发电机励磁系统原理
水轮发电厂原理
大坝、水电厂、水轮 机、发电机定子、转 子、励磁系统
水轮发电厂转子
n=60f/P 励磁绕组（d轴） 阻尼绕组（d轴、 q轴）
励磁的基本概念
什么是励磁？
导体切割磁力线感生电动势e
励磁就是提供一个磁场B
4.44:有效值系数
E=4.44fNΦ
F:励磁条件与影响 N:机端电压影响
PID励磁控制理念
ΔVG
K
控制 1
K
如K=100 ΔVG
20
80 1 5s
G ( s ) 20 80 1 5s
100 1 s 1 5s
励磁机他励与自并励
Output of Excitation System
Potential Transformers Current Transformers
发电机空载特性
发电机升压试验：额定转速、Ug＝f（If）
1、一致性 2、空载励磁电 流和电压参数 3、发电机变压 器组空载特性 4、过激磁概念
E=4.44kwfNΦ U=4.44fNΦm U=4.44kwfNΦm
发电机短路特性
发电机升流试验：额定转速、Ig＝f（If）
1、线性与三相 一致 2、电气制动设 置点 3、主变高压侧 短路特性：测 短路主抗
电力系统励磁控制发展过程：
❖ PID 控制； PSS 控制 线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control） 非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control） 非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢
交流励磁机与自幷励发电机 同轴
自励系统（并励、复励）
静止
自并励励磁系统 组成：励磁变压器、大功率可控 硅整流柜、灭磁及过电压保护、 起励设备、自动电压调节器
优点：结构简单、响应速度快
缺点：强励时系统电压变化复杂
交流侧串联自复激励磁系统
励磁电压变压器ZB（并联变）的副方 电压与励磁电流变压器 GLH（串联变） 的副方电压相联（相量相加），然后 加在可控硅整流桥KZ上。当发电机负 载情况变化时，例如电流增大或功率 数降低，则加到可控硅整流桥上的阳 极电压增大，故这种励磁方式具有相
复励作用。
交流侧串联自复励与自幷励 静止
交流自复励缺点（有刷励磁） 静止
无刷励磁系统
旋转
组成：主励磁机（ACL）
电枢是旋转的，它发出的三
相交流电经旋转的二极管整
流桥整流后直接送发电机转
子回路。
无刷励磁系统中的副励磁机
（PMG）是一个永磁式中频发电机，它与发电机同轴旋转。主励磁机 的磁场绕组是静止的，即它是一个磁极静止、电枢旋转的交流发电机。
THYRIP OL
完全柔性制动系统
调 辅助 节 控制 器柜
整流柜（功率柜） 制动整流柜
（柔性制动）
直流灭磁 灭磁
开关柜 电阻柜
S101
S106+S107
直流励磁机系统（开关励磁）
FMK
*
FLQ
F
CT
L
PT
Rc LLQ
同轴
自动励磁调节器
开关式励磁调节器的优点是： 结构紧凑，体积小，且励磁电 源可靠，不受电力系统电压波 动的影响。另外，不存在可控 整流桥的触发同步问题，控制 简便，运行可靠性高。
交流励磁机系统（三机它励） 同轴
组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同
轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。 也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。
优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响 缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡
励磁重要概念
Synchronous Machine Regulator
Exciter
Synchronous Machine
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Power System
励磁系统
Excitation System
Excitation Control System
励磁控制系统
Blockdiagramm according IEEE
Uf , If
<
UE , IE AVR
自并励励磁系统 IGBT
For Exa4m00pVleAC
110 V DC
Generator
Main Exciter Voltage Regulator
他励：励磁电源取自励磁机或厂用电等； 自励：励磁电源取自发电机本身，可靠性高，但需采取措 施保证强励能力。
励磁系统的组成与分类
无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可 靠性和减少了机组维护工作量。但旋转半导体无刷励磁方式对硅元件 的可靠性要求高，不能采用传统的灭磁装置进行灭磁，转子电流、电 压及温度不便直接测量等。这些都是需要研究解决的问题
Φ:与励磁电流关系
对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ
励磁的基本任务
Governor调速 Frequency（f） Active Power（P）
功角δ
Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug）
G Excitation励磁
功角含义（电气量与空间量）、静稳极 限Pmax、系统稳定余度（Pmax/P）、 功角范围（机组小于系统）
励磁系统新科技
现在发电机励磁系统采用单轴直流电励磁； 发电机励磁系统科研主要内容：双轴励磁；交流电励磁；
励磁控制系统新科技
现在励磁控制系统规律大多采用传统经典控制理论：PID+PSS 励磁控制系统科研主要内容：电力系统稳定器PSS；线性最优控 制规律（华中科技大学）；非线性最优控制规律（清华大学 ）。
交流励磁机系统（二机它励） 同轴
组成：交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电
流；AVR控制可控硅的触发角，调整其输出电流，亦称为两机它励励磁系 统。励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经 励磁变压器后获得，自动励磁调节器控制可控硅砖触发角，以调节交流励 磁机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子， 亦称为两机一变励磁系统。
自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器） 励磁电源（励磁机、励磁变压器） 整流器（AC/DC变换，SCR、二极管） 灭磁与转子过电压保护 按励磁电源分类：
直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统 无刷励磁系统 自并励励磁系统
按响应速度分类：
慢速励磁系统 快速励磁系统 高起始励磁系统
三峡电厂右岸励磁系统