第四章 同步发电机的自动励磁调节装置

• 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;
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
•UG≈UX+IQ(XB+XL) •UB≈UX+IQXL
压的变化而变化，
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。
• 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
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
•Xd—发电机的直轴电抗。
+ GEW
UEF IEF
-
~G
ÙG İG
负 荷
发电机稳定运行图
(a)原理图
İG
·
. UG
Eq
(b)等值电路图 发电机稳定运行图
δ是Eq.和U.G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
Eq cos UG IQ X d
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.
İG
.
Eq
UX
• UX、UB－电力系统电压
和变压器高压侧电压。
(b)等值电路图 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
•UG≈UX+IQ(XB+XL)
•
可以改变发电机无功电流IQ，
•UB≈UX+IQXL •IQ=(Eq-UX)/(Xd+XB+XL)
• 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， 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
第四章 同步发电机的自动调节励磁装置
教学目的：了解励磁控制系统的任务、理解对 励磁系统的基本要求，了解同步发电机各种励 磁系统的特点，了解半导体励磁调节其的构成、 工作原理，掌握并联运行机组间无功功率的分 配，了解强励及灭磁的概念、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。
• δ－发电机的功率角。
• 由上两式得
IGcosφ= Eqsinδ=
PG UG
＝常数=K1
Xd
UG
PG＝常数=K2
(4-3)
(a)
(4-4)
图4-4 同步发电机与无限大 母线并联运行
• 由图IEF2>IEF1时，IQ2> IQ1 • 由于UG=定值,所以当励磁
电流IEF增加时,发电机发 出的无功功率(QG=UGIQ) 就增加了.
返回
IEF1 IEF2
的变化,即发电机单机带负荷运
UG
行时,电压变化主要是由定子电 ′
流的无功分量IQ变化引起的
0
IQ1 IQ2
I
发电机的外特性 Q
(IEF不变时)
•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。
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。
• 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。 • 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 • PG=(EqUG/Xd)sinδ=常数 • φ－功率因数角；
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主要任务
(一)控制电压: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, + GEW
• 励磁控制系统的电压调节作 UEF IEF
用可用右图说明。
-
~G
ÙG İG
负 荷
• GEW是发电机的励磁线圈， 发电机稳定运行图
• 同样,当IEF减少时, QG就会 减少。
•IQ=(Eq-UX)/(Xd+XB+XL)
• 调节发电机励磁电流不再会引起发电机电压的变 化，即发电机励磁调节系统不再有调节发电机电 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
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 XL UX
~G
变压器 线路
• IQ=(Eq-UX)/(Xd+XB+XL) XB、 XL－变压器漏抗和输电线
(a)电路图 Xd UG XB UB XL
路电抗；
• Ù G和İG分别为发电机定子电 压和电流。
(a)原理图
•正常时,流经GEW的励磁电流
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
E&q U&G jI&G Xd
一般δ很小,可近似认为cosδ≈1,于是上式简化为
Eq UG IQ X d
E&q
φ
UG Eq IQ X d
UG=f(IQ)称为发
电机的外特性．
İQ
δ
φ İP
jI&G X d
U&G
jI&Q Xd
İG (C)发电机的向量图
UG Eq IQ X d
UG
• Eq和IEF成正比。
Eq2 Eq1
• 当IEF不变时,IQ变化将引起UG UGe