励磁系统及其转子磁场的建立和灭磁

电力系统自动化电气信息学院：黄玉龙一、励磁调节器基本功能

保持发电机端电压不变；保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。二、励磁调节器原理

1测量比较单元（1）电压测量：（2）比较整定：二、励磁调节器原理

2综合放大单元

（1）正竞比电路：励磁信号控制、低励限制信号（2）负竞比电路：最大励磁限制信号、瞬时过电流限制信号、电压/频率限制器信号。级别高于正竞比门控制信号。（3）信号综合放大电路：线性放大，双向限幅（4）互补输出电路：提高与下一级负载阻抗匹配能力

：二、励磁调节器原理

3移向触发单元

（1）移向触发：

（2）整流输出

：4自动-手动自动切换

（1）自动励磁调节器（AC），是主励磁调节器。正常时，AC工作，DC做备用。（2）手动励磁调节器（DC）。当AC故障时，由自动-手动自动切换装置控制，DC投入运行。二、励磁调节器原理

4自动-手动自动切换

（3）设有DC自动跟踪AC的自动跟随器，可确保切换冲击电流最小。（4）手动励磁调节器（DC）。只有测量比较单元、综合放大单元退出工作，而脉冲触发单元则继续工作。

DC给出的控制信号与AC电压相等时，两种方式的切换才能平滑进行。励磁调节器里设有专门的平衡指示电路保证调节方式的平稳切换。目录：励磁系统稳定器43自动励磁调节器的辅助控制2励磁调节器静态特性的调整1励磁调节器的静态工作特性三、励磁调节静态工作特性励磁调节器简化框图1静态工作特性的合成余弦触发单元全控整流电路三、励磁调节静态工作特性1静态工作特性的合成UG升高，UAVR急剧减小；反之，UAVR急剧增加。（a,b）内电压变化极小。UVZ2越小，即Rp移向负电源侧，UAVR越大，特性曲线右移。2发电机励磁控制系统静态特性（1）同步发电机励磁控制系统的静态工作特性是指在没有人工参与调节的情况下，发电机机端电压与发电机电流的无功分量之间的静态特性。此特性通常称为发电机无功调节特性。发电机的IEF与无功负荷电流IQ之间的关系转子电流一定的情况下，随着无功电流的增加机端电压降低随着转子电流的增大，发电机无功电流也增大0IGQIEE(IEF)UG=UG·NIGQUG发电机的无功调节特性abUG=UGNUG=UG0（2）发电机机端电压调差率：在自动励磁调节器的调差单元投入、电压给定值固定、发电机功率因数为零的情况下，发电机无功负荷从零变化到额定值时，用发电机额定电压的百分数表示的发电机机端电压变化率。目录：励磁系统稳定器43自动励磁调节器的辅助控制2励磁调节器静态特性的调整1励磁调节器的静态工作特性保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配，即改变调差系数。保证发电机在投入和退出电网运行时能平稳的转移无功负荷，不发生无功功率的冲击现象，即上下平移无功调节特性。一、励磁调节器基本功能调整调差系数调差系数决定于励磁调节系统总的放大倍数。一般自动励磁调节系数总的放大倍数是足够大的，因而带有励磁调节器的发电机调差系数一般<1%，近似为无差调节。不利于并列运行发电机无功功率的稳定分配，人为地加以调整，使调差系数加大到3~5%左右。负调差系数，大型发电机-变压器单元接线，补偿变压器阻抗上压降正调差系数，利于维持系统稳定运行无差调节

2调差系数的调整（1）改变极性正调差接线：UG-IQ的下斜度加强负调差接线（2）改变大小：调整电阻R值可以改变调差系数。只改变测量单元输入信号3发电机外特性的平移（1）发电机在退出系统运行时IG.Q2减小到IG.Q1减小到0，只要将发电机外特性由1下移动到3，这样机组就可平稳退出运行，不会发生无功功率的突变，不会引起对电网的冲击。（2）发电机投入运行时，待机组并入系统后外特性3向上移动，使无功电流逐渐增加到运行要求值。IG·Q0IGQ1IGQ2UGUsys123复习1.对励磁调节器静特性调整的基本要求是什么？2.在励磁调节器中为何要设置调差单元？3.平移发电机的外特性有何作用？4.励磁调节器引入调差单元后，是不是其维持机端电压水平的能力差了？为什么？

目录：励磁系统稳定器43自动励磁调节器的辅助控制2励磁调节器静态特性的调整1励磁调节器的静态工作特性最小励磁限制：最小励磁电流值应限制在发电机静态稳定极限及发电机定子端部发热允许的范围。大容量发电机组对励磁控制提出了更高的要求：超高压输电线路电压等级很高，输电线的电容电流大。当传输功率较小时，容性电流会使系统电压过高，发电机需要进相运行吸收多余的无功功率。进相运行的发电机允许吸收的无功功率与有功功率有关。五、自动励磁调节器的辅助控制辅助控制与励磁调节器正常情况下的自动控制的区别是：辅助控制仅在发生非正常运行工况，需要某些特有的限制功能时，通过信号综合放大电路的竟比电路，闭锁正常的电压控制，使相应的限制器启动控制作用。主要作用：提高励磁系统响应速度；提高系统稳定性；保护发电机、变压器、励磁机。

发电机输出功率五、自动励磁调节器的辅助控制整理，在静态稳定极限δ=90°时功率极限如下式。从而确定了发电机临界失步曲线。1欠励磁限制

进相运行，发电机定子端部漏磁磁密值增高，定子端部元件损耗发热严重。因此，为了防止定子端部过热，需要限制发电机进相运行容量曲线。五、自动励磁调节器的辅助控制发电机临界失步曲线和发电机进相运行容量曲线两曲线围定的公共区域内留有适当的裕量，整定一条最小励磁限制曲线。最小励磁限制器的输出接到综合放大环节的正竟比端。1欠励磁限制

由于电力系统稳定的要求，大容量的发电机组励磁系统必须具有高起始响应的性能。无刷励磁通常难以满足这一要求，唯有采用高励磁顶值的方法才能够提高励磁机输出电压的起始增长速度。但会危及到励磁机、发电机的安全。为此，当励磁电压达到发电机允许的励磁顶值电压倍数时，立即对励磁机的励磁电流加以限制。五、自动励磁调节器的辅助控制瞬时电流限制器的输出接到综合放大环节的负竟比端。2瞬时电流限制

由于发电机转子绕组发热的限制，强励时间不允许超过规定值。若超过允许时间，励磁电流仍然不能够自动降下来，最大励磁限制器执行限制功能。它具有反时限特性。五、自动励磁调节器的辅助控制定时限限制器可以和反时限限制器配合使用。3最大励磁限制

发电机启动期间，频率较低；甩负荷时，电压较高，如果机端电压及其频率的比值UG/fG过高，则发电机及其连接的变压器的铁心就会饱和，空载励磁电流加大，造成铁心过热。五、自动励磁调节器的辅助控制4V/Hz励磁限制目录：励磁系统稳定器43自动励磁调节器的辅助控制2励磁调节器静态特性的调整1励磁调节器的静态工作特性

励磁自动控制系统动态特性，是指在较小的或随机的干扰下系统的时间响应特性。分析方法有：传递函数法和状态变量法。自动控制系统按动态方程的分类：线性系统的元件都是线性元件，系统的运动过程可用线性微分方程（或差分方程）来描述。非线性系统中含有至少一个非线性元件。非线性元件的输入-输出静态特性是非线性特性，例如：饱和限幅特性、死区特性、继电特性等。系统的运动过程可用非线性微分方程（或差分方程）来描述。

励磁自动控制系统的动态方程式一个三阶以上的方程：励磁机一阶、发电机二阶。用其中起主导作用的二阶系统特性作为其整个系统的基本合理的响应曲线，即用一个二阶系统的时域特性曲线表达励磁系统动态特性。一、励磁自动控制系统响应曲线的一般讨论描述时域特性响应曲线的三个工程术语（调节过程的质量指标）：过调量a1；上升时间tτ

；稳定时间ts，对应一个阶跃函数的响应时间。下式二阶系统传递函数中阻尼比ττ=0，系统是无衰减的周期振荡；τ=0.7系统是衰减的周期振荡，只有很小的过调量a1≈5%；τ=1系统是单调的衰减过程。

一、励磁自动控制系统响应曲线的一般讨论过调量a1；稳定时间ts。上升时间tτ

质量指标之间的矛盾强行励磁时，系统常常是过阻尼，即阻尼比τ>1。上升时间tτ

较为缓慢。

二、励磁控制系统的传递函数1他励式直流励磁机的传递函数有名值标幺值

二、励磁控制系统的传递函数1他励式直流励磁机的传递函数当计及他励电流iee和励磁机电压ue之间的饱和特性，定义饱和函数：有名值

二、励磁控制系统的传递函数2励磁调节器各单元的传递函数励磁调节器主要由电压测量比较、综合放大及功率放大等单元组成。电压测量比较电路的传递函数可表示为：综合放大、移相触发单元近似地合并为一个惯性环节，合成传递函数可表示为：

二、励磁控制系统的传递函数2励磁调节器各单元的传递函数功率放大单元晶闸管整流器输出平均电平滞后于触发器控制电压信号，可近似地看为一惯性环节：同步发电机的传递函数可表示为：励磁控制系统的传递函数：前