发电机励磁系统学习课件分解知识分享.ppt
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1、2022/12/812.3.1.4 同步同步(tngb)发电机的励磁系统发电机的励磁系统n励磁电流:由直流电源供给的直流电流,通入励磁电流:由直流电源供给的直流电流,通入同步发电机的转子绕组建立磁场。同步发电机的转子绕组建立磁场。n励磁系统:与发电机转子回路电压的建立、调励磁系统:与发电机转子回路电压的建立、调整及其控制的有关元件和设备。包括整及其控制的有关元件和设备。包括(boku)发电机励磁绕组、励磁电源、自动调发电机励磁绕组、励磁电源、自动调压器和手动控制等部分,此外,还有强行励磁、压器和手动控制等部分,此外,还有强行励磁、强行减磁、励磁保护、灭磁等部件。强行减磁、励磁保护、灭磁等部件。
2、第一页,共103页。2022/12/82第二页,共103页。2022/12/83第三页,共103页。2022/12/84励磁系统的主要励磁系统的主要(zhyo)作用作用n在正常情况下,供给发电机励磁电流,并根据发电在正常情况下,供给发电机励磁电流,并根据发电机电压、负荷及功率因数的变化调整发电机的励磁机电压、负荷及功率因数的变化调整发电机的励磁电流,以维持发电机端电压为规定的水平。电流,以维持发电机端电压为规定的水平。n合理分配并列合理分配并列(bngli)运行发电机间的无功负荷。运行发电机间的无功负荷。n发电机电压急剧降低时,迅速加大励磁电流,以改发电机电压急剧降低时,迅速加大励磁电流,以改
3、善系统的运行条件,提高系统的稳定性和可靠性。善系统的运行条件,提高系统的稳定性和可靠性。第四页,共103页。2022/12/85励磁励磁(l c)系统分类系统分类n直流励磁机励磁系统。励磁机直接与发电机的直流励磁机励磁系统。励磁机直接与发电机的轴相连接,采用有换向器和电刷的直流发电机轴相连接,采用有换向器和电刷的直流发电机作为作为(zuwi)主励磁机(备用励磁机则由电动主励磁机(备用励磁机则由电动机拖动)。机拖动)。第五页,共103页。2022/12/86同轴直流励磁机自励同轴直流励磁机自励(z l)接线接线第六页,共103页。2022/12/87同轴直流励磁机他励接线同轴直流励磁机他励接线(
4、ji xin)第七页,共103页。2022/12/88n半导体励磁系统。利用交流电源经降压半导体励磁系统。利用交流电源经降压(jin y)整流后供给发电机励磁称为半导体励磁系整流后供给发电机励磁称为半导体励磁系统。统。第八页,共103页。2022/12/89同轴他励静止同轴他励静止(jngzh)半导体励磁接线半导体励磁接线第九页,共103页。2022/12/810自励自励(z l)静止半导体励磁接线静止半导体励磁接线第十页,共103页。2022/12/811有副励磁机的无刷励磁系统有副励磁机的无刷励磁系统(xtng)接线接线第十一页,共103页。2022/12/812无副励磁无副励磁(l c)
5、机的无刷励磁机的无刷励磁(l c)接线接线第十二页,共103页。2022/12/813自并励励磁自并励励磁(l c)系统原理接线系统原理接线第十三页,共103页。2022/12/814自并励励磁系统自并励励磁系统(xtng)原理接线原理接线第十四页,共103页。2022/12/815自并励励磁自并励励磁(l c)系统的优点系统的优点 n运行可靠性高。自并励励磁系统为静态励磁,设备及运行可靠性高。自并励励磁系统为静态励磁,设备及接线简单接线简单(jindn),与交流励磁机励磁系统相比,与交流励磁机励磁系统相比,没有旋转部件,减少了励磁系统故障,提高了运行可没有旋转部件,减少了励磁系统故障,提高了
6、运行可靠性。靠性。n改善发电机轴系稳定性。自并励励磁系统可缩短发电改善发电机轴系稳定性。自并励励磁系统可缩短发电机组的轴系长度,减少轴承座数量,提高了轴系的稳机组的轴系长度,减少轴承座数量,提高了轴系的稳定性,改善了轴系振动,从而提高了机组的安全运行定性,改善了轴系振动,从而提高了机组的安全运行水平。水平。第十五页,共103页。2022/12/816自并励励磁自并励励磁(l c)系统的优点系统的优点 n提高电力系统稳定水平。自并励励磁系统响应速提高电力系统稳定水平。自并励励磁系统响应速度快,可提高电力系统稳定水平。度快,可提高电力系统稳定水平。n经济性好,可降低投资。自并励励磁系统设备简经济性
7、好,可降低投资。自并励励磁系统设备简单,降低了造价;缩短了轴系长度,减少了厂房单,降低了造价;缩短了轴系长度,减少了厂房和基础造价;调整容易,维护简单,故障和基础造价;调整容易,维护简单,故障(gzhng)后修复时间较短,可提高发电效益。后修复时间较短,可提高发电效益。第十六页,共103页。2022/12/817同步同步(tngb)发电机的自动调节激磁系发电机的自动调节激磁系统统n运行中同步发电机的激磁电流(转子电流),无论运行中同步发电机的激磁电流(转子电流),无论在正常或是事故情况下,都要进行调节。一般说来,在正常或是事故情况下,都要进行调节。一般说来,手动调节已不能满足运行要求。现代大、
8、中型发电手动调节已不能满足运行要求。现代大、中型发电机上都装有自动调节激磁装置(机上都装有自动调节激磁装置(AER或或AVR)。发)。发电机的激磁电流按预定电机的激磁电流按预定(ydng)要求作自动调整。要求作自动调整。第十七页,共103页。2022/12/8181同步发电机自动调节同步发电机自动调节(tioji)激磁的激磁的作用作用 n在正常情况下,维持发电机端或系统中某一点电压在给在正常情况下,维持发电机端或系统中某一点电压在给定水平。定水平。n稳定地分配发电机之间的无功功率。稳定地分配发电机之间的无功功率。n在正常运行在正常运行(ynxng)及系统事故情况下,提高电力系及系统事故情况下,
9、提高电力系统的稳定性。统的稳定性。n改善电力系统的运行改善电力系统的运行(ynxng)条件。条件。第十八页,共103页。2022/12/819第十九页,共103页。2022/12/820第二十页,共103页。2022/12/821n可见,在励磁电流可见,在励磁电流(dinli)一定、一定、E0一定一定的条件下,负荷无功电流的条件下,负荷无功电流(dinli)的变化是造成的变化是造成发电机电压变化的主要原发电机电压变化的主要原因。因。n感性无功负荷使发电机的感性无功负荷使发电机的外特性呈下降趋势。外特性呈下降趋势。Ir2Ir1第二十一页,共103页。2022/12/822发电机有功发电机有功(y
10、u n)功率保持不变功率保持不变第二十二页,共103页。2022/12/823n实际运行中,系统并不是实际运行中,系统并不是(b shi)无穷大,母线电压无穷大,母线电压将随负荷的波动而变化。将随负荷的波动而变化。n发电机输出的无功电流与母线电压水平有关,改变其发电机输出的无功电流与母线电压水平有关,改变其中一台并联发电机的励磁电流不仅影响自身的电压和中一台并联发电机的励磁电流不仅影响自身的电压和无功,还将影响与之并联的运行机组的无功输出。无功,还将影响与之并联的运行机组的无功输出。第二十三页,共103页。2022/12/824提高提高(tgo)(tgo)电电力系力系统统的的稳稳定性定性090
11、180第二十四页,共103页。2022/12/825改善电力系统改善电力系统(din l x tn)的运行条的运行条件件n改善感应电动机的自启动条件改善感应电动机的自启动条件n为发电机的异步运行为发电机的异步运行(ynxng)创造条件创造条件n提高继电保护动作的灵敏度提高继电保护动作的灵敏度第二十五页,共103页。2022/12/8262对自动调节激磁装置对自动调节激磁装置(zhungzh)的主的主要要求要要求n在正常运行时,自动调节激磁装置应能维持发电机的电在正常运行时,自动调节激磁装置应能维持发电机的电压在给定水平,并稳定地分配发电机之间的无功功率。压在给定水平,并稳定地分配发电机之间的无
12、功功率。因此应有足够的调节容量。因此应有足够的调节容量。n从提高电力系统从提高电力系统(din l x tn)运行的稳定性观点出发。运行的稳定性观点出发。要求自动装置没有失灵区,动作快速。当发电机电压事要求自动装置没有失灵区,动作快速。当发电机电压事故性降低时,应尽快地加大发电机的激磁电流,进行强故性降低时,应尽快地加大发电机的激磁电流,进行强行激磁,所以也应具有足够的功率输出。行激磁,所以也应具有足够的功率输出。第二十六页,共103页。2022/12/827n自动自动(zdng)调节激磁装置本身应简单可靠,调节激磁装置本身应简单可靠,取用的功率应尽可能小些,调节过程稳定,品取用的功率应尽可能
13、小些,调节过程稳定,品质良好。质良好。第二十七页,共103页。2022/12/8283自动调节激磁自动调节激磁(jc)系统的构成系统的构成n自动调节指的是发电机的激磁电流根据端电压的变化按自动调节指的是发电机的激磁电流根据端电压的变化按预定要求进行调节,以维持端电压为给定预定要求进行调节,以维持端电压为给定(i dn)值。值。如要求端电压为恒定值,则当机端电压升高时应减小激如要求端电压为恒定值,则当机端电压升高时应减小激磁,机端电压降低时应增加激磁,以维持机端电压为给磁,机端电压降低时应增加激磁,以维持机端电压为给定定(i dn)值。值。n自动调节激磁系统可以看成是一个以电压为被调量的负自动调
14、节激磁系统可以看成是一个以电压为被调量的负反馈控制系统。反馈控制系统。第二十八页,共103页。2022/12/829一、励磁一、励磁(l c)调节器的基本概念调节器的基本概念n励磁调节器的主要功能是维持发电机端电压和实现励磁调节器的主要功能是维持发电机端电压和实现(shxin)并联运行机组间无功功率的合理分配。并联运行机组间无功功率的合理分配。第二十九页,共103页。2022/12/830没有励磁没有励磁(l c)调节装置调节装置n励磁系统通过人工、测量仪表和发电机构成了一个励磁系统通过人工、测量仪表和发电机构成了一个(y)闭合的反馈系统。这种直接根据电压偏差大小的调节方式闭合的反馈系统。这种
15、直接根据电压偏差大小的调节方式称为比例式调节方式,是励磁调节最常用的方式。称为比例式调节方式,是励磁调节最常用的方式。第三十页,共103页。2022/12/831n比例式自动励磁调节比例式自动励磁调节(tioji)器器AVR可以仿照人工调可以仿照人工调节节(tioji)自动完成励磁调节自动完成励磁调节(tioji)任务。任务。第三十一页,共103页。2022/12/832二、半导体自动励磁调节二、半导体自动励磁调节(tioji)装置的工作装置的工作原理原理 第三十二页,共103页。2022/12/833基本基本(jbn)(jbn)构成构成n自动励磁调节器由调差、测量比较、综合放大、同步与移自动
16、励磁调节器由调差、测量比较、综合放大、同步与移相触发及可控整流环节组成。这些相触发及可控整流环节组成。这些(zhxi)主要环节起到主要环节起到实现电压调节和无功功率分配等最基本的功能。实现电压调节和无功功率分配等最基本的功能。n辅助控制是为满足发电机不同工况,改善电力系统稳定性辅助控制是为满足发电机不同工况,改善电力系统稳定性和改善励磁系统动态特性而设置的单元。和改善励磁系统动态特性而设置的单元。n自动励磁调节装置退出后,由自动切换装置将手控单元投自动励磁调节装置退出后,由自动切换装置将手控单元投入。入。第三十三页,共103页。2022/12/8341测量比较测量比较(bjio)环节环节n测量
17、比较环节的作用是测量发电机电压并将之测量比较环节的作用是测量发电机电压并将之转变成直流电压,与给定的基准转变成直流电压,与给定的基准(jzhn)电压电压相比较,得出电压偏差信号。相比较,得出电压偏差信号。第三十四页,共103页。2022/12/8352综合放大综合放大(fngd)环节环节n综合放大环节的作用综合放大环节的作用(zuyng)(zuyng)是将电压偏差是将电压偏差信号及其它辅助信号进行线性综合放大。信号及其它辅助信号进行线性综合放大。第三十五页,共103页。2022/12/8362综合综合(zngh)放大环节放大环节n综合放大环节的输入信号中,除基本控制部分综合放大环节的输入信号中
18、,除基本控制部分即电压偏差信号即电压偏差信号 Ude 外,为适应外,为适应(shyng)发发电机各种工况的工作,还需要多种辅助控制信电机各种工况的工作,还需要多种辅助控制信号,如最大、最小励磁控制信号;为改善励磁号,如最大、最小励磁控制信号;为改善励磁控制系统动态特性的微分反馈信号(即励磁磁控制系统动态特性的微分反馈信号(即励磁磁通稳定信号)及提高电力系统稳定的信号(电通稳定信号)及提高电力系统稳定的信号(电力系统稳定器)等。力系统稳定器)等。第三十六页,共103页。2022/12/837各输入控制各输入控制(kngzh)信号类型信号类型n被调控制量(基本控制量)被调控制量(基本控制量)n反馈
19、控制量(改善控制系统反馈控制量(改善控制系统动态性能的辅助控制量)动态性能的辅助控制量)n限制限制(xinzh)控制量(发电控制量(发电机运行工况要求的特殊限制机运行工况要求的特殊限制(xinzh)量)量)测量比较测量比较励磁系统稳定器励磁系统稳定器最大励磁限制器最大励磁限制器最小励磁限制器最小励磁限制器电力系统稳定器电力系统稳定器综综合合放放大大第三十七页,共103页。2022/12/838n前两种是在正常情况下按预定规律调节对励磁前两种是在正常情况下按预定规律调节对励磁系统实施控制,而后一种系统实施控制,而后一种(y zhn)限制控制限制控制量在正常工况下不参与作用,在异常情况需要量在正常
20、工况下不参与作用,在异常情况需要时(危及发电机或系统运行)才进行限制控制。时(危及发电机或系统运行)才进行限制控制。第三十八页,共103页。2022/12/8393移相触发移相触发(chf)环节环节n移相触发环节移相触发环节(hunji)的作用是将控制信号的作用是将控制信号USM转换成触发脉冲,用以触发功率整流单元转换成触发脉冲,用以触发功率整流单元的晶闸管,达到调节励磁的目的。的晶闸管,达到调节励磁的目的。第三十九页,共103页。2022/12/840移相触发环节的构成移相触发环节的构成(guchng)原理原理框图框图n由同步变压器、同步移由同步变压器、同步移相器、脉冲发生器和脉相器、脉冲发
21、生器和脉冲给定基准冲给定基准(jzhn)器器组成。组成。第四十页,共103页。2022/12/841n同步信号取自晶闸管整流装置的主回路,以保同步信号取自晶闸管整流装置的主回路,以保证在晶闸管每次承受正向阳极电压时,向其控证在晶闸管每次承受正向阳极电压时,向其控制极发出脉冲,使晶闸管可靠导通。触发脉冲制极发出脉冲,使晶闸管可靠导通。触发脉冲与主回路之间的这种相位配合关系与主回路之间的这种相位配合关系(gun x)称称为同步。同步变压器和同步移相器,主要用来为同步。同步变压器和同步移相器,主要用来作为同步信号发生器,以提供具有合适幅值和作为同步信号发生器,以提供具有合适幅值和合适相位的交流同步信
22、号。合适相位的交流同步信号。第四十一页,共103页。2022/12/842三、励磁调节器的静态工作三、励磁调节器的静态工作(gngzu)特性特性n励磁调节器的简化励磁调节器的简化(jinhu)框图框图测量比较测量比较 综合放大综合放大 移相触发移相触发 可控整流可控整流 第四十二页,共103页。2022/12/843静态工作静态工作(gngzu)特性的合成特性的合成n将励磁调节器各环节将励磁调节器各环节(hunji)的的特性进行的的特性进行合成,就可以得到励磁合成,就可以得到励磁调节器的工作特性。调节器的工作特性。第四十三页,共103页。2022/12/844四、励磁四、励磁(l c)调节器的
23、辅助控制调节器的辅助控制n最小励磁最小励磁(l c)限制限制n瞬时电流限制瞬时电流限制n最大励磁最大励磁(l c)限制限制nV/Hz(伏(伏/赫)限制器赫)限制器n发电机失磁监控发电机失磁监控第四十四页,共103页。2022/12/845n辅助控制不参与正常情况下的自动控制,仅在辅助控制不参与正常情况下的自动控制,仅在发生非正常运行发生非正常运行(ynxng)工况、需要励磁调工况、需要励磁调节器具有某些特有的限制功能时,通过信号综节器具有某些特有的限制功能时,通过信号综合放大器中的竞比电路,闭锁正常的电压控制,合放大器中的竞比电路,闭锁正常的电压控制,使相应的限制器起控制作用。使相应的限制器起
24、控制作用。第四十五页,共103页。2022/12/846n励磁调节器中的辅助控制对提高励磁系统的响励磁调节器中的辅助控制对提高励磁系统的响应速度、提高电力系统稳定及保护发电机、变应速度、提高电力系统稳定及保护发电机、变压器、励磁机等的安全运行压器、励磁机等的安全运行(ynxng)有极为有极为重要的作用。重要的作用。第四十六页,共103页。2022/12/847(一)最小励磁(一)最小励磁(l c)限制(限制(欠励磁欠励磁(l c)限制)限制)n同步同步(tngb)发电机进相运行(欠励磁运行):功率发电机进相运行(欠励磁运行):功率因数由滞后变为超前,发电机从系统吸收无功功率的因数由滞后变为超前
25、,发电机从系统吸收无功功率的运行方式。运行方式。n吸收的无功功率随励磁电流的减小而增加。吸收的无功功率随励磁电流的减小而增加。n发电机进相运行受静态稳定极限和发电机定子端部发发电机进相运行受静态稳定极限和发电机定子端部发热限制。热限制。第四十七页,共103页。2022/12/848n发电机由滞相转进相运行发电机由滞相转进相运行(ynxng)时,转子时,转子电流减少,吸收无功增加,使定子端部合成漏电流减少,吸收无功增加,使定子端部合成漏磁通越来越大,造成端部发热。磁通越来越大,造成端部发热。n现代大型汽轮发电机定子铁心采用氢冷,并在现代大型汽轮发电机定子铁心采用氢冷,并在端部采取了防止局部发热的
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