ 动态稳定是微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），因自动调节作用产生的稳定性稳定（励磁PSS问
题）。
我国电力系统稳定导则定义
静态稳定是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。稳定导则还规定，在有防止 事故扩大的相应措施的情况下，水电厂送出线路或次要输电线路下列情况下允许只按静态稳定储备送电。 暂态稳定是指电力系统受到大扰动后, 各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。暂态稳定 的判据是电网遭受每一次大扰动后，引起电力系统各机组之间功角相对增大，在经过第一或第二个振荡周期不失步，作同步 的衰减振荡，系统中枢点电压逐渐恢复。 动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。动态 稳定的判据是在受到小的或大的扰动后，在动态摇摆过程中发电机相对功角和输电线路功率呈衰减振荡状态，电压和频率能 恢复到允许的范围内。
励磁是发电机励磁，也是系统的励磁，但更重要的还是发电机励磁
励磁控制系统的主要任务
电力系统励磁控制发展过程： PID 控制； PSS 控制 线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control） 非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control） 非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
题）； ❖ 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性；（周期性振荡）（安稳切机问题、继电保护问题）； ❖ 动态稳定是微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），因自动调节作用产生的稳定性稳定（励磁PSS问
题）。
我国电力系统稳定导则定义
静态稳定是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。稳定导则还规定，在有防止 事故扩大的相应措施的情况下，水电厂送出线路或次要输电线路下列情况下允许只按静态稳定储备送电。 暂态稳定是指电力系统受到大扰动后, 各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。暂态稳定 的判据是电网遭受每一次大扰动后，引起电力系统各机组之间功角相对增大，在经过第一或第二个振荡周期不失步，作同步 的衰减振荡，系统中枢点电压逐渐恢复。 动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。动态 稳定的判据是在受到小的或大的扰动后，在动态摇摆过程中发电机相对功角和输电线路功率呈衰减振荡状态，电压和频率能 恢复到允许的范围内。
励磁是发电机励磁，也是系统的励磁，但更重要的还是发电机励磁
励磁控制系统的主要任务
发电机励磁系统原理(2)
U
KB+
KC+ LQ
灭磁换流公式： Uk ± Uz ≥ UL
脉冲正常下交流灭磁原理
IL KA+ IA IB IC LB KAKBKCMK A MK B MK C RV
U
KB+
KC+ LQ
脉冲顺序 导通周期120°
SCR关断条件
＋A -B -C
60°
＋C
-A
＋B
不切脉冲灭磁过程简述： 1、KA+、KB+导通时分开关； 2、MKB分断； MKA和MKC无法 关断，电弧燃烧； 3、KB+不导通，KA+无法关断； 4、KA-导通、KC-被关断； 5、KA+和KA-导通，电流续流； 6、 MKA 、MKC关断。
灭磁电阻的种类
线性电阻1（大功率）（慢） 非线性电阻（低场强大电流）
碳化硅灭磁电阻2 （SiC） （稍快） 氧化锌灭磁电阻3 （ZnO）（最快）
灭磁电阻伏安特性曲线
灭磁方式种类
串联灭 磁、并 联灭磁 电路原 理比较
直流灭磁原理分析
MK + UK a＝90°Uz波形
IK
IL
灭磁换流公式
汽轮发电机调节原理
1、调节有功的方法 2、调有功对无功的 影响（AVR变化小， ECR变化大）
Turbine n, P
1、调节无功的方法 2、调无功对有功的 影响（瞬时p摆动， 平均P不变）
It
G 3~
Pe PSS
Vt
Peref
h
Vf Voltage Regulator
Vtref
Turbine Governor
交流灭磁原理结论
1、在交流灭磁过程中，如果能够切除脉冲， 励磁变二次侧交流电压的负半波就会引导励磁 电流进入灭磁电阻，使得交流灭磁开关安全分 断，快速灭磁任务完成。
KB+
KC+ LQ
灭磁换流公式： Uk ± Uz ≥ UL
脉冲正常下交流灭磁原理
IL KA+ IA IB IC LB KAKBKCMK A MK B MK C RV
U
KB+
KC+ LQ
脉冲顺序 导通周期120°
SCR关断条件
＋A -B -C
60°
＋C
-A
＋B
不切脉冲灭磁过程简述： 1、KA+、KB+导通时分开关； 2、MKB分断； MKA和MKC无法 关断，电弧燃烧； 3、KB+不导通，KA+无法关断； 4、KA-导通、KC-被关断； 5、KA+和KA-导通，电流续流； 6、 MKA 、MKC关断。
灭磁电阻的种类
线性电阻1（大功率）（慢） 非线性电阻（低场强大电流）
碳化硅灭磁电阻2 （SiC） （稍快） 氧化锌灭磁电阻3 （ZnO）（最快）
灭磁电阻伏安特性曲线
灭磁方式种类
串联灭 磁、并 联灭磁 电路原 理比较
直流灭磁原理分析
MK + UK a＝90°Uz波形
IK
IL
灭磁换流公式
汽轮发电机调节原理
1、调节有功的方法 2、调有功对无功的 影响（AVR变化小， ECR变化大）
Turbine n, P
1、调节无功的方法 2、调无功对有功的 影响（瞬时p摆动， 平均P不变）
It
G 3~
Pe PSS
Vt
Peref
h
Vf Voltage Regulator
Vtref
Turbine Governor
交流灭磁原理结论
1、在交流灭磁过程中，如果能够切除脉冲， 励磁变二次侧交流电压的负半波就会引导励磁 电流进入灭磁电阻，使得交流灭磁开关安全分 断，快速灭磁任务完成。
发电机及励磁回路控制保护原理图
发电机及励磁回路控制保 护原理图
发电机的基本原理，励磁回路的功能与作用，发电机控制保护系统的组成， 发电机过载保护的工作原理，励磁回路短路保护的原理，电流过大保护的方 法与措施，总感应的原理，将机械能转化为电能的装置。由转子和定子组成，转 子为旋转部分，定子为静态部分。
励磁回路的功能与作用
励磁回路用于产生磁场，使转子产生感应电动势。励磁电流可以调节发电机的输出电压和功率因 数。
发电机控制保护系统的组成
传感器
用于监测发电机的电流、 电压和温度等参数。
控制器
通过电子电路控制发电 机的运行和保护装置的 触发。
保护装置
用于检测故障并采取措 施，如发电机过载保护 和电流过大保护。
发电机过载保护的工作原理
通过监测发电机的电流，当电流超过设定值时，保护装置会自动切断发电机 的输出，防止发电机过载损坏。
励磁回路短路保护的原理
励磁回路短路保护能够检测并切断发电机的励磁电流，在励磁回路短路时保护发电机的安全运行。
电流过大保护的方法与措施
通过安装过流保护装置，当发电机的输出电流超过额定值时，保护装置会自 动切断发电机的输出。
总结和展望
发电机及励磁回路控制保护原理图的理解对于发电机的安全运行至关重要。 未来的发展中，控制保护系统将更加智能化和可靠。
发电机的基本原理，励磁回路的功能与作用，发电机控制保护系统的组成， 发电机过载保护的工作原理，励磁回路短路保护的原理，电流过大保护的方 法与措施，总感应的原理，将机械能转化为电能的装置。由转子和定子组成，转 子为旋转部分，定子为静态部分。
励磁回路的功能与作用
励磁回路用于产生磁场，使转子产生感应电动势。励磁电流可以调节发电机的输出电压和功率因 数。
发电机控制保护系统的组成
传感器
用于监测发电机的电流、 电压和温度等参数。
控制器
通过电子电路控制发电 机的运行和保护装置的 触发。
保护装置
用于检测故障并采取措 施，如发电机过载保护 和电流过大保护。
发电机过载保护的工作原理
通过监测发电机的电流，当电流超过设定值时，保护装置会自动切断发电机 的输出，防止发电机过载损坏。
励磁回路短路保护的原理
励磁回路短路保护能够检测并切断发电机的励磁电流，在励磁回路短路时保护发电机的安全运行。
电流过大保护的方法与措施
通过安装过流保护装置，当发电机的输出电流超过额定值时，保护装置会自 动切断发电机的输出。
总结和展望
发电机及励磁回路控制保护原理图的理解对于发电机的安全运行至关重要。 未来的发展中，控制保护系统将更加智能化和可靠。
发电机励磁系统课件
灭磁装置
• 励磁系统装设自动灭磁装置及开关。在任何需要灭磁的工 况下（包括发电机空载和强励情况下），自动灭磁装置及 开关能快速可靠灭磁。机组正常停机时励磁调节器自动进 行逆变灭磁，机组事故停机采用跳灭磁开关灭磁。 • 灭磁开关采用快速灭弧的断路器，在发电机内部或系统发 生事故时灭磁。灭磁开关的分断能力满足发电机强励在内 的一切工况要求，有一定裕度，灭磁开关应能保证在80% 额定电压时可靠合闸，在30-65%额定电压之间应能可靠 分闸。灭磁电阻采用碳化硅非线性电阻，其容量确保能快 速吸收从强励顶值电流直到10％额定励磁电流范围内磁场 能量。 • 转子回路过电压保护采用碳化硅非线性电阻，以限制机组 异常工况下转子过电压不超过磁场绕组出厂对地耐压试验 电压幅值的40％。 • 灭磁装置的防护等级为IP31
可控硅整流器
• 采用三相桥式全控整流电路，具有逆变能力。 • 采用一套双通道调节器带三台可控硅整流柜运行方式，当 一台整流柜故障退出运行时，能保证发电机在包括强励在 内的所有运行方式下连续运行。 • 每个可控硅元件设快速熔断器保护，以便及时切除短路故 障电流。并能检测熔断器熔断信号，故障桥臂有自动退出 功能。 • 每个可控硅功率柜采用单桥设计，可控硅元件无串无并， 交流侧设置过电压保护措施以抑制尖峰过电压和换向过电 压。 • 可控硅整流装置采用强迫风冷，并设置备用冷却风机，工 作风机故障时备用风机能自动投运。每个整流柜均设置低 噪声风机，在柜旁一米处感受到的噪音水平不大于 80db(A)。
直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统 自并励励磁系统
按响应速度分类：
慢速励磁系统 快速励磁系统 高起始励磁系统
交流励磁机系统（三机它励）
同轴
组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同
发电机励磁系统原理
建立δ－ω平面坐标系 ✓T1：励磁产生的电磁力矩 ✓T2：PSS产生的电磁力矩 ✓ΔPSS:附加励磁控制信号 ✓AVR(PID)＋PSS产生的电磁力矩
PSS输入信号 Δω、Δδ、Pe、ΔP、Δf ➢测量轴转速Δω，测量和处理比较复杂, 轴系扭转的处理更加困难，使用较少 ➢测量过剩功率ΔP，测量和处理更加复杂,输入信号多，使用也少 ➢测量电功率Pe，在假定机械功率不变的情况下，可以得到过剩功率ΔP，使用广泛，效果不错。但在原 动机功率变化时会出现反调现象。 ➢测量机端电压频率△f，克服了Δω测量处理上的困难，但由于发电机电抗的影响，△f与频差Δω不完 全一致，因而效果上稍差。
▪ 解决励磁产生负阻尼，造成系统产生低频振荡的方法是附加控制，即电力系统稳定器，线性最优励磁控制器，
各种智能控制器。
▪依据F.D.迪米洛和C.康柯迪亚理论设计的电力系统稳定器(Power system stabilizer)，简称PSS，即为抑制系
统低频振荡和提高电力系统动态稳定性而设置的。
电力系统稳定器原理
伏赫限制以及其他辅助功能
设计U/F限制器是为了保护机组及与机组相连的变压器过激磁。当机组频率降低的时候，为了使机组的机端 电压保持恒定，励磁系统将会增加励磁电流，此时，如果机组在低频率的情况下使机端电压保持在额定值， 那么对机组及所有与机组相连的变压器而言，将有可能出现过磁通现象（尤其是主变压器），从而对机组及 变压器造成损坏。
发电机励磁系统原理
励磁系统的组成与分类
自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器） 励磁电源（励磁机、励磁变压器） 整流器（AC/DC变换，SCR、二极管） 灭磁与转子过电压保护 按励磁电源分类： 直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统 自并励励磁系统 按响应速度分类： 慢速励磁系统 快速励磁系统 高起始励磁系统
PSS输入信号 Δω、Δδ、Pe、ΔP、Δf ➢测量轴转速Δω，测量和处理比较复杂, 轴系扭转的处理更加困难，使用较少 ➢测量过剩功率ΔP，测量和处理更加复杂,输入信号多，使用也少 ➢测量电功率Pe，在假定机械功率不变的情况下，可以得到过剩功率ΔP，使用广泛，效果不错。但在原 动机功率变化时会出现反调现象。 ➢测量机端电压频率△f，克服了Δω测量处理上的困难，但由于发电机电抗的影响，△f与频差Δω不完 全一致，因而效果上稍差。
▪ 解决励磁产生负阻尼，造成系统产生低频振荡的方法是附加控制，即电力系统稳定器，线性最优励磁控制器，
各种智能控制器。
▪依据F.D.迪米洛和C.康柯迪亚理论设计的电力系统稳定器(Power system stabilizer)，简称PSS，即为抑制系
统低频振荡和提高电力系统动态稳定性而设置的。
电力系统稳定器原理
伏赫限制以及其他辅助功能
设计U/F限制器是为了保护机组及与机组相连的变压器过激磁。当机组频率降低的时候，为了使机组的机端 电压保持恒定，励磁系统将会增加励磁电流，此时，如果机组在低频率的情况下使机端电压保持在额定值， 那么对机组及所有与机组相连的变压器而言，将有可能出现过磁通现象（尤其是主变压器），从而对机组及 变压器造成损坏。
发电机励磁系统原理
励磁系统的组成与分类
自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器） 励磁电源（励磁机、励磁变压器） 整流器（AC/DC变换，SCR、二极管） 灭磁与转子过电压保护 按励磁电源分类： 直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统 自并励励磁系统 按响应速度分类： 慢速励磁系统 快速励磁系统 高起始励磁系统
发电机无刷励磁系统基本原理(修改版)
发电机励磁系统
励磁系统主要类型
目前，国内、外汽轮发电机机组的励磁系统主要有以下两 种方式：无刷励磁系统和自并励静态励磁系统。
• 1、无刷励磁系统 • 2、自并励静态励磁系统
国际上运行中的汽轮发电机主要采用无刷励磁的公司有： 西屋、三菱、ALSTOM、西门子等；主要采用自并励静态 励磁的公司有：ABB、东芝、日立等。 国内135MW及以下容量汽轮发电机组采用无刷励磁系统 及自并励静态励磁系统，300MW及以上的大部分采用自 并励静态励磁系统。
DVR-2100B励磁屏主要结构(二）
• 3、控制层
UG1: 机端三相线电压平均值
IG1: 定子三相电流平均值
UFD: 励磁电压,对于无刷励磁系统此处显示零
IFD: 励磁电流, 对于无刷励磁系统显示的为微机励磁控制柜输出电流
UGR: 自动（恒机端电压调节）PID的给定参考电压
IFR: 手动（恒励磁电流或恒输出电流调节）PID的给定参考电流
P: 有功功率
Q: 无功功率
ARF: 可控硅输出角
COS: 功率因数
F0: 系统频率
ILD：本通道电流
DVR-2100B励磁屏主要结构(三）
• 4、开关层 有交流电源开关QS1、直流电源开关QS2、通道A电源输入开关KKA、通道B电源输入开 关KKB。 QS1：DVR-2100B微机励磁控制柜的工作电源开关。机组达到额定转速，永磁发电机输 出电压达到额定值时，合上该开关，永磁发电机向DVR-2100B微机励磁控制柜提供工作 电源。 QS2：DVR-2100B微机励磁控制柜辅助工作电源开关。机组未运行时合上该开关，220V 直流母线向DVR-2100B微机励磁控制柜提供工作电源，也可用于DVR-2100B微机励磁控 制柜静态时的参数调整或其他试验。机组运行时，合上该开关，220V直流为DVR-2100B 微机励磁控制柜提供备用工作电源。 KKA：通道A励磁电源输入开关。机组达到额定转速，DVR-2100B微机励磁调节器参数 设定完成，机组具备投励时合上该开关。 KKB：通道B励磁电源输入开关。机组达到额定转速，DVR-2100B微机励磁调节器参数 设定完成，机组具备投励时合上该开关。
励磁系统主要类型
目前，国内、外汽轮发电机机组的励磁系统主要有以下两 种方式：无刷励磁系统和自并励静态励磁系统。
• 1、无刷励磁系统 • 2、自并励静态励磁系统
国际上运行中的汽轮发电机主要采用无刷励磁的公司有： 西屋、三菱、ALSTOM、西门子等；主要采用自并励静态 励磁的公司有：ABB、东芝、日立等。 国内135MW及以下容量汽轮发电机组采用无刷励磁系统 及自并励静态励磁系统，300MW及以上的大部分采用自 并励静态励磁系统。
DVR-2100B励磁屏主要结构(二）
• 3、控制层
UG1: 机端三相线电压平均值
IG1: 定子三相电流平均值
UFD: 励磁电压,对于无刷励磁系统此处显示零
IFD: 励磁电流, 对于无刷励磁系统显示的为微机励磁控制柜输出电流
UGR: 自动（恒机端电压调节）PID的给定参考电压
IFR: 手动（恒励磁电流或恒输出电流调节）PID的给定参考电流
P: 有功功率
Q: 无功功率
ARF: 可控硅输出角
COS: 功率因数
F0: 系统频率
ILD：本通道电流
DVR-2100B励磁屏主要结构(三）
• 4、开关层 有交流电源开关QS1、直流电源开关QS2、通道A电源输入开关KKA、通道B电源输入开 关KKB。 QS1：DVR-2100B微机励磁控制柜的工作电源开关。机组达到额定转速，永磁发电机输 出电压达到额定值时，合上该开关，永磁发电机向DVR-2100B微机励磁控制柜提供工作 电源。 QS2：DVR-2100B微机励磁控制柜辅助工作电源开关。机组未运行时合上该开关，220V 直流母线向DVR-2100B微机励磁控制柜提供工作电源，也可用于DVR-2100B微机励磁控 制柜静态时的参数调整或其他试验。机组运行时，合上该开关，220V直流为DVR-2100B 微机励磁控制柜提供备用工作电源。 KKA：通道A励磁电源输入开关。机组达到额定转速，DVR-2100B微机励磁调节器参数 设定完成，机组具备投励时合上该开关。 KKB：通道B励磁电源输入开关。机组达到额定转速，DVR-2100B微机励磁调节器参数 设定完成，机组具备投励时合上该开关。
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电力系统励磁控制发展过程：
PID 控制；
PSS 控制
线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control）
非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control）
非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
PID励磁控制理念
提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定）
励磁是发电机励磁，也是系统的励磁，但更重要的还是发电机励磁
励磁控制系统的主要任务
1、同步发电机励磁控制系统的最基本和最主要的任务是 维持发电机电压在给定水平上
1.1、第一，保证电力系统运行设备的安全。 1.2、第二，保证发电机运行的经济性 1.3、第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳 定的要求在许多方面是一致的。
励磁重要概念
Synchronous Machine Regulator
Exciter
Synchronous Machine
Power System
励磁系统
Excitation System
Excitation Control System
励磁控制系统
Blockdiagramm according IEEE
发电机励磁系统原理（1）
水轮发电厂原理
大坝、水电厂、水轮 机、发电机定子、转 子、励磁系统
水轮发电厂转子
n=60f/P 励磁绕组（d轴） 阻尼绕组（d轴、 q轴）
励磁的基本概念
什么是励磁？
导体切割磁力线感生电动势e
励磁就是提供一个磁场B
4.44:有效值系数
E=4.44fNΦ
F:励磁条件与影响 N:机端电压影响
Φ:与励磁电流关系
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
励磁的基本任务
Governor调速 Frequency（f） Active Power（P）
功角δ
Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug）
G Excitation励磁
功角含义（电气量与空间量）、静稳极 限Pmax、系统稳定余度（Pmax/P）、 功角范围（机组小于系统）
ΔVG
K
控制 1
K
如K=100 ΔVG
20
80 1 5s
G(s) 20 80 1 5s
100 1 s 1 5s
励磁机他励与自并励
Output of Excitation System
Potential Transformers Current Transformers
Uf , If
<
UE , IE AVR
励磁系统新科技
现在发电机励磁系统采用单轴直流电励磁； 发电机励磁系统科研主要内容：双轴励磁；交流励磁；
励磁控制系统新科技
现在励磁控制系统规律大多采用传统经典控制理论：PID+PSS 励磁控制系统科研主要内容：电力系统稳定器PSS；线性最优控 制规律（华中科技大学）；非线性最优控制规律（清华大学 ） 。
励磁控制系统是 包括控制对象的反 馈控制系统
整流器输入开关 的定义：灭磁开关 &隔离开关：按是 否投灭磁电阻而定
现代励磁基础
同轴直流发电机（体积大、效率低、容量小）
电力电子器件：二极管、晶闸管（可控硅）、IGBT等
PN结、单相导通特性、可控硅伏安特性
可控硅导通条件：正向电压、正向脉冲
可控硅关断条件：反向电压 同步电压、触发脉冲、脉宽调制
直流励磁机系统（开关励磁）
FMK
*
FLQ
F
CT
L
PT
Rc LLQ
同轴
自动励磁调节器
开关式励磁调节器的优点是： 结构紧凑，体积小，且励磁电 源可靠，不受电力系统电压波 动的影响。另外，不存在可控 整流桥的触发同步问题，控制 简便，运行可靠性高。
交流励磁机系统（三机它励） 同轴
组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同
直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统 无刷励磁系统 自并励励磁系统
按响应速度分类：
慢速励磁系统 快速励磁系统 高起始励磁系统
三峡电厂右岸励磁系统
THYRIP OL
完全柔性制动系统
调 辅助 节 控制 器柜
整流柜（功率柜） 制动整流柜
（柔性制动）
直流灭磁 灭磁
开关柜 电阻柜
S101
S106+S107
灭磁慢 续流二极管
三相全控桥电路要点
SCR导通顺序：
1234561234561234……
整流状态
•交流变直流，能量供给 •00<a<900 •Ud>0
逆变状态
•直流变交流，能量反送
•900<a<1500 (1800-0)
•Ud<0
Ud=1.35U2cosa I2＝0.816Id
三相全控桥实际电路波形
自并励励磁系统 IGBT
For Exa4m00pVleAC
110 V DC
Generator
Main Exciter Voltage Regulator
他励：励磁电源取自励磁机或厂用电等； 自励：励磁电源取自发电机本身，可靠性高，但需采取措 施保证强励能力。
励磁系统的组成与分类
自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器） 励磁电源（励磁机、励磁变压器） 整流器（AC/DC变换，SCR、二极管） 灭磁与转子过电压保护 按励磁电源分类：
轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。 也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。
优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响 缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡
自幷励静止有刷励磁源自静止无刷励磁系统旋转
自并励磁系统
励磁装置就是提 供发电机磁场电流 的装置，包括所有 调节与控制元件， 还有磁场放电或灭 磁装置及保护装置
开关励磁
可控硅励磁原理
三相全控桥电路 α=00:强励状态，AC变DC α=α0:整流状态，AC变DC α=1500:逆变状态，DC变AC
全控桥与半控桥
全控桥：
整流与逆变 整流特征相同 能够逆变也能续流 Uf反相恒定
If线性衰减 灭磁快
半控桥：
整流与续流 整流特征相同 不能逆变只能续流
Uf＝0 If非线性衰减
因电感引起换弧角 带来的过电压尖峰， 逆变颠覆
实际电路器件介绍： 快熔、阻容、分流器、 表记、均流、开关、 脉冲变等
同步发电机励磁的作用
1. 从发电厂角度学习励磁（励磁技术初级）
调节发电机电压（空载） 调节发电机无功功率（负载） 多台发电机无功功率分配（调差） 安全可靠运行（关键）
2. 从电力系统角度研究励磁（励磁技术高级）
PID 控制；
PSS 控制
线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control）
非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control）
非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
PID励磁控制理念
提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定）
励磁是发电机励磁，也是系统的励磁，但更重要的还是发电机励磁
励磁控制系统的主要任务
1、同步发电机励磁控制系统的最基本和最主要的任务是 维持发电机电压在给定水平上
1.1、第一，保证电力系统运行设备的安全。 1.2、第二，保证发电机运行的经济性 1.3、第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳 定的要求在许多方面是一致的。
励磁重要概念
Synchronous Machine Regulator
Exciter
Synchronous Machine
Power System
励磁系统
Excitation System
Excitation Control System
励磁控制系统
Blockdiagramm according IEEE
发电机励磁系统原理（1）
水轮发电厂原理
大坝、水电厂、水轮 机、发电机定子、转 子、励磁系统
水轮发电厂转子
n=60f/P 励磁绕组（d轴） 阻尼绕组（d轴、 q轴）
励磁的基本概念
什么是励磁？
导体切割磁力线感生电动势e
励磁就是提供一个磁场B
4.44:有效值系数
E=4.44fNΦ
F:励磁条件与影响 N:机端电压影响
Φ:与励磁电流关系
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
励磁的基本任务
Governor调速 Frequency（f） Active Power（P）
功角δ
Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug）
G Excitation励磁
功角含义（电气量与空间量）、静稳极 限Pmax、系统稳定余度（Pmax/P）、 功角范围（机组小于系统）
ΔVG
K
控制 1
K
如K=100 ΔVG
20
80 1 5s
G(s) 20 80 1 5s
100 1 s 1 5s
励磁机他励与自并励
Output of Excitation System
Potential Transformers Current Transformers
Uf , If
<
UE , IE AVR
励磁系统新科技
现在发电机励磁系统采用单轴直流电励磁； 发电机励磁系统科研主要内容：双轴励磁；交流励磁；
励磁控制系统新科技
现在励磁控制系统规律大多采用传统经典控制理论：PID+PSS 励磁控制系统科研主要内容：电力系统稳定器PSS；线性最优控 制规律（华中科技大学）；非线性最优控制规律（清华大学 ） 。
励磁控制系统是 包括控制对象的反 馈控制系统
整流器输入开关 的定义：灭磁开关 &隔离开关：按是 否投灭磁电阻而定
现代励磁基础
同轴直流发电机（体积大、效率低、容量小）
电力电子器件：二极管、晶闸管（可控硅）、IGBT等
PN结、单相导通特性、可控硅伏安特性
可控硅导通条件：正向电压、正向脉冲
可控硅关断条件：反向电压 同步电压、触发脉冲、脉宽调制
直流励磁机系统（开关励磁）
FMK
*
FLQ
F
CT
L
PT
Rc LLQ
同轴
自动励磁调节器
开关式励磁调节器的优点是： 结构紧凑，体积小，且励磁电 源可靠，不受电力系统电压波 动的影响。另外，不存在可控 整流桥的触发同步问题，控制 简便，运行可靠性高。
交流励磁机系统（三机它励） 同轴
组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同
直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统 无刷励磁系统 自并励励磁系统
按响应速度分类：
慢速励磁系统 快速励磁系统 高起始励磁系统
三峡电厂右岸励磁系统
THYRIP OL
完全柔性制动系统
调 辅助 节 控制 器柜
整流柜（功率柜） 制动整流柜
（柔性制动）
直流灭磁 灭磁
开关柜 电阻柜
S101
S106+S107
灭磁慢 续流二极管
三相全控桥电路要点
SCR导通顺序：
1234561234561234……
整流状态
•交流变直流，能量供给 •00<a<900 •Ud>0
逆变状态
•直流变交流，能量反送
•900<a<1500 (1800-0)
•Ud<0
Ud=1.35U2cosa I2＝0.816Id
三相全控桥实际电路波形
自并励励磁系统 IGBT
For Exa4m00pVleAC
110 V DC
Generator
Main Exciter Voltage Regulator
他励：励磁电源取自励磁机或厂用电等； 自励：励磁电源取自发电机本身，可靠性高，但需采取措 施保证强励能力。
励磁系统的组成与分类
自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器） 励磁电源（励磁机、励磁变压器） 整流器（AC/DC变换，SCR、二极管） 灭磁与转子过电压保护 按励磁电源分类：
轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。 也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。
优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响 缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡
自幷励静止有刷励磁源自静止无刷励磁系统旋转
自并励磁系统
励磁装置就是提 供发电机磁场电流 的装置，包括所有 调节与控制元件， 还有磁场放电或灭 磁装置及保护装置
开关励磁
可控硅励磁原理
三相全控桥电路 α=00:强励状态，AC变DC α=α0:整流状态，AC变DC α=1500:逆变状态，DC变AC
全控桥与半控桥
全控桥：
整流与逆变 整流特征相同 能够逆变也能续流 Uf反相恒定
If线性衰减 灭磁快
半控桥：
整流与续流 整流特征相同 不能逆变只能续流
Uf＝0 If非线性衰减
因电感引起换弧角 带来的过电压尖峰， 逆变颠覆
实际电路器件介绍： 快熔、阻容、分流器、 表记、均流、开关、 脉冲变等
同步发电机励磁的作用
1. 从发电厂角度学习励磁（励磁技术初级）
调节发电机电压（空载） 调节发电机无功功率（负载） 多台发电机无功功率分配（调差） 安全可靠运行（关键）
2. 从电力系统角度研究励磁（励磁技术高级）