1、第一節(jié) 概述勵磁電流 空載電動勢圖2-1 勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)=勵磁功率單元+勵磁調(diào)節(jié)器一、同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)（一）電壓控制單機(jī)運(yùn)行:式中 發(fā)電機(jī)直軸同步電抗圖2-2 同步發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動勢和勵磁電流關(guān)系(a) 同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行原理；(b) 等值電路；(c) 矢量圖式中 與間的相角，即發(fā)電機(jī)的功率角；發(fā)電機(jī)的無功電流。一般很小，可近似認(rèn)為，于是，可得簡化的運(yùn)算式為 上式說明，負(fù)荷的無功電流是造成與幅值差的主要原因，發(fā)電機(jī)的無功電流越大，兩者之間的差值也越大。圖2-3 同步發(fā)電機(jī)的外特性線1：不變勵磁不變曲線2：不變勵磁增加（二）控制無功功率的分配圖2-4 同步發(fā)電機(jī)與

2、無限大母線并聯(lián)運(yùn)行(a) 接線圖；(b) 相量圖；1、同步發(fā)電機(jī)與無窮大系統(tǒng)母線并聯(lián)運(yùn)行的有關(guān)問題：無論勵磁電流如何變化，發(fā)電機(jī)的有功功率均為常數(shù)，即常數(shù) 常數(shù) 的端點(diǎn)則沿著虛線變化的端點(diǎn)則沿著虛線變化由此可見，與無限大母線并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組，調(diào)節(jié)它的勵磁電流可以改變發(fā)電機(jī)無功功率的數(shù)值。2、并聯(lián)運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無功功率的分配圖2-5 并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無功負(fù)荷的分配當(dāng)母線電壓為時：無功負(fù)荷增加,母線電壓降到時：顯然：（三）提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性勵磁自動控制系統(tǒng)是通過改變勵磁電流從而改變空載電動勢值來改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的。1、 勵磁對靜態(tài)穩(wěn)定的影響圖2-6 單機(jī)向無限大母線送電(a) 接線圖；(b

3、) 等值網(wǎng)絡(luò)；(c) 相量圖系統(tǒng)總電抗，一般為發(fā)電機(jī)，兩變壓器，輸電線電抗之和；發(fā)電機(jī)空載電動勢和受端電壓間的相角。圖2-8 發(fā)電機(jī)的幾條代表性功率特性功率極限為，即靜態(tài)穩(wěn)定極限功率與發(fā)電機(jī)空載電動勢成正比，而值與勵磁電流有關(guān)。無自動調(diào)節(jié)勵磁時，因勵磁電流恒定，常數(shù)，此時的功角特性稱為內(nèi)功率特性；若有靈敏和快速的勵磁調(diào)節(jié)器，則可視為保持發(fā)電機(jī)電壓為恒定。即常數(shù)，由相應(yīng)一簇不同的的功角特性求得曲線B（稱為外功角特性，見圖2-8）最大值出現(xiàn)在與之間功率角時，即（此時大于）。對于按電壓偏差比例調(diào)節(jié)的勵磁控制系統(tǒng)，則近似按常數(shù)求得的功角特性曲線C工作，（此時大于）顯然，它使發(fā)電機(jī)能在大于范圍的人工穩(wěn)定

4、區(qū)運(yùn)行，即可提高發(fā)電機(jī)輸送功率極限或提高系統(tǒng)的穩(wěn)定儲備。勵磁調(diào)節(jié)裝置能有效的提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的極限功率。2、 勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響圖2-9 發(fā)電機(jī)暫態(tài)功角特性曲線功角特性曲線I：對應(yīng)于故障前雙回線運(yùn)行；功角特性曲線II：對應(yīng)于一回線故障時的運(yùn)行狀況；功角特性曲線III：對應(yīng)于故障切除后一回線運(yùn)行。加速面積abce小于減速面積defg，系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。故障期間和故障切除后，勵磁系統(tǒng)施加的作用是力圖促使發(fā)電機(jī)的內(nèi)電動勢上升而增加電功率輸出，使增加，功角特性曲線II和功角特性曲線III幅值增加，既減小了加速面積，又同時增加了減速面積?？焖夙憫?yīng)=縮小勵磁系統(tǒng)的時間常數(shù)+提高強(qiáng)行勵磁的倍數(shù)（四）改善電

5、力系統(tǒng)的運(yùn)行條件1、 改善異步電動機(jī)的自起動條件2、 為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)造條件3、提高繼電保護(hù)裝置工作的正確性（五）水輪發(fā)電機(jī)組要求強(qiáng)行減磁二、對勵磁系統(tǒng)的基本要求（一） 對勵磁調(diào)節(jié)器的要求1、系統(tǒng)正常運(yùn)行時，勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能反映發(fā)電機(jī)電壓高低以維持發(fā)電機(jī)電壓在給定水平。2、勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能合理分配機(jī)組的無功功率，為此，勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)差系數(shù)可以在10以內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。3、勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵磁等控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件。（二） 對勵磁功率單元的要求 （1） 要求勵磁功率單元有足夠的可靠性并具有一定的調(diào)節(jié)容量（2） 具有足夠的勵磁頂值電壓和電壓上

6、升速度。第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的勵磁電源實(shí)質(zhì)上是一個可控的直流電源直流勵磁機(jī)換流困難交流勵磁機(jī)縮短主軸長度發(fā)電機(jī)自并勵無刷勵磁系統(tǒng)去掉滑環(huán)和電刷一、直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)（一）自勵直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組由專用的直流勵磁機(jī)供電調(diào)整勵磁機(jī)磁場電阻，可改變勵磁機(jī)勵磁電流（二）他勵直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)他勵直流勵磁機(jī)的勵磁繞組是由副勵磁機(jī)供電的，比自勵多用了一臺副勵磁機(jī)二、交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)（一） 他勵交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)圖2-11 他勵交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)原理接線（二）、無刷勵磁系統(tǒng)圖2-17 無刷勵磁系統(tǒng)原理接線圖（1）無炭刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量可大為減少。（2）發(fā)電機(jī)勵磁由勵磁機(jī)獨(dú)立供

7、電，供電可靠性高。并且由于無刷，整個勵磁系統(tǒng)可靠性更高。（3）發(fā)電機(jī)勵磁控制是通過調(diào)節(jié)交流勵磁機(jī)的勵磁實(shí)現(xiàn)的，因而勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢。為提高其響應(yīng)速度，除前述勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子采用疊片結(jié)構(gòu)外，還采用減小繞組電感取消極面阻尼繞組等措施。另外，在發(fā)電機(jī)勵磁控制策略上還采取相應(yīng)措施增加勵磁機(jī)勵磁繞組頂值電壓，引入轉(zhuǎn)子電壓深度負(fù)反饋以減小勵磁機(jī)的等值時間常數(shù)。（4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及其勵磁電路都隨軸旋轉(zhuǎn)，因此在轉(zhuǎn)子回路中不能接入滅磁設(shè)備，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路無法實(shí)現(xiàn)直接滅磁，也無法實(shí)現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的常規(guī)檢測（如轉(zhuǎn)子電流、電壓，轉(zhuǎn)子絕緣，熔斷器熔斷信號等），必須采用特殊的測試方法。（5）要求旋轉(zhuǎn)整流器和快速熔斷器等有良好

8、的機(jī)械性能，能承受高速旋轉(zhuǎn)的離心力。（6）因?yàn)闆]有接觸部件的磨損，所以也就沒有炭粉和銅末引起的對電機(jī)繞組的污染，故電機(jī)的絕緣壽命較長。三、靜止勵磁系統(tǒng)（發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)）圖2-13 靜止勵磁系統(tǒng)接線靜止勵磁方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）勵磁系統(tǒng)接線和設(shè)備比較簡單，無轉(zhuǎn)動部分，維護(hù)費(fèi)用省，可靠性高。（2）不需要同軸勵磁機(jī)，可縮短主軸長度，這樣可減小基建投資。（3）直接利用晶閘管取得勵磁能量，機(jī)端電壓與機(jī)組轉(zhuǎn)速的一次方成正比，故靜止勵磁輸出的勵磁電壓與機(jī)組轉(zhuǎn)速的一次方成比例。而同軸勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)輸出的勵磁電壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比。這樣，當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時靜態(tài)勵磁系統(tǒng)機(jī)組的過電壓就低。第三節(jié) 勵磁系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子磁場

9、的建立和滅磁建立：在外部事故情況下，轉(zhuǎn)子勵磁電壓的最大值及其建立的速度，即強(qiáng)勵頂值與響應(yīng)比滅磁：發(fā)電機(jī)繞組內(nèi)部故障等，使轉(zhuǎn)子磁場內(nèi)存儲的大量能量迅速消釋，而不致在發(fā)電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生危險的過電壓一、時間常數(shù)（一） 他勵直流勵磁機(jī)時間常數(shù)圖2-14 他勵與自勵直流勵磁機(jī)時間常數(shù)計算原理圖式中、勵磁機(jī)勵磁線圈的電阻和電感是按指數(shù)曲線增長的，其時間常數(shù)為由于勵磁機(jī)電勢正比于，也是按指數(shù)曲線增加的。圖2-15 自勵直流發(fā)電機(jī)等值特性圖（二） 自勵直流勵磁機(jī)時間常數(shù)式中 自勵直流發(fā)電機(jī)的殘余電勢值勵磁機(jī)的工作電壓值勵磁機(jī)的工作電流值k比例常數(shù)對自勵勵磁機(jī)的電勢，也有代入，得整理之，得由此得自勵系統(tǒng)的時間常數(shù)（三

10、）自勵系統(tǒng)時間常數(shù)與他勵系統(tǒng)時間常數(shù)的比較>原因就在于他勵系統(tǒng)的電壓的建立過程與本身無關(guān)，它完全是由于外加電動勢E的作用，即只與勵磁線圈的時間常數(shù)有關(guān)。但自勵系統(tǒng)的建立過程卻是與相互作用的結(jié)果。圖2-16 勵磁電壓上升速度的確定二、電壓響應(yīng)比電壓響應(yīng)比反映了勵磁機(jī)磁場建立速度的快慢。圖2-22 勵磁繞組等值電路圖式中 發(fā)電機(jī)勵磁電壓上升曲線；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的磁通量；與轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)及轉(zhuǎn)子尺寸有關(guān)的常數(shù)。轉(zhuǎn)子磁通增量，正比于勵磁電壓伏秒曲線下的面積增量于是勵磁電壓響應(yīng)比可以定義為 （1/s）式中 圖中bc段電壓標(biāo)么值。一般為額定工況下的勵磁電壓，則為強(qiáng)勵倍數(shù)圖2-18 勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時間-

11、額定勵磁電壓；-頂值勵磁電壓勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時間: 指在發(fā)電機(jī)勵磁電壓為額定勵磁電壓時，從施加階躍信號起至勵磁電壓達(dá)到最大勵磁電壓與額定電壓之差的95所花費(fèi)的時間勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時間為0.1s或更短的勵磁系統(tǒng)，稱為高初始響應(yīng)勵磁系統(tǒng)三、勵磁繞組對恒定電阻放電滅磁所謂滅磁就是將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁繞組的磁場盡快的減弱到最小程度圖2-19 滅磁開關(guān)接線圖圖2-20 滅磁過程示意圖因?yàn)閯畲爬@組是一個大電感，用斷開轉(zhuǎn)子回路的辦法來滅磁是不恰當(dāng)?shù)?。將轉(zhuǎn)子勵磁繞組自動接到放電電阻滅磁的方法是可行的。要求：1滅磁時間短2滅磁過程中轉(zhuǎn)子電壓不應(yīng)超過允許值電流：按指數(shù)衰減 時間常數(shù)電阻越大，滅磁過程越快電壓：的最大值為式中的初始值電阻越大，電壓最大值越大四、理想的滅磁過程圖2-21 滅磁過程比較理想的滅磁過程，就是在整個滅磁過程中始終保持轉(zhuǎn)子線圈GEW的端電壓為最大允許值不變，直至勵磁回路斷開為止。由于（式中：為轉(zhuǎn)子回路的