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1、5.2 5.2 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一、同步发电机励磁系统的基本构成一、同步发电机励磁系统的基本构成1 1、同步发电机励磁系统由、同步发电机励磁系统由发电机发电机及其及其励磁系统励磁系统组成的反馈自动组成的反馈自动控制系统控制系统. .发电机励磁系统发电机励磁系统由由自动励磁调节器自动励磁调节器及及励磁功率单元励磁功率单元组成。组成。自动励磁调节器自动励磁调节器分分机电式机电式励磁调节器、励磁调节器、半导体半导体励磁调节器和励磁调节器和计计算机算机励磁调节器。励磁调节器。励磁功率单元是为同步发电机提供励磁功率单元是为同步发电机提供直流直流励磁电流的励磁电流的.
2、.按提供直流励磁电流的电源不同，励磁功率单元按提供直流励磁电流的电源不同，励磁功率单元分为分为直流电源直流电源励磁励磁和和交流电源交流电源励磁。励磁。 直流电源励磁的电源为直流发电机，称为直流励磁机；直流电源励磁的电源为直流发电机，称为直流励磁机； 交流电源励磁包括交流电源和整流器两部分。交流电源励磁包括交流电源和整流器两部分。交流电源励磁的电源分为交流发电机（称为交流励磁机）、串交流电源励磁的电源分为交流发电机（称为交流励磁机）、串联变压器和并联变压器。联变压器和并联变压器。整流器分为可控硅整流和不可控硅整流。整流电路分为静止整整流器分为可控硅整流和不可控硅整流。整流电路分为静止整流电路和旋
3、转整流电路两种形式。旋转整流电路的整流元器件流电路和旋转整流电路两种形式。旋转整流电路的整流元器件是和发电机转子同轴旋转的；静止整流电路的整流元器件是放是和发电机转子同轴旋转的；静止整流电路的整流元器件是放在地面上静止不动的；在地面上静止不动的；发电机励磁系统经历发电机励磁系统经历了一个由初级到高级了一个由初级到高级的发展过程。的发展过程。早期：早期：直流励磁机直流励磁机，配用的是配用的是电磁式电磁式的励的励磁调节器；磁调节器；随着半导体技术的发随着半导体技术的发展，又诞生了展，又诞生了半导体半导体励磁调节器；励磁调节器；随着计算机技术的发随着计算机技术的发展，人们又研制了计展，人们又研制了计
4、算机励磁调节器，又算机励磁调节器，又称称数字式数字式励磁调节器励磁调节器。后来：后来：交流励磁机交流励磁机同步发电机励磁系统类型励励励励 磁磁磁磁 系系系系 统统统统直流励磁直流励磁直流励磁直流励磁机机机机交流励磁交流励磁交流励磁交流励磁机机机机静止励静止励静止励静止励磁磁磁磁本节重点介绍励磁功率单元，下一节将介绍自动励磁调节器本节重点介绍励磁功率单元，下一节将介绍自动励磁调节器二、常用同步发电机励磁系统的工作原理二、常用同步发电机励磁系统的工作原理1. 1. 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统是最早应用的一种励磁方式。直流励磁机励磁系统是最早应用的一种励磁方式。 由由于
5、于它它是是靠靠发发电电机机的的换换向向器器进进行行整整流流的的，当当励励磁磁电电流流过过大大时时，换换向向就就很很困困难难，所所以以这这种种方方式式只只能能在在100 100 MWMW以以下下的的中中小容量机组中采用小容量机组中采用。 直直流流励励磁磁机机大大多多与与发发电电机机同同轴轴，它它是是靠靠剩剩磁磁来来建建立立电电压压的的，按励磁机励磁方式不同又分为自励式和他励式两种。按励磁机励磁方式不同又分为自励式和他励式两种。(1) (1) 自励直流励磁机励磁系统自励直流励磁机励磁系统它的励磁电流控制由两种途径实现：它的励磁电流控制由两种途径实现：一一是是通通过过人人工工调调节节励励磁磁机机磁磁
6、场场电电阻阻来来改改变变励励磁磁机机的的励励磁磁电电流流IEE，从从而而达达到到人人工工调调整整发发电电机机励励磁磁电电流流的的目目的的，实实现现对对发发电电机机励励磁磁电电流流的的手动调节手动调节。二二是是通通过过自自动动励励磁磁调调节节器器对对励励磁磁机机的的励励磁磁电电流流IAVR自自动动调调节节，从从而而实现对发电机励磁电流的实现对发电机励磁电流的自动调节自动调节。励磁机励磁机EXEX和发电机和发电机G G同轴，靠剩同轴，靠剩磁建立电压。磁建立电压。励磁机发出的电流，一部分励磁机发出的电流，一部分(I(IEFEF) )送给发电机的励磁绕组；一部分送给发电机的励磁绕组；一部分(I(IEE
7、EE) )经过磁场变阻器经过磁场变阻器R RC C送给励磁送给励磁机的励磁绕组机的励磁绕组。由于励磁机向它自己提供励磁电流，故称为自励。由于励磁机向它自己提供励磁电流，故称为自励。I ILLLL励磁机的励磁电流励磁机的励磁电流I IAVRAVR自动励磁调节器输出的电流自动励磁调节器输出的电流I IEEEE励磁机提供的励磁机的励磁电流励磁机提供的励磁机的励磁电流(2) (2) 他励直流励磁机励磁系统他励直流励磁机励磁系统它与图它与图5.10 (a)5.10 (a)的不同之的不同之处在于直流励磁机的处在于直流励磁机的励磁励磁电流是由另一台与发电机电流是由另一台与发电机同轴的副励磁机供给，同轴的副励
8、磁机供给，故故称他励。称他励。 励磁机的励磁电流励磁机的励磁电流I IEEEE副励磁机提供的励磁电流副励磁机提供的励磁电流KK折算系数，将折算系数，将I IAVRAVR折算到折算到I IEEEE所流过的绕组所流过的绕组中去输出的电流中去输出的电流自励直流励磁机中，自励直流励磁机中，I IEEEE的增加促使励磁机电压的增加促使励磁机电压U UEFEF增加，而增加，而I IEEEE的增的增加又依靠加又依靠UEEUEE的增加。的增加。I IEEEE和和U UEEEE的这种关系使得励磁机的励磁时间常的这种关系使得励磁机的励磁时间常数增大了。数增大了。而它励直流励磁机则不然，它没有而它励直流励磁机则不然
9、，它没有I IEEEE和和U UEEEE的相互依赖关系，励磁的相互依赖关系，励磁时间常数只决定于励磁绕组的结构和参数。所以时间常数只决定于励磁绕组的结构和参数。所以它励直流励磁机它励直流励磁机时间常数小。时间常数小。2. 2. 交流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统随着电力电子技术的发展和大容量整流器件的出现，为适应随着电力电子技术的发展和大容量整流器件的出现，为适应大容量发电机组的需要，产生了交流励磁机励磁系统。大容量发电机组的需要，产生了交流励磁机励磁系统。这种励磁系统的励磁功率单元由这种励磁系统的励磁功率单元由与发电机同轴的交流励磁机与发电机同轴的交流励磁机和和硅整流器硅整流器组成。组成。
10、其中交流励磁机又分为其中交流励磁机又分为自励自励和和他励他励两种方式；两种方式；整流器又分为整流器又分为可控硅整流可控硅整流和和不可控硅整流不可控硅整流两种，每一种又有两种，每一种又有静止静止和和旋转旋转两种形式。两种形式。励磁系统的自动励磁调节器又有励磁系统的自动励磁调节器又有模拟式模拟式的，也有的，也有数字式数字式的。的。功率单元和调节器的各种不同形式的组合配用，使交流励磁功率单元和调节器的各种不同形式的组合配用，使交流励磁机励磁系统的类型多种多样。机励磁系统的类型多种多样。下面仅介绍在大型机组中常采用的他励方式，它又分为静止下面仅介绍在大型机组中常采用的他励方式，它又分为静止整流和旋转整
11、流两种。整流和旋转整流两种。(1) (1) 他励交流励磁机静止整流励磁系统他励交流励磁机静止整流励磁系统图所示是他励交流励磁机静止整流励磁系统原理接线图。图所示是他励交流励磁机静止整流励磁系统原理接线图。交流交流主励磁机和交流副励磁机均与发电机同轴旋转。主励磁机和交流副励磁机均与发电机同轴旋转。副励磁机输出的交流经晶闸管整流器整流后供给主励磁机的励副励磁机输出的交流经晶闸管整流器整流后供给主励磁机的励磁绕组。由于主励磁机的励磁电流不是由它自己供给的，故称磁绕组。由于主励磁机的励磁电流不是由它自己供给的，故称这种励磁机为他励交流励磁机。这种励磁机为他励交流励磁机。交流励磁机输出的交流电经过二极管
12、整流后变成直流，供给发交流励磁机输出的交流电经过二极管整流后变成直流，供给发电机做励磁电流。电机做励磁电流。自动励磁调节器通过调节晶闸管的控制角改变交流励磁机的励自动励磁调节器通过调节晶闸管的控制角改变交流励磁机的励磁电流，来控制发电机励磁电流。磁电流，来控制发电机励磁电流。主励磁机的频率主励磁机的频率为为100Hz100Hz，副励副励磁机的频率一般为磁机的频率一般为500Hz500Hz，以组成快以组成快速响应的励磁系统。速响应的励磁系统。励磁系统的整流电路整整整整 流流流流 电电电电 路路路路三相桥式三相桥式三相桥式三相桥式不可控不可控不可控不可控三相桥式三相桥式三相桥式三相桥式半控半控半控半控三相桥式三相桥式三相桥式三相桥式全控全控全控全控励磁调节装置原理图为600MW发电机自并励励磁系统励磁调节装置原理图为300MW三机励磁系统励磁调节器
