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1、1.1励磁系统的作用 （一）控制发电机的端电压 维持发电机的端电压等于给定值是电力系统的调压的主要手段之一，在负荷变化的情况下，要保证发电机的端电压为给定值则必须调节励磁。 由发电机简化相量图（图1-1）可得 图 1-1同步发电机简化向量图 q = +jGXd (1-1) 式中： Eq发电机的空载电势 UG发电机的端电压 IG 发电机的负荷电流 图（1-1）发电机的相量图中，为q和G之间的夹角，即发电机的功率角，IGa和IGR分为发电机的功率因数角。根据图中的向量关系可以得出: Eqcos= UG +IGRXd (1-2) 一般很小，可近似地认为cos=1,所以（1-2）式可以简化为: EqU
2、G+IGRXd (1-3) 由式(1-3)可知，在发电机空载电势Eq恒定的情况下，发电机端电压UG会随负荷电流IG的增大而减小，为保证发电机端电压UG恒定，必须随发电机负荷电流IGR的增加（或减小）而增加（或减小）发电机的空载电势Eq，而Eq是发电机励磁电流IF的函数（若不考虑饱和，Eq和IF成正比），故在发电机运行中，随着发电机负荷电流的变化，必须调节励磁电流来使发电机端电压恒定。 （二） 合理分配并列运行发电机间的无功功率多台发电机在母线上运行时，他们输出的有功功率决定于输入的机械功率，而发电机输出的无功功率和励磁电流有关，控制并联运行发电机之间无功功率的分配是励磁控制系统的一项重要功能。
3、各并联运行发电机间承担无功功率的大小取决于各发电机的调差特性，即发 电机端电压Ut和无功电流IQ之间的关系.定义为调差系数 =-U*t/I*t (1-4)式中：Ut*为发电机端电压变化对额定电压之比，Ut*=Ut/Ue;I*Q无功电流变化对额定无功电流之比I*Q=IQ/IQe,在实际电力系统常用无功变化对额定无功之比Q*=Q/Qe。 当母线电压发生波动时，发电机无功电流的增量与电压偏差成正比，与调差系数成反比。通常我们希望发电机的无功电流应当按照机组容量按比例进行分配，即大容量机组负担的无功增量应大些，小容量机组担负的无功增量相应小些，这样就可以使无功增量的标幺值IQ*相等。由于励磁调节器可对
4、调差系数进行调节，所以就可以达到机组间无功负荷合理分配的目的。（三） 提高电力系统并联运行的稳定性1. 励磁控制提高静态稳定性电力系统的静态稳定性实质是运行点的稳定性。通常是指发电机在稳态运行时遭到某种微小的扰动后，能自动地回复到原来的运行状态的能力。在图1-2单机-无穷大系统中，同步发电机的有功功率方程（忽略凸极效应和回路电阻）为下式： (1-5)式中：Eq为励磁电动势；U为母线电压Xd=Xd+XT+XL为发电机，变压器和线路电抗之和。 图1-2单机-无穷大系统 图1-3为功角特性曲线，对于同样的输出功率，曲线越高，功角越小，稳定储备就大，尤其是当输出功率波动时，曲线3要比曲线1稳定裕度大。
5、发电机负荷电流增加时，Ug会下降，励磁调节会使Eq增大，使功角特性上移，这样就可明显提高运行功率特性，扩大稳定域，提高了静态稳定储备。图1-3功角特性曲线2. 励磁控制提高暂态稳定性暂态稳定性是指电力系统遭受大扰动后各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来的状态运行的能力（通常保持第一或第二摆不失步）。提高励磁系统的电压响应比（即采用快速励磁系统），以及提高励磁系统的顶值电压倍数（即增加励磁倍数）可以有效地提高系统的暂态稳定性。2.1励磁方式的分类 同步发电机的运行特性与它的气隙电势Eq值的大小有关，而Eq的值是发电机励磁电流IL的函数，改变磁电流就可影响同步发电机在电力系统中的运行特性。
6、在电力系统发展初期，同步发电机容量较小，励磁电流通常由与发电机同轴的直流发电机供给，即直流励磁机方式。随着发电机容量的提高，所需的励磁电流也随之增大，而直流电机由于存在机械整流环，功率过大时制造存在困难，因此在大容量的发电机组上很少采用，20世纪60年代初国外开始在中型发电机上采用交流励磁电源加半导体整流器的励磁方式（简称半导体励磁方式），到20世纪60年代末和70年代初，以得到普遍应用。目前，半导体励磁已成为励磁方式的主流。 同步发电机半导体励磁系统中的直流励磁电流是把交流励磁电源经半导体整流后得到的。根据交流励磁电源的不同种类，同步发电机半导体励磁方式又可以分为两类： 1.他励半导体励磁系
7、统这类励磁系统采用与主机同轴的交流发电机作为交流励磁电源，经二极管，晶闸管或全控功率器件进行整流后，供给发电机励磁；这类励磁系统由于交流励磁电源取自轴功率，即主发电机之外的独立电源，故称为他励半导体励磁系统，简称他励系统。用作励磁电源的同轴交流发电机称为交流励磁机。这类励磁系统根据半导体整流器是静止的还是旋转的，又可分为他励静止式半导体励磁系统和他励旋转式励磁系统。其中后者由于半导体整流元件和交流励磁机电枢与主轴一同旋转，直接给主发电机转子励磁绕组供给励磁电流，不需要经过转子滑环及碳刷引入，也称为无刷励磁方式。2. 自励半导体励磁系统 这类励磁系统通常采用变压器提供交流励磁电源，励磁变压器接在
8、发电机极端或厂用电母线上。因励磁电源取自发电机自身或发电机所在电力系统，故这种励磁方式称为自励励磁系统，简称自励系统。 自励励磁系统又可进一步细分为多种具体实现放式，如果只用一台励磁变压器并联在机端，则称为自并励方式。如果除了并联的励磁变压器外，还有与发电机定子电流回路串联的励磁变流器（或串联变压器），则构成所谓自复励方式，根据励磁系统变压器和串联变压器结合的方式又可分为：直流侧并联自复励方式；直流侧串联自复励方式；交流侧并联自复励方式；交流侧串联自复励方式。 2.2同步发电机励磁自动控制系统 同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成，而同步发电机和励磁系统组成同步发电机励磁控制系统，同步发电机为被控对象。如图2-1为典型同步发电机励磁系统控制框图，励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即励磁电流;励磁调节器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。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器，励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。 2-1同步发电机励磁控制系统控制框图
