励磁系统原理.docx

同步发电机励磁系统
一.概述

1-1励磁系统的作用
励磁系统是同步发电机的重要组成部分，是给发电机提供转子直流励磁电流的一种自动装置，在发电机系统中它主要有两个作用：
1）电压控制及无功负荷分配。
在发电机正常运行情况下，自动励磁调节器应能够调节和维持发电机的机端电压（或升压变压器高压侧的母线电压）在给定水平，根据发电机的实际能力，在并网的发电机之间合理分配无功负荷。
2）提高同步发电机并列运行的稳定性；提高电力系统静态稳定和动态稳定极限。
电力系统在运行中随时可能受到各种各样的干扰，引起电力系统的波动，甚至破坏系统的稳定。自动励磁调节器应能够在电力系统受到干扰时提供合适的励磁调节，使电力系统建立新的平衡和稳定状态，使电力系统的静态及动态稳定极限得到提高。

1-2励磁系统的构成
励磁系统主要由以下部分构成：
1）功率部分：它由功率电源（励磁机或静止整流变压器提供）、功率整流装置（采用直流励磁机的励磁系统无整流装置）组成，是励磁系统向发电机转子提供励磁电流的主要部分。
功率部分的性质决定着励磁系统主接线的型式及使用的主要设备的类型。如：采用直流励磁机的励磁系统不可能使用静止功率整流装置。又如：采用静止它励型式的励磁系统不可能还有直流励磁机。还如：使用静止励磁变压器的励磁系统必然采用静止整流功率装置。
2）自动励磁调节器：自动励磁调节器是励磁系统中的智能装置。励磁装置对发电机电压及无功功率的控制、调节是自动励磁调节器的基本功能。自动励磁调节器性能的好坏，决定着整个励磁系统性能的优劣。但它只能通过控制功率部分才能发挥其作用。
现代同步电机励磁系统的两大部分是不可分离的，相互依存又相互制约，但他们又是各自独立发展的。因此，有好的调节器未必一定有好的功率整流装置，而有了好的整流装置也未必一定有好的自动励磁调节器。历史上出现过许多次励磁主要装置不配套的情况，他主要反映在某些新设备或新器件出现的时候。
旧式励磁系统的功率部分一般是直流励磁机，当生产出功率整流二极管（早期为汞弧整流器）以后，直流励磁机被交流励磁机取代，而生产出大功率整流二极管及大功率可控硅以后，交流励磁机又被静止励磁变压器所取代，这是历史发展的必然。
自动励磁调节器也是经历了许多历史的变迁以后才发展成为现代的模式。早期的自动励磁调节器并不控制功率部分，而是直接控制调节发电机磁场电流的磁场变阻器来调节发电机电压的。随着现代科技的发展，自动励磁调节器才逐渐从控制调节发电机磁场电流的磁场变阻器转化为控制功率部分的输出来调节发电机的电压及发电机的无功功率，现代自动励磁调节器才真正实现他的全部作用。
采用旋转励磁机的励磁系统称为旋转励磁系统；采用静止变压器和静止整流功率装置的励磁系统称为纯静止励磁系统。葛洲坝电厂全部发电机组均为纯静止整流励磁系统。

1-3励磁系统的分类
励磁系统的分类有两种分类方式。
其一是按照有无旋转励磁机来分，其二是按照功率电源的取向来分。
按照有无旋转励磁机的分类方式有如下类型：

有刷励磁
旋转励磁方式无刷励磁
混合式励磁方式

二极管整流励磁方式
静止励磁方式可控硅整流励磁方式
混合式整流励磁方式

按照功率电源的取向分类时有如下类型：

自并励

交流侧串联自复励
自励方式交流侧并联自复励
直流流侧串联自复励
自复励直流流侧串联自复励

励磁机供电方式（包括直流励磁机和交流励磁机）
他励方式二极管整流方式
厂用交流电源供电方式可控硅整流方式
其他供电方式

在上述众多的分类中，有许多方式已经被淘汰，有些尽管还在使用，但终究会被淘汰。如交流侧并联自复励方式。还有交流侧串联自复励方式现在已经很少使用。
由于葛洲坝电厂的全部机组都采用了自励静止可控硅整流励磁方式，下面简单介绍他的主要接线方式。
FMK

LFLH

ZBPT
SCR

自动励磁调节器（AVR)

图1-1（a）静止可控硅整流自并励励磁系统接线图

在图1-1（a）的接线中，整流功率柜的阳极电源是经过励磁变压器ZB直接从发电机机端取得的。所谓自励系统就是由发电机直接提供励磁电源。由于励磁变压器是单独并联在发电机机端，并且采用了静止可控硅整流，故图1-1（a）称为静止可控硅整流自并励方式。
由图1-1（a）可以看出，此种方式的接线非常简单，使用的设备也较少，受到用户普遍欢迎，是世界上用的最多的一种方式。当然，此种方式也存在一定问题，这将在后面的内容种论述。

FMK
CB
LFLH

ZBPT
GZ

自动励磁调节器（AVR）

KZ

图1-1（b）静止可控硅整流直流并联自复励励磁系统接线图

FMK
CB
LFLH

ZBPT
GZKZ

自动励磁调节器（AVR)

图1-1（c）静止可控硅整流直流串联自复励励磁系统接线图

FMK
CB
LFLH

ZBPT
K