微机励磁2017
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近十几年来，国內生产的800kW及以下的低压机 组几乎都是采用无刷励磁方式。机组内部釆用旋转二 极管整流。由于技术水平的提高，无刷励磁机组使用 的旋转二极管故障率已降到相当低。而且配用的微机 励磁调节器体积很小巧，可控硅元件已集中安装在调 节器箱子內。并且连残压起励（俗称黑起励）电路也 做在其中。
§2.4 静止可控硅励磁方式
出现了可控硅（学称晶闸管）元件，还出现了晶体管及集 成电路。相应的出现了半导体励磁调节器与可控硅配合的 快速励磁调节器。其优点是响应速度快，调节特性较好。 它的缺点是构造复杂，稳定性与性能一致性不好。
§1.4 1985年，南京自动化研究所在福建省池潭水电厂5万
千瓦机组上投运了世界上第一台微机励磁调节器。1990年4 月22日，福州大学研制的WLT-1型微机励磁调节器在福建 省永安鸭姆潭水电站1250kW机组上投入稳定运行,这是我国 小水电采用微机励磁技术的开端。微机励磁调节器是当代 计算机技术与自动控制理论飞速发展的结果。微机励磁调 节器具有结构简单丶稳定性与性能一致性极好，可以应用 复杂的控制原理等一系列显著优点。微机励磁调节器通常 釆用PID控制算法，在大型机组上还有釆用非线性控制算法。
最初的电磁式是很古老的事情，我们不去说它了。后来 发展了磁放大器式，主要是与直流励磁机配合，这一代一 直用到1980年代还有看见。其缺点是响应速度慢，调节特 性差，体积庞大，耗费大量铜材钢材。
电子管（含离子管）由于其带负载能力较差並且结构复 杂，故在励磁技术上基本上未得到应用。
§1.3 1960年代1970年代开始了电力电子技术的飞速发展，
图3-1 按给定电压运行的发电机 的外特性曲线
图中示出了按给定发电机外特性进行调节的闭环系统。我们 定义电压偏差值e = Ug - Uf - δIw，式中Ug 是给定电压Uf 是电压实际值，Iw是无功电流，δ为调差系数。当偏差值 e =0即意味着电压与无功电流的运行点落在图3-1的特性曲 线上，否则就要调节励磁电流。我们釆用变参数PID算法就 是要使得偏差值e旣快又稳地趋向零。微机励磁调节器的 调节算法相当于模 拟型励磁调节器的 综合放大单元，但 性能大大优于后者。 调节器的调节特性 对于对象参数的变 化不敏感，即鲁棒 性良好，现场调试 时，易获得较好的 动态特性。
微机励磁技术的发展和应用
《小型水电站技术联盟》 2017年
技术交流会
陈树棠
一.励磁技术发展简史
§1.1 同步发电机由定子与转子构成这是多年来已经不变的。
根据励磁电流的来源分成直流励磁机方式丶交流励磁机方 式及静止可控硅励磁方式。
§1.2 近年来,随着电力电子技术丶计算机技术丶自动控制
理论及网络技术的发展，自动励磁调节器经历了几代的发 展。
图2-3 无Leabharlann Baidu励磁方式
无刷励磁方式的缺点是难以测量转子电流，难以监测 转子绝缘和旋转整流器是否完好。但这些问题在低压 机组上并不突出。
低压机组的无刷励磁方式为了省去励磁变压器, 直接釆用机端相电压230V作为电源,釆用单相半波或 单相半控桥式整流电路,最大输出电压约为100V或 200V,因此我们应选用额定励磁电压在60V-120V较适 宜。
图3-2. SMER微机励磁调节器原理框图
§3.2 励磁系统的静态及动态特性指标
励磁系统的静态特性指标是指自动励磁调节器投入丶调
三.微机励磁基本原理
§3.1微机励磁原理框图及控制算法
微机励磁调节器与传统的模拟式励磁调节器一样，也 要实现同步发电机的外特性。如图3-1所示，外特性曲线是 具有一定斜率δ（调差系数）和一定给定电压Ug（等于空 载机端电压）的一条直线。Uf代表发电机机端电压，Iw代 表发电机输出无功电流。Uf与Iw的 交点必须落在外特性曲线上。在一 定Uf下，增大或减小Ug可使曲线平 行上移或下移，从而增大或减小无 功电流。Ug不变时，机端电压波动， 要引起无功电流的波动，Uf升高Iw 要减小，Uf降低Iw要增大。
当，用快速保护即可解
决问题。几十年的运行
实践证明了这一点。
现在中小型高压机组上
广泛应用这种励磁方式。
§2.5 关于复式励磁
复式励磁就是用负载电流来补尝励磁电流的方式。它 通过功率电流互感器取出负载电流信号经过不可控整流加入励 磁电流。其优点是响应速度快，几乎沒有时延，因此动态特性 良好。特别是静止可控硅励磁方式下在机端短路时仍有强励作 用。所以早期的自并励方式静止励磁都加上复式励磁称为自复 励方式。但是自复励方式要增 加功率电流互感器和另一套整 流装置，结构复杂。由于调节 器性能的提高和大电流可控硅 制造技术的成熟价格的降低， 复励方式已很少被釆用。
这种无励磁机的励磁方式,从发电机端取得电源,经励 磁变压器和整流后再供给发电机本身励磁，故又称为自并 励方式静止励磁。这种方式结构简单丶设备少丶投资省和 維护工作量小等优点。缺点是机端短路时励磁电流将消失 或大大下降,这在早期是普遍的顾虑,因此用复式励磁来补 充。但是，研究证明静止可控硅励磁方式在机端短路的最 初0.5秒内强励作用的 励磁电流与其它方式相
§2.2 交流励磁机方式
由于出现了半导体整流二极管才出现了交流励磁 机方式。这种方式免除了直流励磁机的整流子与碳刷间 的摩擦与打火花的缺点，维护工作量小。同时也是独立 电源，工作较可靠，因此常用于大容量机组。
图2-2 交流励磁机方式
§2.3 无刷励磁方式
交流励磁机方式还存在电刷与滑环，大机组转子电流 达数千安，难以解决电刷均流问题，这就出现了无刷励磁 方式。这是无刷励磁方式的由来。近十几年来，我国在低 压小机组上流行无刷励磁方式，是因为彻底取销了碳刷， 維护方便，並且励磁功率很小，减少了励磁变压器及大功 率整流器的费用 。
二.同步发电机励磁方式
§2.1 同轴直流励磁机方式
这是过去几十年间发电机的主要励磁方式，由于存 在整流子与碳刷间的摩擦与打火花，运行与维护都比较困 难而且调节特性较差。常见与KFD-3型磁放大器型励磁调 节器配合使用，更常见的是手动调节磁场变阻器Rm，存 在跳闸过电压的隐患。
图2-1 直流励磁机方式
§2.4 静止可控硅励磁方式
出现了可控硅（学称晶闸管）元件，还出现了晶体管及集 成电路。相应的出现了半导体励磁调节器与可控硅配合的 快速励磁调节器。其优点是响应速度快，调节特性较好。 它的缺点是构造复杂，稳定性与性能一致性不好。
§1.4 1985年，南京自动化研究所在福建省池潭水电厂5万
千瓦机组上投运了世界上第一台微机励磁调节器。1990年4 月22日，福州大学研制的WLT-1型微机励磁调节器在福建 省永安鸭姆潭水电站1250kW机组上投入稳定运行,这是我国 小水电采用微机励磁技术的开端。微机励磁调节器是当代 计算机技术与自动控制理论飞速发展的结果。微机励磁调 节器具有结构简单丶稳定性与性能一致性极好，可以应用 复杂的控制原理等一系列显著优点。微机励磁调节器通常 釆用PID控制算法，在大型机组上还有釆用非线性控制算法。
最初的电磁式是很古老的事情，我们不去说它了。后来 发展了磁放大器式，主要是与直流励磁机配合，这一代一 直用到1980年代还有看见。其缺点是响应速度慢，调节特 性差，体积庞大，耗费大量铜材钢材。
电子管（含离子管）由于其带负载能力较差並且结构复 杂，故在励磁技术上基本上未得到应用。
§1.3 1960年代1970年代开始了电力电子技术的飞速发展，
图3-1 按给定电压运行的发电机 的外特性曲线
图中示出了按给定发电机外特性进行调节的闭环系统。我们 定义电压偏差值e = Ug - Uf - δIw，式中Ug 是给定电压Uf 是电压实际值，Iw是无功电流，δ为调差系数。当偏差值 e =0即意味着电压与无功电流的运行点落在图3-1的特性曲 线上，否则就要调节励磁电流。我们釆用变参数PID算法就 是要使得偏差值e旣快又稳地趋向零。微机励磁调节器的 调节算法相当于模 拟型励磁调节器的 综合放大单元，但 性能大大优于后者。 调节器的调节特性 对于对象参数的变 化不敏感，即鲁棒 性良好，现场调试 时，易获得较好的 动态特性。
微机励磁技术的发展和应用
《小型水电站技术联盟》 2017年
技术交流会
陈树棠
一.励磁技术发展简史
§1.1 同步发电机由定子与转子构成这是多年来已经不变的。
根据励磁电流的来源分成直流励磁机方式丶交流励磁机方 式及静止可控硅励磁方式。
§1.2 近年来,随着电力电子技术丶计算机技术丶自动控制
理论及网络技术的发展，自动励磁调节器经历了几代的发 展。
图2-3 无Leabharlann Baidu励磁方式
无刷励磁方式的缺点是难以测量转子电流，难以监测 转子绝缘和旋转整流器是否完好。但这些问题在低压 机组上并不突出。
低压机组的无刷励磁方式为了省去励磁变压器, 直接釆用机端相电压230V作为电源,釆用单相半波或 单相半控桥式整流电路,最大输出电压约为100V或 200V,因此我们应选用额定励磁电压在60V-120V较适 宜。
图3-2. SMER微机励磁调节器原理框图
§3.2 励磁系统的静态及动态特性指标
励磁系统的静态特性指标是指自动励磁调节器投入丶调
三.微机励磁基本原理
§3.1微机励磁原理框图及控制算法
微机励磁调节器与传统的模拟式励磁调节器一样，也 要实现同步发电机的外特性。如图3-1所示，外特性曲线是 具有一定斜率δ（调差系数）和一定给定电压Ug（等于空 载机端电压）的一条直线。Uf代表发电机机端电压，Iw代 表发电机输出无功电流。Uf与Iw的 交点必须落在外特性曲线上。在一 定Uf下，增大或减小Ug可使曲线平 行上移或下移，从而增大或减小无 功电流。Ug不变时，机端电压波动， 要引起无功电流的波动，Uf升高Iw 要减小，Uf降低Iw要增大。
当，用快速保护即可解
决问题。几十年的运行
实践证明了这一点。
现在中小型高压机组上
广泛应用这种励磁方式。
§2.5 关于复式励磁
复式励磁就是用负载电流来补尝励磁电流的方式。它 通过功率电流互感器取出负载电流信号经过不可控整流加入励 磁电流。其优点是响应速度快，几乎沒有时延，因此动态特性 良好。特别是静止可控硅励磁方式下在机端短路时仍有强励作 用。所以早期的自并励方式静止励磁都加上复式励磁称为自复 励方式。但是自复励方式要增 加功率电流互感器和另一套整 流装置，结构复杂。由于调节 器性能的提高和大电流可控硅 制造技术的成熟价格的降低， 复励方式已很少被釆用。
这种无励磁机的励磁方式,从发电机端取得电源,经励 磁变压器和整流后再供给发电机本身励磁，故又称为自并 励方式静止励磁。这种方式结构简单丶设备少丶投资省和 維护工作量小等优点。缺点是机端短路时励磁电流将消失 或大大下降,这在早期是普遍的顾虑,因此用复式励磁来补 充。但是，研究证明静止可控硅励磁方式在机端短路的最 初0.5秒内强励作用的 励磁电流与其它方式相
§2.2 交流励磁机方式
由于出现了半导体整流二极管才出现了交流励磁 机方式。这种方式免除了直流励磁机的整流子与碳刷间 的摩擦与打火花的缺点，维护工作量小。同时也是独立 电源，工作较可靠，因此常用于大容量机组。
图2-2 交流励磁机方式
§2.3 无刷励磁方式
交流励磁机方式还存在电刷与滑环，大机组转子电流 达数千安，难以解决电刷均流问题，这就出现了无刷励磁 方式。这是无刷励磁方式的由来。近十几年来，我国在低 压小机组上流行无刷励磁方式，是因为彻底取销了碳刷， 維护方便，並且励磁功率很小，减少了励磁变压器及大功 率整流器的费用 。
二.同步发电机励磁方式
§2.1 同轴直流励磁机方式
这是过去几十年间发电机的主要励磁方式，由于存 在整流子与碳刷间的摩擦与打火花，运行与维护都比较困 难而且调节特性较差。常见与KFD-3型磁放大器型励磁调 节器配合使用，更常见的是手动调节磁场变阻器Rm，存 在跳闸过电压的隐患。
图2-1 直流励磁机方式