勵(lì)磁基礎(chǔ)知識(shí)

1、中國南方電網(wǎng)公司調(diào)峰調(diào)頻公司中國南方電網(wǎng)公司調(diào)峰調(diào)頻公司勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)(勵(lì)磁基礎(chǔ)知識(shí)勵(lì)磁基礎(chǔ)知識(shí)) )同步發(fā)電機(jī)基本原理線圈磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子 不論是線圈在磁場(chǎng)里旋轉(zhuǎn)或磁場(chǎng)相對(duì)線圈運(yùn)動(dòng)，只要通過線圈平面的磁通量發(fā)生變化，都會(huì)在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。 由于制造工藝的需要，大部分發(fā)電機(jī)都是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)式的，在發(fā)電機(jī)中間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)成為轉(zhuǎn)子，在發(fā)電機(jī)外面的線圈稱為定子。發(fā)電機(jī)的三相線圈 發(fā)電機(jī)三組線圈的安裝位置是:B組線圈比A組線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)后120度，C組線圈比B組線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)后120度。磁極在定子繞組里旋轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)線圈產(chǎn)生電壓的瞬時(shí)值為：發(fā)電機(jī)分類（根據(jù)原動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)）：

2、汽輪發(fā)電機(jī)： 能源燃燒煤、油、原子能等；汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)為動(dòng)能，發(fā)電機(jī)在將動(dòng)能變?yōu)殡娔堋?轉(zhuǎn)速高，磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)少，發(fā)電機(jī)的直徑也小；比較適合大、中型發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量可從數(shù)千KW（MW）到數(shù)10萬KW（100MW）。 發(fā)電機(jī)分類（根據(jù)原動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)）： 水輪發(fā)電機(jī)： 利用水的落差將勢(shì)能轉(zhuǎn)為動(dòng)能，再由動(dòng)能轉(zhuǎn)為電能。水輪機(jī)分為混流式(落差大，水流高，機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，直徑較小)和貫流式（落差較小，水流量大，機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)低，直徑大）。 水輪發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量從數(shù)百KW到數(shù)10萬KW(100MW).同步電機(jī)分類(根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu))： 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種不同的結(jié)構(gòu)： 凸極同步電機(jī) 隱極式同步電機(jī)凸極同步電機(jī)隱極同

3、步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在電力生產(chǎn)諸環(huán)節(jié)中的位置電網(wǎng)中帶調(diào)節(jié)系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)同步電機(jī)為被調(diào)節(jié)對(duì)象，其他組成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)對(duì)會(huì)對(duì)閉環(huán)調(diào)節(jié)行為產(chǎn)生影響，即電網(wǎng)是一個(gè)外部擾動(dòng)。同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能 電機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能分為： 電氣性能（電壓、電流） 機(jī)械性能（轉(zhuǎn)速、力矩）電氣性能同步發(fā)電機(jī)等效電路如圖，同步電抗前面的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓EMK為電壓源，它取決于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁場(chǎng)電流。直軸：d軸(定子和轉(zhuǎn)子中的磁通方向)交軸：q軸(與其垂直的方向)凸極機(jī)和隱極機(jī)區(qū)別 隱極轉(zhuǎn)子，d軸和q軸有效氣隙近似相等，所產(chǎn)生的電抗XdXq。 凸極電機(jī)， d軸和q軸有效氣隙不同，磁阻就不同， XdXq調(diào)整特性 表明發(fā)電機(jī)電壓不

4、變，頻率不變的條件下，勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)規(guī)律 根據(jù)負(fù)荷電樞反應(yīng)不同，調(diào)整特性有三種情況：阻性負(fù)荷，電樞反應(yīng)對(duì)主磁通基本無影響，要維持機(jī)端電壓不變，勵(lì)磁電流只需稍微調(diào)整。電感性負(fù)荷，電樞反應(yīng)去磁，要維持機(jī)端電壓不變，勵(lì)磁電流需要作較大的補(bǔ)充電容性負(fù)荷，電樞反應(yīng)助磁，要維持機(jī)端電壓不變，勵(lì)磁電流需要削減。發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式 空載運(yùn)行，發(fā)電機(jī)不帶負(fù)荷 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，帶負(fù)荷 發(fā)電機(jī)孤立運(yùn)行，帶負(fù)荷發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行同步轉(zhuǎn)矩和功角對(duì)隱極式同步電機(jī)，其定子磁場(chǎng)服從正弦分布，故其轉(zhuǎn)矩公式：功角不為零時(shí)，由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子通過磁力拖曳定子磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子和定子間的作用力類似于一根“橡皮筋”。在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，

5、機(jī)械力矩等于電磁轉(zhuǎn)矩。隱極式轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)矩特性最大轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)和定子電流，對(duì)隱極式同步電機(jī)，其定子磁場(chǎng)服從正弦分布，故其轉(zhuǎn)矩公式：功率圖功率圖相關(guān)說明電網(wǎng)中自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的功能 電壓調(diào)節(jié)器用于將勵(lì)磁電流自動(dòng)調(diào)節(jié)到當(dāng)前運(yùn)行工況所需的值。即在穩(wěn)態(tài)時(shí)保持運(yùn)行所需的數(shù)值，在運(yùn)行工況變化時(shí)能迅速進(jìn)行調(diào)整。 當(dāng)?shù)湫碗娋W(wǎng)無故障穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)滿足以下基本要求： 保持用戶側(cè)電壓在允許范圍內(nèi) 保證電站內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間無功功率的合理分配 保證系統(tǒng)內(nèi)無功的合理分配，將線路損耗降到最低水平，即在負(fù)載變化時(shí)也應(yīng)保證良好的穩(wěn)定性 保證發(fā)電機(jī)在安全的限度內(nèi)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的有功和無功調(diào)節(jié) 發(fā)電機(jī)孤立或空載運(yùn)

6、行時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由調(diào)速器來保持，發(fā)電機(jī)的電壓由電壓調(diào)節(jié)器來維持。并網(wǎng)后，發(fā)電機(jī)的頻率和電壓主要由電網(wǎng)決定，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組僅能對(duì)電壓和頻率產(chǎn)生很小的影響，此時(shí)，有功和無功就成為主導(dǎo)控制變量。發(fā)電機(jī)的有功和無功調(diào)節(jié)頻率調(diào)差：當(dāng)有功功率增加時(shí)，轉(zhuǎn)速的給定值相應(yīng)減小，這種傾斜的特性被稱為頻率調(diào)差。電壓調(diào)節(jié)器系統(tǒng)，若發(fā)電機(jī)不通過升壓變直接連到公共母線上，調(diào)差特性也必然是下降的，多數(shù)情況下，發(fā)電機(jī)通過升壓變接到電網(wǎng)，變壓器和電網(wǎng)的電抗會(huì)自然產(chǎn)生下降特性(軟或負(fù)特性)的自然調(diào)差率。電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)差率調(diào)差率表示無功變化和電壓變化之間的關(guān)系。對(duì)于現(xiàn)代的調(diào)節(jié)器，無功調(diào)差可通過參數(shù)設(shè)置在-20%+20%。也就是

7、在1p.u.無功時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓降低設(shè)定的數(shù)值。發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)可能的擾動(dòng)有：電網(wǎng)側(cè)：電壓、頻率和負(fù)載的波動(dòng)軸系：轉(zhuǎn)矩(負(fù)載)的變化故障：甩負(fù)荷、短路、勵(lì)磁系統(tǒng)故障對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)描述：電量：如電壓、無功功率和勵(lì)磁電流機(jī)械量：轉(zhuǎn)速或頻率，轉(zhuǎn)矩和負(fù)載角度發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的瞬態(tài)特性 甩負(fù)荷：發(fā)電機(jī)主電路開關(guān)斷開，發(fā)電機(jī)從并網(wǎng)運(yùn)行變?yōu)楣铝⑦\(yùn)行。甩負(fù)荷時(shí)，要求自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器立即反應(yīng)。發(fā)電機(jī)電壓在甩負(fù)荷后的變化是考核電壓調(diào)節(jié)器的或勵(lì)磁系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的瞬態(tài)特性 遠(yuǎn)端短路：短路點(diǎn)在母線和電網(wǎng)間的某一處。機(jī)端短路時(shí)發(fā)電機(jī)承受最嚴(yán)重的過載。靠近電廠的短路會(huì)導(dǎo)致甩負(fù)荷，遠(yuǎn)端短

8、路時(shí)應(yīng)持續(xù)的支持電網(wǎng)，直到線路保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作跳閘排除故障。 遠(yuǎn)端短路時(shí)會(huì)引起過電流和低電壓，為維持電壓恒定，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器將提供最大的勵(lì)磁電流。短路故障排除后，發(fā)電機(jī)電壓又會(huì)隨負(fù)荷的減小而上升，此時(shí)也必須由電壓調(diào)節(jié)器調(diào)整到它原來的值。同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性 空載特性 頻率特性 外特性 調(diào)整特性空載特性 表明發(fā)電機(jī)空載情況下，發(fā)電機(jī)電壓和勵(lì)磁電流的關(guān)系。 在調(diào)節(jié)器失控時(shí)，勵(lì)磁電流猛增，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過壓保護(hù)動(dòng)作。頻率特性 表明發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電流不變的情況下，發(fā)電機(jī)電壓和頻率的關(guān)系。 E=4.44fw,即在勵(lì)磁電流不變(不變)，發(fā)電機(jī)電壓和頻率成正比 投入自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器后，機(jī)端電壓在頻率變化時(shí)保持不變，勵(lì)磁電

9、流和頻率成反比，所以低頻時(shí)會(huì)發(fā)生過勵(lì)。外特性 頻率不變，勵(lì)磁電流不變的情況下，發(fā)電機(jī)電壓和發(fā)電機(jī)單機(jī)負(fù)荷電流的關(guān)系。 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)叫主磁場(chǎng)，定子產(chǎn)生的叫電樞磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的作用叫電樞反應(yīng)。根據(jù)負(fù)載性質(zhì)（阻性，感性和容性）分別作用不同（去磁，助磁）。三相交流電路 返回)240()120()(tSinRUmiCtSinRUmiBtSinRUmiA三相交流電路 三相負(fù)載功率計(jì)算： P = 3 UP = 3 U相相I I相相 或 P = UP = U線線I I線線3發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行 1發(fā)電機(jī)的同期并列: 在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)前，要進(jìn)行同期判別，機(jī)端與系統(tǒng)電壓之差符合以下三個(gè)條件： a.電壓有效值

10、之差（指PT二次側(cè)）小于5； b.頻率相同； c.相位角的差：5 返回發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行 2發(fā)電機(jī)的有功功率： 發(fā)電機(jī)的有功功率是由原動(dòng)機(jī)來提供，原動(dòng)機(jī)出力越大，所做的有功就越多；由于受供電頻率的限制，原動(dòng)機(jī)的出力并非任意的，他必須受電力系統(tǒng)規(guī)定按50HZ運(yùn)行，并基本保持不變，這任務(wù)是由調(diào)速器來完成的，它必須根據(jù)負(fù)荷的變化不斷地調(diào)整原動(dòng)機(jī)的出力（水輪機(jī)的開度）實(shí)現(xiàn)頻率恒定。 發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行 4、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 在負(fù)荷變化時(shí)維持機(jī)端電壓、即系統(tǒng)電壓恒定，就必須隨負(fù)荷變化不斷的調(diào)整勵(lì)磁電流，就好象有功負(fù)荷變化時(shí)調(diào)整原動(dòng)機(jī)出力維持頻率不變一樣。這個(gè)自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁電流系統(tǒng)，我們叫“自動(dòng)勵(lì)

11、磁調(diào)節(jié)器”， 返回發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行5、強(qiáng)勵(lì)： 由于電網(wǎng)中大容量的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或發(fā)生瞬時(shí)短路，發(fā)電機(jī)端電壓大幅度迅速下降，就需要發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在極短的時(shí)間內(nèi)給轉(zhuǎn)子提供較大勵(lì)磁電流，使機(jī)端電壓迅速恢復(fù)，這種情況叫強(qiáng)勵(lì)。 強(qiáng)勵(lì)是由勵(lì)磁系統(tǒng)來完成的，它的快速反應(yīng)能在一定時(shí)間里輸出1.82.0倍的勵(lì)磁電壓，讓勵(lì)磁電流迅速增加，機(jī)端電壓迅速恢復(fù)正常。 返回發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行 7、進(jìn)相： 如果機(jī)組并網(wǎng)后，減小勵(lì)磁電流，機(jī)組不但不向系統(tǒng)輸出無功，相反在勵(lì)磁電流減小到一定值后，向電網(wǎng)吸收無功，叫進(jìn)相。返回發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行 8、失步 機(jī)組并網(wǎng)后，必須按名牌參數(shù)在允許范圍內(nèi)運(yùn)行，如果機(jī)組并網(wǎng)后只增加有功

12、，又不相應(yīng)增加勵(lì)磁電流，甚至減小勵(lì)磁電流，使轉(zhuǎn)子在定子里滑極，這就叫失步了。失步會(huì)引起發(fā)電機(jī)強(qiáng)烈的振動(dòng)，是不允許的。所以增加勵(lì)磁電流不僅是為了發(fā)無功，同時(shí)保證發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行 9、調(diào)差： 機(jī)組在電網(wǎng)并列運(yùn)行時(shí)存在功率分配問題，無功的分配是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來完成的。穩(wěn)態(tài)時(shí)，任意調(diào)節(jié)勵(lì)磁可改變發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功。但在動(dòng)態(tài)時(shí)系統(tǒng)電壓變化無功分配就不一樣要使機(jī)組在電網(wǎng)并列運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)電壓波動(dòng)，時(shí)而使機(jī)組能按自身容量吸收適量無功，合理分配，這就叫“調(diào)差”。 變壓器極性和組別 單相變壓器的電壓和極性 變壓器極性和組別 三相變壓器的接法和組別 三相變壓器的一次繞組和二次繞組，都可以采用三角形連接

13、或星形連接，三角形連接時(shí)高壓繞組用D表示，低壓繞組用d表示，或統(tǒng)一用表示；星形連接時(shí)高壓繞組用Y表示，低壓繞組用y表示，或統(tǒng)一用Y表示 變壓器極性和組別 一次線電壓（UAB）方向當(dāng)作時(shí)鐘的分針，二次線電壓（Uab）方向當(dāng)作時(shí)鐘的時(shí)針 ，可由電壓向量圖判別變壓器組別。常用接法：Y/Y12 ，Y/11 變壓器極性和組別Y/Y12 變壓器極性和組別 Y/11 晶閘管(可控硅)的控制原理 晶閘管的導(dǎo)通條件：以下兩條件須同時(shí)具備a正向陽極狀態(tài)（陽極電位高于陰極電位）；b控制極加上觸發(fā)電壓（或觸發(fā)脈沖）； 晶閘管的關(guān)斷條件：以下任一條件即可關(guān)斷a主回路斷開；b晶閘管兩端處于反向電壓時(shí)（陽極電壓低于陰極電壓

14、）c流過晶閘管的電流下降到小于維持電流 晶閘管的控制原理單相半波可控整流電路晶閘管的控制原理單相半波可控整流電路控制角：從晶閘管承受正向電壓起到觸發(fā)脈沖加 入時(shí)的電角度。導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的角度。移相：改變的大小即改變脈沖在每個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn) 的時(shí)刻；對(duì)單相半波電路的移相范圍是 0。 越大即脈沖向后移晶閘管導(dǎo)通時(shí)間 越小，電阻上的輸出電壓越小。單相半波可控橋輸出電壓和電流為：三相可控整流電路 單相半控整流 單相全波整流電路 三相可控整流電路：三相全控整流橋的直流輸出電壓平均值： 晶閘管承受反壓：U2 U2是整流橋輸入線電壓CosUUd235. 12單相半控整流電路電感負(fù)載電感上的能量釋

15、放，電感上的電流不能突變晶閘管未關(guān)斷，負(fù)載上產(chǎn)生反電勢(shì)單相半控整流電路電感負(fù)載續(xù)流二極管負(fù)載電感很大（如發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子），能量釋放時(shí)間長，角控制作用很小，輸出平均電壓很低加續(xù)流二極管，輸出電流比較平。單相全波整流電路半控橋單相全波整流電路全控橋三相可控整流電路-半控橋直流輸出電壓平均值：晶閘管承受反壓：移相范圍：0180U2是整流橋輸入線電壓三相可控整流電路-半控橋 自然換向點(diǎn)：從此點(diǎn)開始這相可控硅才開始承受正向電壓。控制角是從自然換向點(diǎn)開始算起。 失控：大電感負(fù)載情況下出線丟脈沖現(xiàn)象，可控硅換相時(shí)不能關(guān)斷，導(dǎo)致一個(gè)可控硅一直導(dǎo)通，電路進(jìn)入失控狀態(tài)。三相可控整流電路-全控橋共陰極組，共陽極組觸發(fā)脈沖：在觸發(fā)共陰極可控硅時(shí)必須同時(shí)觸發(fā)對(duì)應(yīng)回流的共陽極可控硅，回路才能導(dǎo)通。 = 0 一個(gè)周期內(nèi)每只可控硅導(dǎo)通時(shí)間120度，換相6次，6只硅對(duì)應(yīng)6組脈沖，同時(shí)換相時(shí)要求仍能可靠導(dǎo)通，要求脈沖寬度大于60度，小于120度，為減少脈沖功率，多采用雙脈沖，即在每個(gè)可控硅觸發(fā)導(dǎo)通的同時(shí)還給前一只可控硅補(bǔ)一個(gè)脈沖，這樣才能保證可靠換相。三相可控整流電路-全控橋三相可控整流