自动化课件2.ppt

生产过程自动化 华中科技大学 水电与数字化工程学院 3. 水轮发电机励磁的自动调节 3.1 水轮发电机的励磁方式 同步发电机将旋转的机械能转换成为电能，在转换中需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电流称为励磁电流。 励磁方式是指发电机获得励磁电流的方式： 从其它电源获得励磁电流的发电机称为他励发电机； 从发电机本身获得励磁电流的发电机称为自励发电机。 他励发电机 1） 由直流发电机供电的励磁方式 这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机。其中直流发电机称为励磁机（发电机属于他励方式）。励磁机与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。原理如下： 在上图中，发电机属于他励，而励磁机则属于自励。 若励磁机的励磁电流由另外一台励磁机提供，则励磁机的励磁方式属于他励，而给励磁机提供励磁电流的直流发电机称为副励磁机。 2） 由交流励磁机供电的励磁方式 这种励磁方式的发电机（GS）采用交流励磁机（G1）提供励磁电流。G1与GS同轴，它输出的交流电流经整流后供GS励磁，因此属于他励方式。 若G1的励磁电流由自身提供，则G1为自励方式； 若G1的励磁电流由另外一台励磁机（称为交流副励磁机G2）提供，则G1为他励方式。而G2可以是具有自动恒压装置的交流发电机，并且G2输出的交流电流经整流后供G1励磁。 GS — 同步发电机；G1 — 交流励磁机；G2 — 交流副励磁机； GSex — 同步发电机的励磁绕组，非可控硅励磁； G1ex — 励磁机的励磁绕组，可控硅励磁； 也可采用可控硅整流装设在励磁机的输出回路。 3） 无励磁机的励磁方式 这种励磁方式没有专门的励磁机，而是从发电机本身获取励磁电流，经整流后再供发电机励磁，因此又称为自励式静止励磁。 自励式静止励磁又可分为自并励和自复励两种方式。 自并励方式 通过接在发电机出口的整流变压器（亦称为并联变压器T）取得励磁电流，经整流后供发电机励磁。 优点：设备少、结构简单、维护方便； 缺点：在发电机或系统发生短路时，由于电压的大幅下降或消失，导致励磁电流的下降或消失，而此时本应大大增加励磁（即强行励磁）来维持电压的。 考虑到现代大型电网多采用封闭母线，且高压电网一般都装有快速保护，认为有足够的可靠性，故采用自并励的机组较多。 自复励方式 为了克服自并励方式在发生短路时不能提供较大的励磁缺点，发电机还可采用自复励方式。与自并励方式相比，自复励方式除设有整流变压器外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器（亦称串联变压器）。其原理是，当短路故障发生时电压降低，但电流却巨增，则串联变压器的作用是将该电流转换成为励磁电流。因此，这种励磁方式具有两种励磁电流，即整流变和励磁变的励磁电流。 自复励又可分为串联自复励和并联自复励两种： A. 并联自复励 直流侧并联的自复励如图所示。 B. 串联自复励 交流侧串联的自复励如图所示。 3.2 水轮发电机的有关特性和调节励磁电流的方法 由于电力系统电能质量和无功功率的要求，水轮发电机的励磁电流在运行中需要经常进行调节。为了说明调节励磁电流的必要性和实现调节励磁电流的自动调节装置的任务，先作如下讨论： 1） 水轮发电机的有关特性 调节励磁电流是为了实现电压和无功功率的调节： 电压的调节（单机运行） 下图为同步发电机的原理图和等值电路图。 2） 调节励磁电流的方法 有如下几种调节励磁电流的方法： 改变励磁机励磁回路的电阻 由于在发电机转子回路中改变励磁电流极为困难，故一般不采用。通常的方法是，改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机励磁电流的目的。如图所示： 改变励磁机的附加励磁电流 如图所示： 改变可控硅的导通角 在并励或复励的励磁方式中，自动调节装置根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。如图所示。 3.3 自动调节励磁装置的任务及其要求 1）自动调节励磁装置（AVR）的任务 维持发电机端电压水平并且合理分配各机组的无功负荷； 提高电力系统运行的稳定性和输电线路的传输能力； 提高带时限动作继电保护的灵敏度； 加速短路后的电压恢复过程和改善异步电动机的启动条件； 改善自同期或发电机失磁运行时电力系统的工作条件； 防止水轮发电机突然甩负荷时电压过度升高。 2）对自动调节励磁装置（AVR）的要求 工作可靠