各種勵磁系統(tǒng)介紹課件

1、7.1 勵磁系統(tǒng)的分類勵磁系統(tǒng)的種類勵磁系統(tǒng)的種類（響應速度）慢速勵磁系統(tǒng)高起始勵磁系統(tǒng)快速勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)的種類勵磁系統(tǒng)的種類（系統(tǒng)輸出電源類型）直流勵磁交直流勵磁交流勵磁自勵直流勵磁機系統(tǒng)它勵直流勵磁機系統(tǒng)自并勵（自并激）系統(tǒng)自復勵系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)的種類勵磁系統(tǒng)的種類（勵磁功率電源類型）直流勵磁機系統(tǒng)交流勵磁機系統(tǒng)靜止勵磁系統(tǒng)自勵交流勵磁機系統(tǒng)它勵交流勵磁機系統(tǒng)靜止整流器系統(tǒng)（三機他勵）旋轉(zhuǎn)整流器系統(tǒng)（無刷勵磁）靜止可控整流器系統(tǒng)靜止整流器系統(tǒng)直流側(cè)并聯(lián)自復勵系統(tǒng)交流側(cè)串聯(lián)自復勵系統(tǒng)直流側(cè)串聯(lián)自復勵系統(tǒng)交流側(cè)并聯(lián)自復勵系統(tǒng)7.1.1 風力發(fā)電機的交流勵磁Q、P雙饋感應風力發(fā)電機雙饋感應風力發(fā)電

2、機變漿變速恒頻變漿變速恒頻水電、火電發(fā)電水電、火電發(fā)電機：改變直流勵磁，機：改變直流勵磁，無功改變，有功的瞬無功改變，有功的瞬時值改變，但有功的時值改變，但有功的平均值不變，亦即發(fā)平均值不變，亦即發(fā)電機輸出的有功功率電機輸出的有功功率不變！不變！改變交流改變交流勵磁的相勵磁的相位和大小，位和大小，無功改變，無功改變，有功小范有功小范圍變化！圍變化！7.1.2 抽水蓄能機組交的交直流勵磁改變改變d軸直流勵磁，無軸直流勵磁，無功改變，改變功改變，改變q軸直流軸直流勵磁，有功小范圍改變！勵磁，有功小范圍改變！7.1.3 直流勵磁機勵磁系統(tǒng)20世紀60年代出現(xiàn)了與直流勵磁機配用的可控硅開關(guān)式勵磁調(diào)節(jié)器

3、，80年代又出現(xiàn)了與直流勵磁機配用的大功率晶體管開關(guān)式勵磁調(diào)節(jié)器靠機械整流子換向整流的，當勵磁電流過大時，換向就很困難，所以這種方式只能在100MW以下中小容量機組中采用直流勵磁機大多與發(fā)電機同軸，靠剩磁來建立電壓的按勵磁機勵磁繞組供電方式的不同，又可分為自勵自勵和他勵他勵兩種方式。1. 自勵直流勵磁機自勵直流勵磁機勵磁勵磁系統(tǒng)系統(tǒng)磁場電阻可改變勵磁機勵磁電流，從而改變發(fā)電機勵磁電流。IEE=IRC+IAVR 式中：IEE為發(fā)電機的勵磁電流；IAVR為自動勵磁調(diào)節(jié)器輸出的電流；IRC為勵磁機提供的勵磁電流。由于電流互感器和電壓互感器的容量有限，也由于當時的整流技術(shù)輸出較大的電流有困難，所以IA

4、 VR很小，只占IEE的一小部分，勵磁機的勵磁電流大部分是由勵磁機經(jīng)過磁場變阻器提供。 勵磁機和發(fā)電機同軸，靠剩磁啟起勵建立電壓。 由于勵磁機向它自己提供勵磁電流，所以稱為自勵自勵。 勵磁機發(fā)出的電流，一部分送給發(fā)電機的勵磁繞組；一部分經(jīng)過磁場變阻，送給勵磁機的勵磁繞組。發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組由專用的直流勵磁機供電，調(diào)整勵磁機7.1.3 直流勵磁機勵磁系統(tǒng)2. 他他勵直流勵磁機勵直流勵磁機勵磁勵磁系統(tǒng)系統(tǒng) 他勵直流勵磁機沒有IRC和UDE的相互依賴的關(guān)系，勵磁時間常數(shù)就是勵磁機勵磁繞組的時間常數(shù)，其只決定于勵磁機勵磁繞組的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。所以他勵直流勵磁機的時間常數(shù)比自勵直流勵磁機的時間常數(shù)小，即提高了勵

5、磁系統(tǒng)的電壓增長速率。由于水輪發(fā)電機的機械轉(zhuǎn)動慣量大、勵磁繞組的時間常數(shù)大，會使得勵磁自動控制系統(tǒng)的動態(tài)指標變差。這種情況下，減小勵磁機的時間常數(shù)對保證勵磁自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)指標具有重要作用。因此，他勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)多用于水輪發(fā)電機。它與自勵的不同之處在于：它與自勵的不同之處在于： 多了一臺副勵磁機，勵磁機的勵磁電流不再由它自己供給，而是由另一臺與勵磁機同軸的副勵磁機PE供給，所以稱為他勵他勵。 他勵直流勵磁機的勵磁電流：IEE=IPE+KZIA VR 自勵直流勵磁機中，IRC的增加促使勵磁機電壓UDE增加，而IRC的增加又依靠UDE的增加，IRC和UDE的這種關(guān)系就使得勵磁機的勵

6、磁時間常數(shù)增大了。7.1.3 直流勵磁機勵磁系統(tǒng)3. 自勵與他勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)的比較自勵與他勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)的比較 他勵比自勵多用了一臺副勵磁機。 他勵方式勵磁單元的時間常數(shù)就是勵磁機勵磁繞組的時間常數(shù)，與自勵方式相比，時間常數(shù)減小了，即提高了勵磁系統(tǒng)的電壓增長速率。 他勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)一般用于水輪發(fā)電機組。4. 對直流勵磁機勵磁系統(tǒng)的基本評價對直流勵磁機勵磁系統(tǒng)的基本評價 結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠。 直流勵磁機有電刷、整流子等轉(zhuǎn)動接觸部件，運行維護繁雜，從可靠性來說，它又是勵磁系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。機組容量越大，勵磁電流也越大，當發(fā)電機容量大于100MW時，直勵機供給勵磁換向問題難以解決。

7、 與同容量的交流勵磁機或變壓器相比，直流勵磁機體積大，造價高。 勵磁調(diào)節(jié)器常采用電磁型調(diào)節(jié)器，反應速度慢。7.1.4 交流勵磁機勵磁系統(tǒng)整流技術(shù)發(fā)展和大容量硅整流元件的出現(xiàn)，產(chǎn)生了交流勵磁機勵磁系統(tǒng)。同步發(fā)電機的勵磁機也是一臺交流同步發(fā)電機，勵磁功率單元由與發(fā)電機同軸的交流勵磁機和整流器組成，根據(jù)勵磁機電源整流方式及整流器狀態(tài)的不同分為自勵自勵和他勵他勵兩種方式。1. 他勵交流勵磁機系統(tǒng)他勵交流勵磁機系統(tǒng)1）靜止整流器系統(tǒng)（）靜止整流器系統(tǒng)（三機它勵勵磁系統(tǒng)三機它勵勵磁系統(tǒng)） 勵磁系統(tǒng)由與主機同軸的主交流勵磁機、中頻交流副勵磁機和調(diào)節(jié)器等組成，因交流勵磁機的勵磁電流不是由它自己供給的，所以稱這

8、種勵磁機為他勵交流勵磁機系統(tǒng)他勵交流勵磁機系統(tǒng)。 副勵磁機可以是自勵式和他勵式，自勵式其磁場繞組由副勵磁機機端電壓經(jīng)整流后供電。也有用永磁發(fā)電機作副勵磁機的，亦稱三機它勵勵磁系統(tǒng)三機它勵勵磁系統(tǒng)。7.1.4 交流勵磁機勵磁系統(tǒng)1. 他勵交流勵磁機系統(tǒng)他勵交流勵磁機系統(tǒng)1）靜止整流器系統(tǒng)（）靜止整流器系統(tǒng)（三機它勵勵磁系統(tǒng)三機它勵勵磁系統(tǒng)） 交流副勵磁機配有一個自勵恒壓調(diào)節(jié)器維持其端電壓為恒定值。交流副勵磁機輸出的交流電經(jīng)過可控整流器整流后給勵磁機勵磁。 交流勵磁機輸出的交流電經(jīng)過“不可控整流器”整流后變成直流，供給發(fā)電機作勵磁電流。 勵磁調(diào)節(jié)器通過控制“可控整流器”中可控硅整流元件的控制角改變

9、交流主勵磁機的勵磁電流，來控制發(fā)電機勵磁電流。該勵磁系統(tǒng)的特點： 交流主勵磁機和副勵磁機與發(fā)電機同軸是獨立的勵磁電源，不受電網(wǎng)干擾，可靠性高。 由于取消了直流勵磁機，不存在換向問題，而交流勵磁機的容量可以做得很大，所以這種勵磁系統(tǒng)的勵磁容量不受限制。 交流勵磁機的時間常數(shù)較大，為了提高勵磁系統(tǒng)的響應速度，勵磁機轉(zhuǎn)子采用疊片結(jié)構(gòu)，以減小其時間常數(shù)和因整流器換相引起的渦流損耗，頻率采用100Hz或150Hz ；交流副勵磁機頻率為400500Hz。主勵磁機、副勵磁機與發(fā)電機同軸，加長了發(fā)電機主軸的長度，使廠房長度增加，因此造價較高。 有滑動接觸部件滑環(huán)，需要一定的維護工作量。 一旦副勵磁機或自勵恒壓

10、調(diào)節(jié)器發(fā)生故障，均可導致發(fā)電機組失磁，如果采用永磁發(fā)電機作為副勵磁機，不但可以簡化調(diào)節(jié)設(shè)備，而且勵磁系統(tǒng)的可靠性也可大為提高。7.1.4 交流勵磁機勵磁系統(tǒng)1. 他勵交流勵磁機系統(tǒng)他勵交流勵磁機系統(tǒng)2）旋轉(zhuǎn)整流器系統(tǒng)（無刷）旋轉(zhuǎn)整流器系統(tǒng)（無刷勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)）它的副勵磁機是永磁發(fā)電機，其磁極是旋轉(zhuǎn)的，電樞是靜止的，而交流主勵磁機正好相反。交流主勵磁機電樞、硅整流元件、發(fā)電機的勵磁繞組都在同一根軸上旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)與電刷等接觸元件，這就實現(xiàn)了無刷勵磁。旋轉(zhuǎn)整流器系統(tǒng)（無刷勵磁系統(tǒng)）與他勵交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng)區(qū)別在于： 沒有炭刷，交流副勵磁機為永磁發(fā)電機。 交流主勵磁機的

11、勵磁繞組和電樞繞組的位置與一般發(fā)電機相反， 勵磁繞組放在定子上靜止不動； 電樞繞組放在轉(zhuǎn)子上和發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)，而且永磁發(fā)電機的永磁極也在轉(zhuǎn)子上。在發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時， 交流勵磁機的電樞繞組、整流器和發(fā)電機轉(zhuǎn)子一起同軸旋轉(zhuǎn)。 由于整流器和發(fā)電機轉(zhuǎn)子是相對靜止的，所以不需要由滑環(huán)和炭刷將整流器的輸出和轉(zhuǎn)子繞組連接起來，可直接連接，簡化了運行維護，可靠性提高，無碳粉污染，電機壽命增長，適用于大機組。他勵交流勵磁機靜止整流器系統(tǒng)對發(fā)電機提供勵磁電流的路徑中有滑環(huán)與炭刷轉(zhuǎn)子滑環(huán)通過的極限電流約為800010000A，發(fā)電機的勵磁電流超過這一極限應取消滑環(huán)，使整個系統(tǒng)都無滑動接觸元件，產(chǎn)生了無刷勵無刷勵磁系統(tǒng)磁

12、系統(tǒng)。7.1.4 交流勵磁機勵磁系統(tǒng)1. 他勵交流勵磁機系統(tǒng)他勵交流勵磁機系統(tǒng)2）旋轉(zhuǎn)整流器系統(tǒng)（無刷）旋轉(zhuǎn)整流器系統(tǒng)（無刷勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)）該勵磁系統(tǒng)的特點： 解決了巨型機組勵磁電流引入轉(zhuǎn)子繞組的技術(shù)困難，為制造巨型機組提供了技術(shù)保證。 取消了滑環(huán)和炭刷，維護量小，不易引起火災。 發(fā)電機勵磁由勵磁機獨立供電，供電可靠性高。并且由于無刷，整個勵磁系統(tǒng)可靠性更高。 因為沒有接觸部件的磨損，所以也就沒有炭粉和銅末引起的對發(fā)電機繞組的污染，故消除了炭粉和銅末對發(fā)電機絕緣的影響。 發(fā)電機勵磁控制是通過調(diào)節(jié)交流勵磁機的勵磁實現(xiàn)的，因而勵磁系統(tǒng)的響應速度較慢。為了提高勵磁系統(tǒng)的響應速度，勵磁機轉(zhuǎn)子采用疊片

13、結(jié)構(gòu)，以減小其時間常數(shù)和因整流器換相引起的渦流損耗；還采用減小繞組電感取消極面阻尼繞組等措施。整流器的元器件是隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動的，由此引起了一系列技術(shù)問題。如下： 無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)子回路直接滅磁（勵磁開關(guān)跳閘后發(fā)電機自然滅磁相對時間較長，一般用逆變滅磁）； 無法對勵磁回路直接測量（如轉(zhuǎn)子電流、電壓、轉(zhuǎn)子絕緣、熔斷器熔斷信號等），必須采用特殊的方法測量； 無法對整流元件的工作情況進行直接監(jiān)測； 要求整流器和快速熔斷器等有良好的力學性能，能適應高速旋轉(zhuǎn)的離心力。7.1.4 交流勵磁機勵磁系統(tǒng)2. 自勵交流勵磁機系統(tǒng)自勵交流勵磁機系統(tǒng)自勵交流勵磁機系統(tǒng)與自勵直流勵磁機系統(tǒng)一樣，自勵交流勵磁機的勵磁電源也是從

14、本機獲得，自勵直流勵磁機為了調(diào)整電壓需要一個磁場電阻，自勵交流勵磁機為了維持其端電壓恒定，則改用了可控整流元件。1）靜止可控整流器系統(tǒng)）靜止可控整流器系統(tǒng)發(fā)電機的勵磁電流由交流勵磁機經(jīng)可控整流裝置供給。它與他勵靜止整流器勵磁系統(tǒng)區(qū)別在于這種勵磁系統(tǒng)取消了副勵磁機，自動勵磁調(diào)節(jié)器通過控制可控整流器中整流元件直接控制發(fā)電機的勵磁電流。與他勵靜止整流器勵磁系統(tǒng)相比有以下特點： 交流勵磁機采用自勵方式，縮短了機組主軸長度；起勵電壓較高。 正常工作時由勵磁調(diào)節(jié)器直接控制可控整流器中整流元件直接控制發(fā)電機的勵磁電流，對發(fā)電機勵磁電流進行控制，所以時間常數(shù)小，快速性好。 可控整流器控制的電流較大，需要的可控

15、整流元件容量大。7.1.4 交流勵磁機勵磁系統(tǒng)2. 自勵交流勵磁機系統(tǒng)自勵交流勵磁機系統(tǒng)2）靜止整流器系統(tǒng)）靜止整流器系統(tǒng)發(fā)電機的勵磁電流由交流勵磁機經(jīng)硅整流裝置供給，勵磁調(diào)節(jié)器控制可控整流裝置控制勵磁機的機端電壓，從而達到調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁的目的。與自勵交流勵磁機靜止可控整流器系統(tǒng)相比其響應速度較慢，應為增加了交流勵磁機自勵回路環(huán)節(jié)，使動態(tài)響應速度受到影響。交流勵磁機自并勵方式使勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡化，過去是汽輪發(fā)電機常用的勵磁方式。7.1.5 靜止勵磁系統(tǒng)靜止勵磁系統(tǒng)取消了勵磁機，采用變壓器作為交流勵磁電源，勵磁變壓器接在發(fā)電機出口或廠用母線上。因勵磁電源系取自發(fā)電機自身或是發(fā)電機所在的電力系統(tǒng)

16、，故這種勵磁方式稱為自勵整流器勵磁系統(tǒng)，簡稱自勵系統(tǒng)自勵系統(tǒng)。與電機（勵磁機）式勵磁方式相比，在自勵系統(tǒng)中，勵磁變壓器、整流器等都是靜止元件，故自勵磁系統(tǒng)又稱為靜止勵磁系統(tǒng)靜止勵磁系統(tǒng)。靜止勵磁系統(tǒng)也有幾種不同的勵磁方式。如果只用一臺勵磁變壓器并聯(lián)在機端，則稱為自并勵系統(tǒng)自并勵系統(tǒng)。如果除了并聯(lián)的勵磁變壓器外還有與發(fā)電機定子電流回路串聯(lián)的勵磁變壓器（或串聯(lián)變壓器），二者結(jié)合起來，則構(gòu)成所謂自復勵系統(tǒng)自復勵系統(tǒng)。結(jié)合的方案有下列四種：直流側(cè)并聯(lián)自復勵系統(tǒng)直流側(cè)并聯(lián)自復勵系統(tǒng)、直流側(cè)串聯(lián)自復勵直流側(cè)串聯(lián)自復勵系統(tǒng)系統(tǒng)、交流側(cè)并聯(lián)自復勵系統(tǒng)交流側(cè)并聯(lián)自復勵系統(tǒng)、交流側(cè)串聯(lián)自復勵系統(tǒng)交流側(cè)串聯(lián)自復勵系

17、統(tǒng)。7.1.5 靜止勵磁系統(tǒng)1. 自并勵（自并激）勵磁系統(tǒng)自并勵（自并激）勵磁系統(tǒng) 直接用可控硅控制轉(zhuǎn)子電壓，獲得很快勵磁電壓響應速度，近似認為像階躍函數(shù)那樣的響應速度。 由發(fā)電機機端取得勵磁能量，甩負荷時機組過電壓低。 在故障情況下，強勵不能充分發(fā)揮，發(fā)電機不能向系統(tǒng)提供充分的無功功率，這對整個系統(tǒng)的反事故能力是十分有害的。發(fā)電機的勵磁功率電源取自發(fā)電機端，經(jīng)勵磁變壓器降壓、可控整流器整流后給發(fā)電機勵磁。由于勵磁變壓器是并聯(lián)在發(fā)電機端的，且發(fā)電機向自己提供勵磁功率，所以這種系統(tǒng)叫做自并自并勵勵磁系統(tǒng)勵勵磁系統(tǒng)。發(fā)電機的勵磁電流通過勵磁調(diào)節(jié)器直接通過控制可控整流器中整流元件直接控制發(fā)電機的勵磁

18、電流。這是自勵系統(tǒng)中接線最簡單的勵磁方式，目前被普遍采用的勵磁系統(tǒng)。其特點如下：其特點如下： 勵磁系統(tǒng)接線和設(shè)備非常簡單，無轉(zhuǎn)動部分，可靠性高，造價低，維護費用省。 無同軸勵磁機，縮短了主軸長度，減少基建投資，改善了發(fā)電機軸系穩(wěn)定性。7.1.5 靜止勵磁系統(tǒng)1. 自并勵（自并激）勵磁系統(tǒng)自并勵（自并激）勵磁系統(tǒng)自并勵勵磁系統(tǒng)特別適宜用于發(fā)電機與系統(tǒng)間有升壓變壓器的單元接線中。由于發(fā)電機引出線采用封閉母線，機端電壓引出故障的可能性極小，設(shè)計時只需考慮在變壓器高壓側(cè)三相短路時勵磁系統(tǒng)有足夠的電壓即可。對于自并勵勵磁系統(tǒng)的疑惑：對于自并勵勵磁系統(tǒng)的疑惑：1）由于短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護是

19、否能正確的動作。對于大、中容量的機組，由于其轉(zhuǎn)子時間常數(shù)較大，轉(zhuǎn)子電流要在短路0.5s后才顯著衰減。因此，在短路剛開始的0.5s內(nèi)自并勵勵磁方式和他勵方式的勵磁電流是很接近的，只是在短路0.5s后，才有明顯的差別?？紤]到高壓電網(wǎng)中重要設(shè)備的主保護動作時間都在0.1s之內(nèi)，且都設(shè)雙重保護，因此沒有必要擔心。2）自并勵勵磁系統(tǒng)的頂值電壓受發(fā)電機端和系統(tǒng)側(cè)故障的影響，在發(fā)電機近端三相短路而切除時間又較長的情況下，不能及時提供足夠的勵磁，以致于影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。7.1.5 靜止勵磁系統(tǒng)2. 自復勵勵磁系統(tǒng)自復勵勵磁系統(tǒng)1）直流側(cè)疊加自復勵系統(tǒng)）直流側(cè)疊加自復勵系統(tǒng)自并勵的基礎(chǔ)上加一臺與發(fā)電機定子回路串聯(lián)的勵磁變壓器，后者另供給一套“硅整流裝置”，二者在直流側(cè)疊加，則構(gòu)成直流側(cè)疊加的自勵方式自勵方式。疊加方式分為電流疊加（直流側(cè)并聯(lián)）電流疊加（直流側(cè)并聯(lián)）和電壓疊加（直電壓疊加（直流側(cè)串聯(lián)）流側(cè)串聯(lián)）兩種。發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁電流由“硅整流橋”與“可控硅整流橋”并聯(lián)供給?！肮枵鳂颉庇蓜畲抛儔浩鱖B供電，可控硅橋由勵磁變壓器GLH供電。勵磁變壓器ZB并接于機端，硅整流勵磁變壓器GLH串接于發(fā)電機出口側(cè)或中性點側(cè)。發(fā)電機空載時由“可控硅橋”單獨供給勵磁電流，發(fā)電機負載時，由“可控硅橋”與“硅整流