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同步发电机励磁系统设计与仿真

摘要：同步发电机为电力系统提供能量，其控制性能将直接决定电力系统的安

全性和稳定性。通过利用MATLAB对励磁控制进行分析和研究，可以灵活地应用

MATLAB的SIMULINK仿真软件对系统的性能进行分析，通过这个软件工具，我

们可以摆脱单调乏味的计算负担，把更多的精力投入到思考本质问题，研究和解

决实际生产问题。

关键字：同步发电机励磁系统Simulink

一.绪论

自从进入21世纪后,电力系统的发展正在以一个新的高度在发展,基本形成

了高电压、大机组、超远距离输送的几类模式。因此,当今电力系统的研究的热

点与难点就是保证安全、稳定和高效的运行，其中同步发电机励磁控制系统的设

计与研发是同步发电机最为核心的部分，经过一代又一代的学者实践证明,通

过simulink进行仿真进而实现对同步发电机励磁的合理高效控制,是实现电力系

统稳定运行要求的最快捷、最有效、最廉价的方法。

同步发电机是电力系统的能源供应，同步发电机励磁电流的供电和辅助设备

统称为励磁系统。为了保证同步电动机的正常运行，励磁系统应能提供同步电动

机所需的励磁电流从空载到满负荷和过载。当电力系统不能降低电网电压时，励

磁系统应能迅速地激励励磁，从而提高系统的稳定性。当同步电动机发生短路故

障时，应能迅速破坏磁场，以便迅速排除故障，并将故障限制在最小范围内。根

据所采用的整流装置，电流励磁系统可分为两种：一种是以直流发电机为励磁源

的直流励磁系统。另一种是硅整流装置，它将交流电转换成直流后直流励磁系统。

无论哪种方式，同步发电机励磁系统都是通过调节发电机励磁绕组端部的励磁电

压，从而影响发电机的电动势，达到稳定电压的目的。本文针对同步发电机论述

了微机励磁装置的特点及发展现状，分析了微机励磁调节的原理和设计方法，并

进行建模和仿真。

二.系统总体介绍

2.1概述

同步电机励磁系统是同步发电机控制系统的重要组成部分，是一套提供同步

发电机励磁电源的系统。励磁系统一般由两部分组成，一部分用于为发电机励磁

绕组提供直流电，以建立直流电场，通常称为励磁输出部分(主电路)。另一部分

用于调节正常运行或故障励磁电流,以满足安全运行的需要,它通常被称为励磁控

制部分(监管机构),励磁控制是控制同步电动机产生的潜在的控制系统,它不仅控

制发电机端电压,也无功功率的控制参数、功率因数和发电机电流。由于这些参

数直接影响系统的运行状态，在一定程度上，励磁装置也控制系统的运行状态，

特别是系统的稳定性和励磁控制方法。

2.2同步发电机励磁控制系统整体组成及工作原理

同步发电机励磁装置是同步发电机的重要组成部分。是一种同步发电机励磁

电源系统。励磁装置一般由两个部分组成，用于提供直流电流发生器建立直流磁

场，称为励磁功率输出部分；另一部分是用于发电机故障发生在正常操作或调节

励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称为由于励磁控制部分（或控制单元，

也被称为励磁调节器）。本研究所采用的微机励磁控制系统采用自励励磁方式。

当发电机正常工作时，励磁电源由励磁变压器连接到发电机端，发电机励磁电流

由三相全控桥式整流器供电。控制部分负责充电进入计算机，控制律操作控制输

出后三相全控晶闸管触发角，通过改变触发角来调节发电机励磁电流的大小。励

磁装置系统结构类似。当电源模式的电压测量值高于设定值时，脉冲的延时自动

励磁调节器的信号，晶闸管的触发角增大，励磁电流、电压下的时机：当发电机

端电压的测量值小于设定值时，脉冲的自动励磁调节器，在晶闸管的触发角，一

个较小的励磁电流增大，使发电机的端电压升高。这两个过程使发电机的电压接

近固定值，达到恒压。

三．MATLAB仿真工具简介

在MATLAB中，可以直接在Simulink环境下建立电力系统模型。它还可以根

据所研究对象的物理模型建立数学模型，并将其作为用户自己的模块库进行打包

和定制，充分体现了其仿真平台的优越性。更重要的是，MATLAB提供了丰富的

工具箱资源，在Simulink环境中，除了大量的实际模块外，我们不仅可以进行电

力系统仿真计算，还可以实现复杂的控制方法仿真，从而进一步研究电力系统的

行为特征。

3.1.MATLAB软件的简介

Matlab是由美国MathWorks公司的商业数学软件，用于算法开发、数据可

视化、数据分析以及高级技术计算语言和交互式