发电机励磁系统及其组成精编版.ppt

* 清华大学电机系电力系统研究所 周双喜 同步发电机励磁系统 * 第1讲 发电机磁系统组成及其发展 1 发电机励磁系统的组成 2 主要励磁方式 3 对励磁系统的基本要求 * 附加：三相电动势的产生 在两磁极中间放一个线圈， 使线圈以?的角速度逆时针旋转。 根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由X?A。 合理设计磁极形状，使磁通在空间按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相正弦交流电动势。 ? + eA ? N S A X 若线圈固定而磁极以?的角速度顺时针旋转，则线圈中产生相同的电动势。 * 三相交流电源的产生 定子中放三个线圈 A X B Y C Z 首端 末端 三线圈空间位置 相间120o 转子装有磁极并以? 的角速度旋转。三个线圈中便产生三个单相正弦电动势。 三相交流发电机原理示意图 ? ? + N S Y B A C Z X 定子 转子 绕组 B * 三相电动势的三角函数表示式 三相电动势的特征：　 大小相等，频率相同，相位互差120o Em 0° 120° 240° 360° ?t 三相电动势波形图 三相电动势的相量表示式 120° 120° 120° * 发电机励磁系统 励磁系统是给同步发电提供可控励磁电流，建立磁场的设备。 励磁系统是同步发电机必要的、重要的组成部分 ——原动机（汽轮机/水轮机）带动同步发机转子旋转，转子励磁绕组中的直流电流建立磁场，这个磁场随着转子旋转，磁力线切割定子绕组在绕组中感应电流并建立起电压。 ——励磁系统不仅影响发电机本身的运行特性，而且对电力系统经济和稳定影响有重要影响。 * 1 发电机励磁系统的组成 励磁系统由三（二）部分组成： ——发电机的转子励磁绕组，它形成发电机的旋转磁埸； ——励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供可调节的直流励磁电流； ——励磁调节器，它根据发电机及电力系统运行的要求，自动调节功率单元输出的励磁电流。 自动调节励磁的主要作用是在发电机出力变化和系统故障等工况下，维持发电机端电压恒定或在给定水平；保证机组间无功的合理分配；提高电力系统运行的稳定性以及提高继电保护动作的灵敏性等。 * 2 主要励磁方式 励磁方式是指励磁供电的方式，即功率单元的实现方式。 主要方式 直流励磁机励磁方式 三机式励磁方式 自并激静态励磁方式 * 同步发电机励磁方式分类 1 * 直流励磁机励磁方式 电刷滑环 直流励磁机（发电机）提供励磁功率 直流励磁机与汽轮发电机组同轴 有两个励磁绕组 自动电压调节器控制副励磁绕组励磁电流大小，改变励磁绕组的磁通，调节发电机励磁电流 手动调节转子绕组回路中的电阻，可调节励磁 提供励磁功率P600kW（用于汽轮发电机组） 大机组不能用；现在用得很少了 电刷滑环问题 * 三机式励磁方式 三机：副励磁机－交流励磁机－发电机 副励磁机由晶闸管实现可控整流。 交流发电机发出的电经旋转不控整流器整流后送到发电机转子绕组 AVR调节副励磁机的输出电流，控制交流励磁机的励磁，从而改变其输出，进而改变整流器输的励磁电流 * 三机式励磁方式（有刷） 永磁发电机定子不动，定子电流整流成直流经滑环给交流励磁机励磁 交流励磁机定子电流经不控整流器（静止的）整流，通过滑环给发电机励磁绕组供电。 有刷的励磁方式受滑环电流的限制（压力，打火花），只能用于励磁电流1000A的发电机。 * 三机式励磁方式（无刷） 三机无刷励磁系统 —— 副励磁机转子、交流励磁机定子、不控整流器与发电机同轴旋转； —— 副励磁机定子输出到可控整流器（静止），其输出到交流励磁机转子（静止）。 ——交流励磁机输出经不控整流后直接送到发电机转子励磁绕组 没有滑环（无电刷），适用于不同容量发电机。 * 自并激静态励磁方式 励磁变压器从机端取得励磁功率 晶闸管可控整流器供给发电机转子绕组 AVR控制晶闸管的导通角，调节发电机励磁电流 * 自并激静态励磁方式（续） AVR—自动电压调节器 AIR—自动电流调节器 * 其它励磁方式 * 3 对励磁系统的基本要求 可靠。其可靠程度应与主机等价。有一定的独立性，当系统发生故障时，励磁系统还能正常工作； 可靠和足够的励磁容量并留有10％左右裕量。励磁功率和主机容量之比大约为0.2%~2.0% 。 足够的电压调差范围（有差调节）和调节灵敏度，调节稳定； 励磁系统时间常数应尽可能小，有足够的强励顶值倍数（水机1.8，汽机2.0）及电压上升速度（水机2.5~2.8倍数／秒，汽机2.0倍数／秒）。 * 4 励磁系统的发展 从两个基本问题看励磁系统的发展 （1）如