励磁基础知识

1、中国南方电网公司调峰调频公司中国南方电网公司调峰调频公司励磁系统培训励磁系统培训(励磁基础知识励磁基础知识) )同步发电机基本原理线圈磁场转动产生的感应电势发电机转子和定子 不论是线圈在磁场里旋转或磁场相对线圈运动，只要通过线圈平面的磁通量发生变化，都会在线圈上产生感应电势。 由于制造工艺的需要，大部分发电机都是旋转磁场式的，在发电机中间旋转的磁场成为转子，在发电机外面的线圈称为定子。发电机的三相线圈 发电机三组线圈的安装位置是:B组线圈比A组线圈逆时针旋转后120度，C组线圈比B组线圈逆时针旋转后120度。磁极在定子绕组里旋转时，三个线圈产生电压的瞬时值为：发电机分类（根据原动机的结构）：

2、汽轮发电机： 能源燃烧煤、油、原子能等；汽轮机将热能转为动能，发电机在将动能变为电能。 转速高，磁场极对数少，发电机的直径也小；比较适合大、中型发电机组，单机容量可从数千KW（MW）到数10万KW（100MW）。 发电机分类（根据原动机的结构）： 水轮发电机： 利用水的落差将势能转为动能，再由动能转为电能。水轮机分为混流式(落差大，水流高，机组转速相对较高，直径较小)和贯流式（落差较小，水流量大，机组转速相对低，直径大）。 水轮发电机的单机容量从数百KW到数10万KW(100MW).同步电机分类(根据转子结构)： 同步电机的转子有两种不同的结构： 凸极同步电机 隐极式同步电机凸极同步电机隐极同

3、步电机励磁系统在电力生产诸环节中的位置电网中带调节系统的同步发电机同步电机为被调节对象，其他组成励磁调节器，在并网运行时，电网对会对闭环调节行为产生影响，即电网是一个外部扰动。同步电机的稳态性能 电机的稳态性能分为： 电气性能（电压、电流） 机械性能（转速、力矩）电气性能同步发电机等效电路如图，同步电抗前面的转子感应电压EMK为电压源，它取决于发电机的转速和磁场电流。直轴：d轴(定子和转子中的磁通方向)交轴：q轴(与其垂直的方向)凸极机和隐极机区别 隐极转子，d轴和q轴有效气隙近似相等，所产生的电抗XdXq。 凸极电机， d轴和q轴有效气隙不同，磁阻就不同， XdXq调整特性 表明发电机电压不

4、变，频率不变的条件下，励磁电流的调节规律 根据负荷电枢反应不同，调整特性有三种情况：阻性负荷，电枢反应对主磁通基本无影响，要维持机端电压不变，励磁电流只需稍微调整。电感性负荷，电枢反应去磁，要维持机端电压不变，励磁电流需要作较大的补充电容性负荷，电枢反应助磁，要维持机端电压不变，励磁电流需要削减。发电机运行方式 空载运行，发电机不带负荷 发电机并网运行，带负荷 发电机孤立运行，带负荷发电机空载运行发电机并网带负荷运行同步转矩和功角对隐极式同步电机，其定子磁场服从正弦分布，故其转矩公式：功角不为零时，由原动机驱动的转子通过磁力拖曳定子磁场，转子和定子间的作用力类似于一根“橡皮筋”。在稳定运行时，

5、机械力矩等于电磁转矩。隐极式转子在转矩特性最大转矩正比于转子感应电势和定子电流，对隐极式同步电机，其定子磁场服从正弦分布，故其转矩公式：功率图功率图相关说明电网中自动电压调节器的功能 电压调节器用于将励磁电流自动调节到当前运行工况所需的值。即在稳态时保持运行所需的数值，在运行工况变化时能迅速进行调整。 当典型电网无故障稳态运行时，自动电压调节器应满足以下基本要求： 保持用户侧电压在允许范围内 保证电站内并联运行发电机组间无功功率的合理分配 保证系统内无功的合理分配，将线路损耗降到最低水平，即在负载变化时也应保证良好的稳定性 保证发电机在安全的限度内运行发电机的有功和无功调节 发电机孤立或空载运

6、行时，发电机的转速由调速器来保持，发电机的电压由电压调节器来维持。并网后，发电机的频率和电压主要由电网决定，通过调节发电机组仅能对电压和频率产生很小的影响，此时，有功和无功就成为主导控制变量。发电机的有功和无功调节频率调差：当有功功率增加时，转速的给定值相应减小，这种倾斜的特性被称为频率调差。电压调节器系统，若发电机不通过升压变直接连到公共母线上，调差特性也必然是下降的，多数情况下，发电机通过升压变接到电网，变压器和电网的电抗会自然产生下降特性(软或负特性)的自然调差率。电压调节器的调差率调差率表示无功变化和电压变化之间的关系。对于现代的调节器，无功调差可通过参数设置在-20%+20%。也就是

7、在1p.u.无功时，发电机电压降低设定的数值。发电机的动态特性 同步电机运行时可能的扰动有：电网侧：电压、频率和负载的波动轴系：转矩(负载)的变化故障：甩负荷、短路、励磁系统故障对应的数学描述：电量：如电压、无功功率和励磁电流机械量：转速或频率，转矩和负载角度发电机的动态特性发电机和电网的瞬态特性 甩负荷：发电机主电路开关断开，发电机从并网运行变为孤立运行。甩负荷时，要求自动电压调节器立即反应。发电机电压在甩负荷后的变化是考核电压调节器的或励磁系统优劣的重要指标。发电机和电网的瞬态特性 远端短路：短路点在母线和电网间的某一处。机端短路时发电机承受最严重的过载。靠近电厂的短路会导致甩负荷，远端短

8、路时应持续的支持电网，直到线路保护系统动作跳闸排除故障。 远端短路时会引起过电流和低电压，为维持电压恒定，励磁调节器将提供最大的励磁电流。短路故障排除后，发电机电压又会随负荷的减小而上升，此时也必须由电压调节器调整到它原来的值。同步发电机运行特性 空载特性 频率特性 外特性 调整特性空载特性 表明发电机空载情况下，发电机电压和励磁电流的关系。 在调节器失控时，励磁电流猛增，会导致发电机过压保护动作。频率特性 表明发电机空载励磁电流不变的情况下，发电机电压和频率的关系。 E=4.44fw,即在励磁电流不变(不变)，发电机电压和频率成正比 投入自动电压调节器后，机端电压在频率变化时保持不变，励磁电

9、流和频率成反比，所以低频时会发生过励。外特性 频率不变，励磁电流不变的情况下，发电机电压和发电机单机负荷电流的关系。 转子产生的磁场叫主磁场，定子产生的叫电枢磁场，电枢磁场对主磁场的作用叫电枢反应。根据负载性质（阻性，感性和容性）分别作用不同（去磁，助磁）。三相交流电路 返回)240()120()(tSinRUmiCtSinRUmiBtSinRUmiA三相交流电路 三相负载功率计算： P = 3 UP = 3 U相相I I相相 或 P = UP = U线线I I线线3发电机的并列运行 1发电机的同期并列: 在发电机并入电网前，要进行同期判别，机端与系统电压之差符合以下三个条件： a.电压有效值

10、之差（指PT二次侧）小于5； b.频率相同； c.相位角的差：5 返回发电机的并列运行 2发电机的有功功率： 发电机的有功功率是由原动机来提供，原动机出力越大，所做的有功就越多；由于受供电频率的限制，原动机的出力并非任意的，他必须受电力系统规定按50HZ运行，并基本保持不变，这任务是由调速器来完成的，它必须根据负荷的变化不断地调整原动机的出力（水轮机的开度）实现频率恒定。 发电机的并列运行发电机的并列运行 4、自动励磁调节器 在负荷变化时维持机端电压、即系统电压恒定，就必须随负荷变化不断的调整励磁电流，就好象有功负荷变化时调整原动机出力维持频率不变一样。这个自动调整励磁电流系统，我们叫“自动励

11、磁调节器”， 返回发电机的并列运行5、强励： 由于电网中大容量的电动机启动或发生瞬时短路，发电机端电压大幅度迅速下降，就需要发电机励磁系统在极短的时间内给转子提供较大励磁电流，使机端电压迅速恢复，这种情况叫强励。 强励是由励磁系统来完成的，它的快速反应能在一定时间里输出1.82.0倍的励磁电压，让励磁电流迅速增加，机端电压迅速恢复正常。 返回发电机的并列运行发电机的并列运行 7、进相： 如果机组并网后，减小励磁电流，机组不但不向系统输出无功，相反在励磁电流减小到一定值后，向电网吸收无功，叫进相。返回发电机的并列运行 8、失步 机组并网后，必须按名牌参数在允许范围内运行，如果机组并网后只增加有功

12、，又不相应增加励磁电流，甚至减小励磁电流，使转子在定子里滑极，这就叫失步了。失步会引起发电机强烈的振动，是不允许的。所以增加励磁电流不仅是为了发无功，同时保证发电机的稳定运行。发电机的并列运行 9、调差： 机组在电网并列运行时存在功率分配问题，无功的分配是由励磁调节器来完成的。稳态时，任意调节励磁可改变发电机发出的无功。但在动态时系统电压变化无功分配就不一样要使机组在电网并列运行时，系统电压波动，时而使机组能按自身容量吸收适量无功，合理分配，这就叫“调差”。 变压器极性和组别 单相变压器的电压和极性 变压器极性和组别 三相变压器的接法和组别 三相变压器的一次绕组和二次绕组，都可以采用三角形连接

13、或星形连接，三角形连接时高压绕组用D表示，低压绕组用d表示，或统一用表示；星形连接时高压绕组用Y表示，低压绕组用y表示，或统一用Y表示 变压器极性和组别 一次线电压（UAB）方向当作时钟的分针，二次线电压（Uab）方向当作时钟的时针 ，可由电压向量图判别变压器组别。常用接法：Y/Y12 ，Y/11 变压器极性和组别Y/Y12 变压器极性和组别 Y/11 晶闸管(可控硅)的控制原理 晶闸管的导通条件：以下两条件须同时具备a正向阳极状态（阳极电位高于阴极电位）；b控制极加上触发电压（或触发脉冲）； 晶闸管的关断条件：以下任一条件即可关断a主回路断开；b晶闸管两端处于反向电压时（阳极电压低于阴极电压

14、）c流过晶闸管的电流下降到小于维持电流 晶闸管的控制原理单相半波可控整流电路晶闸管的控制原理单相半波可控整流电路控制角：从晶闸管承受正向电压起到触发脉冲加 入时的电角度。导通角：晶闸管在一个周期内导通的角度。移相：改变的大小即改变脉冲在每个周期内出现 的时刻；对单相半波电路的移相范围是 0。 越大即脉冲向后移晶闸管导通时间 越小，电阻上的输出电压越小。单相半波可控桥输出电压和电流为：三相可控整流电路 单相半控整流 单相全波整流电路 三相可控整流电路：三相全控整流桥的直流输出电压平均值： 晶闸管承受反压：U2 U2是整流桥输入线电压CosUUd235. 12单相半控整流电路电感负载电感上的能量释

15、放，电感上的电流不能突变晶闸管未关断，负载上产生反电势单相半控整流电路电感负载续流二极管负载电感很大（如发电机的转子），能量释放时间长，角控制作用很小，输出平均电压很低加续流二极管，输出电流比较平。单相全波整流电路半控桥单相全波整流电路全控桥三相可控整流电路-半控桥直流输出电压平均值：晶闸管承受反压：移相范围：0180U2是整流桥输入线电压三相可控整流电路-半控桥 自然换向点：从此点开始这相可控硅才开始承受正向电压。控制角是从自然换向点开始算起。 失控：大电感负载情况下出线丢脉冲现象，可控硅换相时不能关断，导致一个可控硅一直导通，电路进入失控状态。三相可控整流电路-全控桥共阴极组，共阳极组触发脉冲：在触发共阴极可控硅时必须同时触发对应回流的共阳极可控硅，回路才能导通。 = 0 一个周期内每只可控硅导通时间120度，换相6次，6只硅对应6组脉冲，同时换相时要求仍能可靠导通，要求脉冲宽度大于60度，小于120度，为减少脉冲功率，多采用双脉冲，即在每个可控硅触发导通的同时还给前一只可控硅补一个脉冲，这样才能保证可靠换相。三相可控整流电路-全控桥三相可控整流