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1、1,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,2,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,3,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XA。,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。,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。,4,三相交流电源的产生,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,
2、+,N,S,Y,B,A,C,Z,X,定子,转子,绕组,B,5,三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120,三相电动势波形图,三相电动势的相量表示式,6,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。,7,1 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
3、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。,8,2 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,9,同步发电机励磁方式分类,1,10,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
4、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,11,三机式励磁方式,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,12,三机式励磁方式（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
5、（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。,13,三机式励磁方式（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。,14,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,15,自并激静态励磁方式（续）,AVR自动电压调节器AIR自
6、动电流调节器,16,其它励磁方式,17,3 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2.52.8倍数秒，汽机2.0倍数秒）。,18,4 励磁系统的发展,从两个基本问题看励磁系统的发展（1）如何获得可靠、足够的励磁功率？励磁方式（功率单元）的发展,19,两个基本问题（续）,（2）如何提高励磁调节的性能（平稳、准确、快速、多功能）？励磁控制/调节方法的发展,20,THE END,谢谢！,
