发电机（含双馈机）励磁控制系统综合实验实验报告专业班级：姓名:学号:实验地点:指导老师:一 概述励磁控制系统实验接线图如图1可供选择的励磁方式有两种：自并励和他励。

当三相全（半）控桥的交流输入电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。

而当交流输入电源取自380v 市电时，构成他励励磁系统。

两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，全控时的触发脉冲为双脉冲，具有最大最小a 限制。

以下实验操作均针对附录A 中的发电机控制系统实验平台而言。

图1励磁控制系统实验接线图综合实验台中，微机励磁调节器的控制方式有四种：恒G U （保持机端电压为定值）、恒L I （保持励磁电流为定值）、恒Q （保持发电机无功功率为定值）和恒a （保持控制角恒定）。

其中，恒a 方式是一种开环控制方式，只限于他励方式下使用。

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。

当操作励磁调节器的增、减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增、减按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。

发电机正常运行时，三相全（半）控桥处于整流状态，控制角a 小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器的控制角a 大于90°，实现逆变灭磁。

电力系统稳定器——P SS 是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁控制系统安全可靠运行的重要环节。

二 实验及思考实验一 不同a 角（控制角）对应的励磁电压波形观测实验在不起动机组的状态下，操作“增磁”按钮或“减磁”按钮即可逐渐减小或增加控制角a ，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。

实验时，调节励磁电流为表2-1规定的若干值，通过接在d U +、d U -之间的示波器观测全控桥输出电压波形，并由电压波形估算出a 角，另外利用数字万用表测出全控桥的直流输出电压fd U 和交流输入电压AC U ，将以上数据计入表，通过fd U ，AC U 和数学计算公式也可计算出一个a 角来；完成此表后，比较两种途径得出的a 角有无不同，分析其原因。

1） 调节控制角大于90°但小于120°，观察全控桥输出电压波形，与理想波形对比。

2） 调节控制角大于120°，观察全控桥输出电压波形，与理想波形对比。

表2-1 控制角a 的对比数据思考题：1.励磁电压波形观测实验的目的是什么？答:了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；观察强励现象及其对稳定的影响。

2.本实验通过“倒网压”的方式进行，操作时需要注意那些问题？答：注意操作顺序，在操作“增磁”按钮或“减磁”按钮减小或增加控制角时，要注意控制角调节范围。

实验二 同步发电机起励实验同步发电机的起励方式有两种：恒G U （F U ）方式起励、恒a 方式起励。

其中，恒a 方式起励只能在他励方式下有效外。

恒F U 方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪网压起励”两种起励方式。

设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳定在手动设定的给定电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工不能干预，起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为85%--115%额定电压；“跟踪系统电压起励”方式是当励磁控制器检测到装设了电网电压测量变送器且电网电压在85%--115%额定电压的有效范围内，默认的起励方式，可以为准同期并列操作创造电压条件。

恒a方式起励只适用于他励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始有人工调节逐渐增加励磁而升压，完成起励建压任务。

通常这种励磁方式应用于发电机的特性测试测试实验，正常运行时很少采用。

U方式起励步骤1.恒F1）按显示屏提示将控制方式选择为“恒电压”。

2）在“常规参数”页面设置“起励PT电压”，105V对应额定电压。

3）合上灭磁开关。

4）按下“起励”按钮，发电机随机按设定的电压起励建压。

5）将“开机跟踪电网电压”设置为“打开”。

然后重新起励，发电机按“跟踪网压”起励建压。

注意：观察在起励时励磁电流和励磁电压的变化（看励磁电流表和电压表）。

对起励过程进行录波、观察起励曲线、测定起励时间、上升速度、超调、振荡次数、稳定时间等指标，记录起励后的稳态电压和系统电压。

改变系统电压，重复起励（无需停机、开机，只需灭磁操作），观察记录发电机电压的跟踪精度和有效跟踪范围以及在有效跟踪范围外起励的稳定电压。

2. 恒a方式起励步骤1）将励磁控制柜上“他励/自励”转换开关切换至“他励”位置，系统选择他励励磁方式。

2）操作励磁调节器触摸屏切到“恒控制角”方式。

3）合上灭磁开关5）起动机组。

6）当转速接近额定时（频率≥47Hz），通过减励按钮将角度减小，直到发电机起励建压所需要的电压。

U起励方式有何不同。

7）注意比较恒a方式起励与恒F思考题：1、新安装、大修过后的发电机为何要做参数测定试验（他励空载、短路试验）？答：他励空载、短路试验都属于发电机的特性和参数试验，是为了了解发电机的运行性能、基本量之间的关系的特性曲线以及被发电机结构确定了的参数。

空载特性是指发电机以额定转速空载运行时，其定子电压与励磁电流之间的关系。

利用特性曲线，可以断定转子线圈有无匝间短路，也可判断定子铁芯有无局部短路，如有短路，该处的涡流去磁作用也将使励磁电流因升至额定电压而增大。

此外，利用空载特性还可以计算发电机的电压变化率、未饱和的同步电抗，分析电压变动时发电机的运行情况及整定磁场电阻等。

而短路特性是指在额定转速下，定子绕组三相短路时，这个短路电流与励磁电流之间的关系。

利用短路特性，可以判断转子线圈有无匝间短路，因为当转子线圈存在匝间短路时，由于安培匝数减少，同样大的励磁电流，短路电流也会减少。

2、为何要在频率≥47Hz后才投入励磁起励建压？答：防止机组解列后在低速运行时，过多的增加励磁。

致使设备因铁芯密度过大而损坏，也是主变压器的过磁通后备保护。

其限制原理是在低速区间（45~47hzHz)时使电压和频率的比值一定，即：V/H=常数，这样当机组转速降低时，发电机端电压也降低。

该保护在47Hz以上不起限制作用。

实验三不同控制方式运行调节及甩负荷实验U、恒a、三种控制方式，分别具有各自特点，请通过以下该微机励磁调节器具有恒F试验自行体会和总结。

U方式1.恒FU方式，开机建压不并网，改变机组转速使频率在45-55Hz范围内变化，选择自励恒F记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角a的关系数据与表2-2中。

U方式实验数据表 2-2 转速变化时恒F2.恒励流方式U起励后，切换至恒励流方式，给定一恒定励磁电流，记录频率与发电机电压、用恒F励磁电流、控制角a的关系数据与表2-3中。

★这是一种开环控制的运行方式表2-3 转速变化时恒励流方式实验数据思考题：U方式，开机建压并网后，增加给定电压，为何在机端电压不变的情况下，机1、自励恒F组还能稳定运行？（请从调差的概念入手分析之）答：当发电厂中几台发电机并联运行时，母线电压水平和无功功率在机组间的分配决定于各台机组的自动励磁装置的特性，即决定于各台发电机的电压调节特性。

机组间无功负荷的分配比例是确定的，并且是可以调节的。

2、甩负荷时为何电压会突然往上升？答：发电机突然甩负荷导致电枢反应变化而引起的工频电压升高，其原因是由于通常电网负荷为感性，感性负荷的电流对发电机的电枢反应起去磁作用。

当突然甩负荷后这一去磁电枢反应也随之消失，但根据磁链守恒原理，穿过励磁绕组的磁通来不及变化，使发电机端电压升高。

实验四逆变灭磁和跳灭磁开关灭磁实验灭磁是励磁系统保护不可或缺的部分。

由于发电机转子是一个大电感，当正常或故障停机时，转子中储存的能量必须泄放，该能量泄放的过程就是灭磁过程。

灭磁只能在同步发电机非并网运行状态下进行（发电机并网状态灭磁将会导致失去同步，造成转子异步运行，产生感应过电压，危及转子绝缘）。

三相全控桥当触发控制角大于90°时，将工作在逆变状态下。

本实验的逆变灭磁就是利用全控桥的这个特点来完成的。

1.逆变灭磁步骤1） 通过触摸屏选择“微机”通道工作。

2） 起动机组，投入励磁并起励建压、增磁，使同步发电机进入空载额定运行。

3） 触摸屏上的 “灭磁”按钮，注意观察励磁电流表和励磁电压表的变化以及励磁电压波形的变化。

2. 跳灭磁开关灭磁实验步骤1） 通过触摸屏选择“微机”通道工作。

2） 起动机组，投入励磁并起励建压，同步发电机进入空载额定运行。

3） 直接跳开励磁开关，注意观察励磁电流表和励磁电压表的变化。

思考题：1、 既然可以直接跳开灭磁开关灭磁，为何还要逆变灭磁？答：逆变灭磁能够将转子中的储能迅速地反馈到三相全控桥的交流侧电源中去，不需放电电阻或灭弧栅，而且逆变灭磁无触点、不燃弧、不产生大量热量，因而逆变灭磁可靠。

而灭磁开关有寿命次数限制，直接跳开灭磁开关灭磁会减少灭次开关寿命。

2、 半控整流能否实现逆变灭磁？答：逆变灭磁只适用于全控整流桥，逆变灭磁方式主要是在逆变过程中由可控硅桥把励磁绕组中的能量从直流侧返送到交流侧，利用改变可控硅的控制角度实现的。

实验五 伏/赫限制实验单元接线的大型同步发电机解列运行时，其机端电压有可能升得较高，而其频率有可能降得较低。

如果其机端电压G U 与频率G f 的比值/G G B U f =过高，则同步发电机及其主变压器的铁芯就会饱和，使空载励磁电流加大，造成发电机和主变压器过热。

因此有必要对/G G U f 加以限制。

伏/赫限制器工作原理就是：根据整定的最大允许伏/赫比max B 和当前频率G f ，计算出当前允许的最高电压max Fh G U B f =，将其与电压给定值g U 比较，取二者中较小值作为计算电压偏差的基准b U ，由此调节的结果必然是发电机电压G Fh U U ≤。

伏/赫限制器在解列运行时投入，并网后退出。

实验步骤：U”。

1）选择“微机、自励”励磁方式励磁控制方式采用“恒F2）起动机组，投入励磁起励建压，发电机稳定运行在空载额定电压的1.1倍左右。

3）调节原动机减速按钮，使机组从额定转速下降，使频率从50Hz下降到44Hz。

4）每间隔1Hz记录发电机电压随频率变化的关系数据于表2-10中。

B值。

5）根据实验数据描出电压与频率的关系曲线，并计算设定的max6）做本实验时先增磁到一个比较高的机端电压后再慢慢减速。

7）注意比较发电机在频率变化过程中的噪音有何不同。

表2-10 伏/赫限制实验数据思考题：1、请运用伏赫限制的知识解释为什么机组的停机流程要先灭磁再减速停机？答：防止机组解列后在低速运行时，过多的增加励磁。