励磁装置阶跃实验

A. 励磁系统起励实验中起励的名词解释，什么叫起励谢谢

我们不妨顾名思义的认为他是“启动励磁”的意思。即给发电机转子一个初始版的额外的励磁电压权，使其建立（产生）一定的发电机机端电压，使励磁系统正常工作
一般的励磁系统中都设有外部起励的装置或者电源回路---- 即给发电机转子一个初始的额外的励磁电压，使其建立（产生）一定的发电机机端电压，使励磁系统正常工作，起励部分随之退出。
还有一中是不需要外加电源的----残压起励。是通过发电机转子被部分磁化，从而产生的感应电压来让励磁系统正常工作。
希望对你有帮助，有什么不明白的可以再问我。

B. 发电机励磁调节的原理

发电机励磁装置的运行
图8.91把图7.23调整无功功率的U形曲线再画了一次。,从U形曲线可以得到并网运行的发电机（发电机电压与公网电压6.3kV非常接近，只有很小差异；

图8.91. 发电机无功功率的调整——U形曲线
f＝50Hz保持不变），在负荷为电感性（φ＞0）时，调节转子励磁电流有四个原则：
（1）如果发电机输出的有功功率（电磁功率——转子传递到定子绕组的功率）PM不变，增加励磁电流If，将会使发电机的输出的无功功率Q和电流I增加；如果发电机输出的有功功率不变，减小励磁电流If，将会使发电机的输出的无功功率Q和电流I减小，功率因数增大；如果发电机励磁电流过小，会造成进相运行，即发电机电压相位会滞后于电流的相位，发电机吸收电网的无功功率，这种情况称为“欠励磁”，甚至会影响到系统稳定，是不允许的，会造成发电机跳闸。
（2）如果发电机输出的有功功率PM增加了，为保持发电机cosφ不变，应当增加励磁电流If，此时将会使发电机的输出的无功功率Q和电流I增加。
（3）强行励磁（强励）：当发电机电压突然降低到额定电压的80～85％时，励磁装置会自动起动强励，使控制角α＝0，励磁电压升到最大值，励磁电流很快升到额定值的1.8～2倍，如果强励成功，发电机输出电压将被恢复，强励自动停止，励磁电流也恢复正常；如果发电机电压未因强励而恢复，则向发电机保护测控屏发出“强励失败”信号。
（4）已经并网的发电机，只要与电网连接的发电机出口断路器没有跳闸，即使无汽轮机驱动，也会继续同步运行，此时PM＝0，发电机为维持转速，要向电网吸收一点有功功率。要是发电机转子的励磁电流足够大，发电机向电网输出无功功率，称为同步调相机运行状态，If越大，输出的无功功率越大。这种状态在正常运行时是不允许的，只有在汽轮机组出现某些小故障，在不需较长修复时间的前提下，才允许短时使用。

C. 励磁系统的原理是什么

发电机励磁系统 发电机励磁系统
供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。如图所示：
其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
同步发电机励磁系统的形式有多种多样，按照供电方式可以划分为他励式和自励式两大类。
一、发电机获得励磁电流的几种方式
1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。
2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。
3、无励磁机的励磁方式：
在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种
励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。
二、发电机与励磁电流的有关特性
1、电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
2、无功功率的调节：
发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
3、无功负荷的分配：
并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
三、自动调节励磁电流的方法
在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变
可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元 。励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。
四、自动调节励磁的组成部件及辅助设备
自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。
励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。
近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。

D. 什么是可控硅励磁装置

励磁装置一般用于同步电动机和同步发电机的励磁绕组电能的装置。

励磁系统是电站设备中不可缺少的部分。励磁系统包括励磁电源和励磁装置，其中励磁电源的主体是励磁机或励磁变压器；励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节屏、控制屏、灭磁屏和整流屏几部分组合而成。

励磁装置的使用，是当电力系统正常工作的情况下，维持同步发电机机端电压于一给定的水平上，同时，还具有强行增磁、减磁和灭磁功能。对于采用励磁变压器作为励磁电源的还具有整流功能。励磁装置可以单独提供，亦可作为发电设备配套供应。

(4)励磁装置阶跃实验扩展阅读：

应用领域

随着发电机容量及电网的不断增大，电力系统及发电机组要求励磁系统有更好控制调节性能，更多和更灵活的控制、限制、报警等附加功能。

为满足上述要求，微机控制的数字式励磁调节器应运而生。微机励磁调节器的广泛应用，极大地提高了电厂生产的安全可靠性和经济效益。广大中小型机组用户也迫切需要一种价格便宜，性能优良，结构简单，易掌握，可靠性高的励磁调节器。

由于励磁装置的设计参数与同步发电机、励磁电源的参数密切相关，所以单独订购励磁装置的用户，应提供或填写与励磁装置配套使用的发电设备，如同步发电机、励磁电源等的技术参数，以保证产品的统一配套性和使用性能。

励磁装置，按规定应装在室内，所以它的使用环境温度，相对湿度、海拔高度等有一定的要求。在运输、保存和使用时应予以注意。对于性能及使用条件等方面的特殊要求，用户应在签约时明确提出。

E. 电力系统稳定器PSS

英文：power system stabilization
电力系统稳定器（pps）就是为抑制低频振荡而研究的一种附加励磁控制技术。它在励磁电压调节器中，引入领先于轴速度的附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服原励磁电压调节器中产生的负阻尼转矩作用。用于提高电力系统阻尼、解决低频振荡问题，是提高电力系统动态稳定性的重要措施之一。它抽取与此振荡有关的信号，如发电机有功功率、转速或频率，加以处理，产生的附加信号加到励磁调节器中，使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩。

由试验可见：
(1)励磁控制系统滞后特性基本分为两种：自并励系统(约-40°～90°)：励磁机励磁系统(约-40°～-150°)。
(2)同一频率角度范围，表示同一发电机励磁系统在不同的系统工况和发电机工况下有不同的滞后角度，从几度到十几度，其中也包含了测量误差。
(3)温州电厂与台州电厂虽采用同一励磁控制系统，因转子电压反馈和调节器放大倍数不同，励磁系统滞后特性发生明显变化。
(4)励磁调节器的PSS迭加点位置不同，励磁控制系统滞后特性也不同。
2.有补偿频率特性的测量
有补偿频率特性，由无补偿频率特性与PSS单元相频特性相加得到，用来反映经PSS相位补偿后的附加力矩相位。DL／T650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》提山，有补偿频率特性在该电力系统低频振荡区内要满足-80°～-135°的要求，此角度以机械功率方向为零度。根据试验的方便情况，可采用两种方法：(1)断开PSS信号输入端，在PSS输入端加噪声信号，测量机端电压相对PSS输入信号的相角：(2)PSS环节的相角加上励磁控制系统滞后相角。
由试验可见：
(1)通过调整PSS参数，可以使有补偿频率特性在较宽的频率范围内满足要求。
(2)ALSTHOM机组PSS低频段相位补偿特性未能满足要求。
(3)北仑电厂1号机PSS在小于0．4Hz范围增大隔直环节时间常数，使之低频段有良好的相位补偿特性，而且提升放大倍数(0．2Hz处提高1．76倍)。
3.PSS放大倍数和输出限幅
PSS放大倍数都以标幺值表示。输入值按PSS信号是哪一种，取机组额定有功功率、额定转速或额定频率为基值。输出值以PSS迭加点额定机端电压为基值。当PSS迭加点与电压迭加点不一致时，要按低频振荡频率下的环节放大倍数折算额定机端电压值。因PSS中的超前滞后环节影响放大倍数，本文以1Hz下的放大倍数进行比较.
4.PSS开环频率特性
开环频率特性用于测量增益裕量及相角裕量，判断闭环控制系统的稳定性，判断PSS放大倍数是否适当。可在PSS输入端或PSS输出端解开闭环进行测量。
由表5可见，除台州电厂7、8号机和北仑电厂2号机以外，开环频率特性的增益裕量及相角裕量均符合DL／T650-1998标准的要求，增益裕量大于6dB、相角裕量大于40°。
5.负载电压给定阶跃响应
负载电压给定阶跃响应作为为验证试验项目，可以直接观察PSS投入引起地区内与本机有关振荡模式阻尼比的提高，从表6中可见振荡频率均在1．18Hz以上。阶跃响应不能检验区域间与本机有关振荡模式阻尼比的提高。试验结果表明，以上机组PSS的作用均有效。有的机组对负载电压阶跃反映迟钝，以至难以测量，这可能是调节器的一些环节滤去了阶跃信号中的高频分量，也可能是在试验工况下系统组尼比较大。
二、对PSS工作的几点看法
1、关于相位补偿的频率范闹
DL／T650-1998《大型汽轮发机自并励静止励磁系统技术条仆》提出了PSS应满足该机各振荡模式下的相位补偿要求，其振荡频率一般在0．2Hz～2．0Hz范围内。相位补偿可按分析计算得出该系统振荡模式的实际频率范围设计，也可按0．2Hz~2．0Hz频率范围设计。
后者因频带宽，不易在全范围满足要求，如果有一定的经验，也可以经初步分析后进行现场试验整定。以上所列浙江电网PSS整定I作均为不依靠系统计算分析，仅由现场试验整定。除ALSTHOM机组PSS因没有可调整点无法扩大相位补偿的频率范围之外，其它机组在0．5Hz～1．6Hz内满足-60°～-135°有补偿频率特性的要求。这里要指出，在DL／T650—1998发布之前，采用有补偿频率特性-60°～-135°的要求：DL／T650-1998提出了有补偿频率特性-80°～-135°的要求。
ALSTHOM机组PSS的相位补偿仅满足0．75Hz以上低频振荡范围的要求。其原因是PSS仅设计一个隔直环节，没有超前滞后环节。建议：(1)对电力系统进行小干扰稳定性分析后，判断ALSTHOM机组PSS是否需要重新设计。(2)应在供货前提供励磁系统数学模型参数，得到确认后再发货。
现场试验整定的条件为，励磁调节器可以进行励磁系统滞后特性的测量，即可以在PSS迭加点加入测量川的噪声信号。但有些微机励磁调节器做不到。对此，DL／T650-1998柄；准中明确要求，励磁调节器应具备测量励磁控制系统滞后特性的功能。
将PSS计算分析得到不同运行方式利事故状况下的励磁系统滞后特性，结合现场试验实测励磁系统滞后特性，从而合理而准确地整定PSS参数。
2、关于振荡模式的分析
通过振荡模式的分析，了解各振荡模式的振频和阻尼比。
PSS首先应保证在大小运行方式下阻尼比均满足要求。于是要分析无PSS时大小运行方式下的阻尼比，确定必须投入PSS的电厂和机组。
电力系统故障以后阻尼往往被削弱，所以要进行故障预测和故障后动态稳定性分析，以判断在故障情况FPSS是否仍可为系统动态稳定提供足够的正阻尼。如存在问题，需进行进一步研究。
各振荡模式的振频应包括在PSS频带范围内。
由于振荡模式分析需要电力系统和励磁系统的参数，需要运行状态和分析经验的积累，建议在开展分析工作的同时，不失时机地通过现场试验将大型汽轮发电机组PSS投入运”。
通过投入试验来验证和改进分析工作，用计算分析来指导和简化PSS投入试验。
3、关于PSS放人倍数
PSS放大倍数可按临界放大倍数的1／3～1／5整定。浙江电网PSS试验均采用测量开环频率特性稳定裕量的方法测量调整PSS放大倍数。其原因有三个：一是测量开环频率特性稳定裕量采用加白噪声到励磁系统的方法，试验简单，且对发电机的扰动较小，试验安全：二二是有的装置PSS放大倍数调整困难，临界放大倍数不易达到：三是有的装置PSS放大倍数做死了，没法调整。在已进行的9处PSS试验中，只有台州电厂7、8号机ALSTHOM机组的增益裕量和相角裕量都小于标准规定值，说明采用测量开环频率特性稳定裕量的方法来测量调整PSS放大倍数是可行的。
台州电厂7、8号机ALSTHOM机组的增益裕量和相角裕量小于标准规定值，但是其PSS放大倍数却只有0．27和0．48，在9台机的PSS放大倍数中偏小。北仑电厂1号机PSS计入PSS迭加点到励磁电压的放大倍数后，从PSS信号输入点到励磁电压的总放大倍数看，与稳定裕量的关系是明确的.
台州电厂7、8号机和北仑电厂2号机总放大倍数人于其它机组一倍以上，它们的稳定裕量明显低于其它机组。
台州电厂5号机组和温州电厂1、2号机组有着相近的总放大倍数，但是它们的稳定裕量有差别，这说明放大倍数与机组在系统中的位置有 关，放大倍数需要由试验或计算的稳定裕量来决定。
对一些原动机稳定性不是很好、平时有功功率就有波动的机组，若PSS仅采用有功功率信号，会增加机组有功功率的波动。因为仅采用有功功率信号的PSS有反调作用。对此，首先应减小原动机的扰动，其次PSS取较小的放大倍数。
4．关于PSS输出限幅
放大倍数大，PSS输出就容易限幅。比如取有功功率为信号的PSS放大倍数为1，输出限幅为5％，当有功功率波动大于5％就限幅，即使有功功率波动人到无穷，PSS输出只使基波幅值增加到5％的1．27倍。一般认为，PSS输出限幅可以按5％～10％考虑。
不同的振荡模式和强度对系统的破坏是不同的。故障发生可能伴随几种振荡模式，限幅是不加区别的削弱PSS信号对各种振荡模式的控制。智能式的PSS有可能判别严重后果的振荡模式并加大对其的控制力度。
5．核实振荡模式分析结果
可以通过励磁系统加入阶跃信号给系统一个激励，分析该响应，得到与本机有关的振荡模式，从而核实振荡模式计算分析结果。
6．制订PSS整定计算规范和现场试验大纲
上述问题涉及PSS计算分析研究。浙江省电力试验研究所早年进行过振荡模式的分析(小干扰稳定性分析)和PSS参数设计，但未与PSS现场投运结合起来。希望滚动地进行振荡模式的分析，相应制订协调一致的PSS整定计算规范和现场试验大纲。1999年6月全国电力系统励磁研讨会也提出了这个要求。

F. 励磁的励磁装置

⒈概述
励磁装置是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。励磁系统是电站设备中不可缺少的部分。励磁系统包括励磁电源和励磁装置，其中励磁电源的主体是励磁机或励磁变压器；励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节屏、控制屏、灭磁屏和整流屏几部分组合而成。
励磁装置的使用，是当电力系统正常工作的情况下，维持同步发电机机端电压于一给定的水平上，同时，还具有强行增磁、减磁和灭磁功能。对于采用励磁变压器作为励磁电源的还具有整流功能。励磁装置可以单独提供，亦可作为发电设备配套供应。
中小型水利发电设备已实施出口产品质量许可制度，未取得出口质量许可证的产品不准出口。
⒉种类和规格
励磁装置主要分为电磁型和半导体型两大类。电磁型励磁装置主要用于以直流或交流励磁机为励磁电源的励磁系统中，半导体型励磁装置既可以与励磁机一起组成静止（或旋转）整流器励磁系统，也可以与励磁变压器组成静止励磁系统。

G. 发电机励磁回路实验包括什么内容

发电机的自动励磁调节系统调节发电机励磁绕组两端的励磁电压，因而影响发电机的电动势回。
自动调节励磁系统答包括主励磁系统和自动调节励磁装置。
主励磁系统是从励磁电源到发电机励磁绕组的励磁主回路；自动调节励磁装置是根据发电机的运行参数，如端电压、电流等、自动地调节主励磁系统的参数。

H. 请教：励磁系统SCR故障

IGBT开关式自并激微机励磁系统的原理及应用 中国电器工业经济信息网添加时间：2006-4-1223:49:09 [摘要]本文以HWKT—09型微机励磁调节器为例，详尽地阐述了IGBT开关式自并激微机励磁系统的基本原理，并重点讨论了IGBT在开关励磁中的应用。给出了开关励磁系统中励磁装置的基本输入输出关系，为更深入地掌握和理解该系统打下良好的基础。 [关键词]IGBT占空比开关励磁自并激系统微机励磁调节器 1.概述 HWKT—09型微机励磁调节器是武汉洪山电工技术研究所研制的新型的由IGBT作为功率输出器件的自并激微机励磁调节器。它的最大特点是结构简单，主控回路只需一块面积为25×20(cm2)的印制电路板，以Intel公司准16位单片机（8098）为核心，加上外围接口芯片组成的控制系统。该装置于2000年12月在我站#1、#5机上成功投运，目前运行良好。 2.IGBT自并激励磁系统的组成及主回路原理 2.1励磁系统组成及接线方式 自并激励磁系统也就是直接励磁系统或称静态励磁系统。我站的HWKT—09型IGBT自并激励磁系统由励磁变压器、三相不可控整流桥及IGBT功率单元、灭磁单元、控制单元四部分组成。交流励磁电源取自发电机端（也称机端变压器）励磁变压器，励磁变压器的付方输出经三相不可控全波整流桥整流输出的直流电压给发电机励磁绕组励磁，励磁电流的调节经串接于发电机励磁回路的IGBT以直流斩波的方式实现。IGBT如同一只电子开关，在自动励磁调节器AVR的控制下，连续处于导通或截止状态，以达到调节励磁电流的目的。 我站#1、#5机励磁系统由控制部分和功率部分构成。控制部分由两台HWKT－09型微机励磁调节器及各种信号输入、输出转换控制环节构成一个励磁调节器柜（标准屏）;功率部分三相不可控全波整流桥加一组IGBT开关控制单元及相应滤波和保护回路构成功率柜（标准屏），此外系统另包括发电机灭磁柜。 因此整个发电机励磁系统由机端励磁变压器、励磁调节器HWKT－09、HKL－02功率柜、HMC－02灭磁柜及其它单元组成。 开关式自并激励磁系统接线方式如图一所示。 2.2功率单元的组成和原理 IGBT器件结合了双极型晶体管的功率特性和场效应管控制简单的优点，将其应用于励磁领域可使功率部分简化，也消除了SCR晶闸管可控整流方式的一些弊病。使系统的经济性和可靠性得到了提高。 功率单元主要由两部分组成:整流、滤波装置和功率开关。前者将交流励磁电源变换为直流电源后供功率开关使用，并滤除大的纹波、毛刺和均衡三相电源的负载。后者受控于调节器，调节功率开关的闭合时间即可控制励磁电流的大小。也就是说，调整功率管的导通时间即可对发电机的励磁输入功率进行控制。 2.3励磁调节器主回路 IGBT励磁系统主回路原理图如图二所示。 把IGBT作为一只电子开关，跨接在发电机励磁绕组两端。VIN为来自励磁变压器的三相交流电压，L1为转子绕组，当1K闭合后，三相交流励磁电源通过D1～D6三相整流及电容C1滤波，得到直流电压UE，当1K闭合IGBT导通时，二极管D7截止，UE通过绕组L1、IGBT使L1中电流增加;当IGBT截止时，L1中电流减小，产生的感应电压使D7导通，给L1续流。当IGBT导通期间，L1中的电流增加量大于在截止期间电流的减小量时，L1中的平均电流增加，反之L1中的平均电流减小。当增加量等于减小量时，L1中的平均电流不变，达到稳定运行工作状态。 2.4励磁电压、励磁电流的计算 设三相整流滤波后的直流电压为UE，IGBT导通时间为TON，截止时间为TOFF。导通时，转子两端压降为UE;截止时，转子电压等于续流二极管D7管压降，忽略为零。如图三所示。 由此可见，我们根据发电机机端电压、转子电流或无功负荷等因素的变化改变KC，亦即改变IGBT驱动方波的占空比，即可改变励磁绕两端的电压，从而达到调节发电机输出电压、无功的目的。 2.5IGBT的驱动条件及方法 2.5.1IGBT的输入特性要求其驱动电路满足以下条件: （1）IGBT导通时提供12V——18V栅极电压; （2）IGBT截止时提供0V——（-18V）栅极电压（为保证可靠截止，一般为-5V）; （3）IGBT开关瞬间提供足够大的电容充放电电流; （4）和控制电路隔离; （5）完成IGBT过流保护。 2.5.2驱动方法 到目前为止，IGBT有多种驱动方法，基本上是由混合集成电路组成。日本富士电机公司生产的厚膜集成电路如EXB840/841、EXB850/851是专为IGBT设计的驱动模块，符合上述所有驱动条件，是理想的驱动电路模块。HWKT—09型微机IGBT开关式励磁装置采用了这种专用芯片。驱动模块的原理框图如图四所示。 VCC、VEE为(±20V供电电源，光耦PC1提供控制电路和IGBT的隔离。Dz为5V稳压管，在IGBT截止时提供－5V反向偏压。当15脚到14脚有4mA电流通过时，光耦PC1导通，通过放大器G使输出三极管T1导通、T2截止，VCC通过T1、R8、IGBT的栅极G、射极E，稳压管Dz给IGBT栅极提供+15V正向偏置，IGBT导通;当15脚到14脚无电流时，PC1不通，T1截止、T2导通，稳压管DZ上+5V电压通过IGBT的射极E、栅极G、R8、T2使IGBT栅极电压为－5V，保证其可靠截止。当IGBT过电流时，VCE增加，通过检测二极管D使过流保护动作，关闭放大器G，起到护作用。 2.6灭磁及转子过电压保护 该回路由高能氧化锌压敏电阻组件和专用快速直流开关为主组成。灭磁及转子过电压保护原理接线图如图五所示。图中YMR表示氧化锌压敏电阻，它是一种非常优良的非线性元件，其电压与电流关系可用下式描述: 与此相对应的伏安特性如图六所示。可以将伏安特性划分为两个工作区域:I是小电流区，II是大电流区，A称为转折点。 由于YMR与FLQ是并联连接，当正常工作时，FLQ两端电压较低，YMR工作在小电流I区，流过它的电流较小，仅为数百微安，称为泄露电流。它既不能消耗能量，也不影响被保护对象的工作状况。一旦有过电压发生，氧化锌压敏电阻本身无任何延时，其响应时间大约为100毫秒，因此，它立即过渡到大电流II区工作,使得过电压得到限制并被吸收，保护了发电机转子免受过电压侵袭。 当需要灭磁时，指令快速直流开关FMK分断，它很快切断转子绕组与励磁电源的联系。转子作为一个大电感，使di/dt上升，即励磁绕组两端电压急剧增加，当超过氧化锌压敏电阻件的转折电压时，YMR立即工作在II区而呈现低阻状态，转子电流从FMK转移到压敏电阻上，迅速完成换流过程。转子能量得以通过压敏电阻释放，实现灭磁。在灭磁过程中，YMR两端亦即转子电压几乎为一恒定值。因此，这种灭磁方式接近于理想灭磁状态。从FMK开断到安全建压仅需要数毫秒，而整个灭磁过程经历的时间大约为400毫秒。可见，这种新型的灭磁方式确实具有操作简单，灭磁速度快，开关容量大，过电压保护水平可控等独特优点。 3.IGBT励磁系统控制单元 3.1硬件控制电路 HWKT－09型微机励磁调节器的控制回路由主控电路、键盘显示电路、测量电路、同步电路、开关量输入电路、调宽脉冲输出电路、信号输出电路、电源等部分组成。 在设计HWKT－09的主控电路时，充分利用该单片机的一些独特之处，使得这样一块小小芯片能充分、合理的控制一套复杂的励磁系统。运行经验表明，它功能完善、性能可靠。现举几例说明HWKT－09如何充分应用单片机所拥有的资源。 ◆四通道10位模数转换器(A/D)，可以十分方便地用于数据采集系统。在装置中，直接采集四路模拟信号:发电机励磁PT电压UFL、发动机仪表PT电压UFY、发电机定子电流IF及励磁电流IL。 ◆四路高速输入通道HSI.0、HSI.1、HSI.2、HSI.3，可用以记录外部事件。在本装置中，利用HSI.1通道测量同步脉冲信号，利用HSI.0通道测量功率脉冲信号。 ◆六路高速输出通道HSO.0、HSO.1、HSO.2、HSO.3、HSO.4、HSO.5。在本装置中利用这些输出通道输出IGBT器件的触发信号。 ◆WATCHDOG功能，使得系统在故障情况下能够自动恢复正常工作。 ◆数据通讯功能，可根据用户的需要，增加与电厂监控系统的通讯。 另外，该单片机指令系统极其丰富，采用寄存器-寄存器结构，增设了乘、除法指令，使编程简洁方便。另外，CPU能接收17个中断源信号，使中断系统简练适用。一只CPU芯片几乎包含了一台计算机的所有部件。再经过有针对性的设计，使HWKT－09系列微机励磁调节器较国内其它厂家常用的八位Z80CPU、Intel8031以及8086CPU等，在用于实时控制方面，功能更强，性能更优，抗干扰性能更好，可靠性更高。 由于全部采用了进口大规模或超大规模集成电路芯片，及其它工业级器件，可靠性得到保证。由于硬件极其简单，给调试及维护带来极大的方便。另外输入、输出信号经过多重全隔离，采用了高质量的双套开关电源电路，又采取了有效的抗干扰措施以及严格的制造工艺，使得本装置不仅有很高的可靠性，而且性能优良。 3.1.1主控电路的组成 由单片微机（8098）CPU、程序存储器（EPROM）、工作参数存储器（E2PROM）、石英晶体等组成。 3.1.2键盘显示电路 该电路由键盘显示控制芯片、8位数码管、数码管译码驱动芯片、16位键盘、键盘译码芯片等组成。通过特殊按钮的开关信息和键盘中断来实现调节器参数设置、显示切换、(10%阶跃试验等功能。 3.1.3测量电路 发电机电压UFY、系统电压UFL、发电机电流IF、励磁电流IL四路模拟量经降压(或变流)整流，再经运放缓冲放大、送入单片机的A/D转换器。通过对电压、电流相位的检测来计算功率因数角及有功、无功。 3.1.4同步电路 直流励磁系统中，通过单片机内部电路产生一组同步信号，分别发送到另一套调节器，经过逻辑判断，形成脉宽调制脉冲的同步信号。 3.1.5开关量输入电路 共有八路开关量输入，均经抗干扰处理及光电隔离，再送到相应的检测芯片。八路开关量分别是:增加励磁接点、减少励磁接点、风机位置接点、手动接点、油开关位置接点、灭磁接点、关机接点、开机接点。 调节器面板配设相应的按钮，能“就地”、“单套”调节以及模拟发电机的运行状态。 3.1.6调宽脉冲输出电路 由CPU的高速输出口HSO输出单相脉宽调制矩形波，经光电隔离、功率放大输出，可以直接驱动IGBT功率器件。矩形波上升沿小于5us，幅值约15V，瞬态输出电流500mA。 3.1.7信号输出电路 共有14路信号输出，调节器面板上有对应的14只发光二极管指示，共用4个光字牌信号输出，并可接至中央控制室。这14路输出信号分别是:+12V电源、-12V电源、+5V电源、24V电源、风机故障、手动运行、油开关状态、灭磁、低频、过励、低励、PT断线、试验及开机;其中过励限制、顶值限制、过励保护共用过励指示信号，另还有正组脉冲指示、反组脉冲指示。 当过励保护、PT断线保护动作，调节器输出设备故障信号节点，同时在调节器面板上驱动相应指示信号;当风机故障（功率单元温度过高）、手动、灭磁、低励限制、过励限制、顶值限制等动作，调节器输出设备异常信号，同时在调节器面板上驱动相应指示信号;另设正组脉冲、反组脉冲两路信号指示。 3.1.8电源 电源采用双路输入双路开关电源并联工作方式。输入电源采用交流220V整流后与直流220V并联，输入到两套独立的开关电源，开关电源的输出并联。 此设计方式充分考虑了设备工作的基础--供电电源的可靠性和冗余度，为整个设备的正常工作提供坚实的基础。 输入:DC220V±20％;AC220V±10％~20％， 输出:+5V/10A;+12V/2A；-12V/2A;+24V/1A;24V与其它三路电源电气隔离，用作开关信号输入、输出和脉冲功放电源。 3.2控制软件主程序原理流程图 控制软件程序包含各功能子模块程序、显示、给定调节、开关量保护判断、采集、功率计算、自动PID、手动PID、低励PID、控制方式选择、手动跟踪自动、自动跟踪手动、PSS、恒无功等、键盘处理子程序、高速输入中断、高速输出中断等。 主程序原理流程图如图七所示。 3.3励磁调节器基本功能 ◆保持发电机端电压恒定 ◆正负调差率可以选择 ◆发电机恒励磁电流运行 ◆PID及PI控制调节，附加PSS或EOC调节（可选），可变参数自适应调节及非线性最优调节 ◆强励顶值限制 ◆过励反时限限制 ◆低励限制 ◆V/F限制 ◆八位数码管十进制显示多种参量，循环或定点显示 ◆励磁/仪表电压互感器断线检测及保护 ◆全数字调节 ◆电源、硬件、软件故障信号以及其它各种 故障信号输出 ◆与其它自动化仪器仪表及计算机监控系统的通信接口 ◆空载过压保护 ◆零起升压可跟踪系统电压 ◆正常运行时键盘封锁 ◆两套完全独立的并列运行方式 ◆双套电源供电，面板测量及指示 ◆模块化软件结构 ◆全部参数均用十进制数字显示 ◆十六只薄膜键盘在线修改控制参数 ◆完备的硬、软件自诊断功能 ◆开机电压自动置位，关机电压自动清零 ◆状态信号显示 ◆正反组脉冲输出双层隔离，面板测量及指示 ◆掉电数据保护 3.4励磁控制系统方框图 IGBT开关式自并激微机励磁控制系统方框图如图八所示。 图中A1、A2、A3分别是控制回路、励磁功率回路及发电机的输入输出特性。其中UKZ是控制环节A1的输出，它的大小和占空比KC成正比。为了方便分析，假设: UKZ=KC Ugl是功率环节A2的输出（平均值）。我们由图二及分析知:在IGBT开关励磁中，输入、输出及占空比的关系为: Ugl=1.35UINKC 由此可知，Ugl及KC是线性关系，因而系统具有很好的线性度和稳定性，降低了控制的复杂性。 4.结束语 IGBT开关式励磁调节器成功地将新型功率复合电子器件——绝缘栅双极性晶体管IGBT运用于励磁控制领域。由于IGBT同时具备承受高电压、大电流和工作速度快、控制功率低的特点，使得开关式励磁调节器结构简单、性能价格比大大提高。我们相信，随着大功率规格的IGBT的出现，以IGBT作为功率器件的开关式励磁系统将会得到更加广泛的应用。

I. 励磁系统由哪些部分组成其工作原理是什么

供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。如图所示：
其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
同步发电机励磁系统的形式有多种多样，按照供电方式可以划分为他励式和自励式两大类。
一、发电机获得励磁电流的几种方式
1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。
2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。
3、无励磁机的励磁方式：
在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种
励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。
二、发电机与励磁电流的有关特性
1、电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
2、无功功率的调节：
发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
3、无功负荷的分配：
并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
三、自动调节励磁电流的方法
在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变
可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元 。励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。
四、自动调节励磁的组成部件及辅助设备
自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。
励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。
近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。

J. 励磁的检验项目

励磁装置检验项目
⑴出厂检验项目：
①耐电压试验；
②操作、保护和控制回路动作试验；
③励磁系统开环试验，并初步整定自动电压调节器各工作点；
④外观质量检查；
⑤包装质量检验；
⑥合同或技术附件规定的其他项目。
⑵型式试验项目：对于新试制的或对已定型产品的工艺或关键元器件改型，有可能影响产品性能时，需进行有关项目的型式试验。
A.励磁系统顶值电压倍数、响应比、及响应时间的测定；
B.同步发电机端电压整定范围的测定；
C.稳态电压调整率的测定；
D.电压调差率的测定；
E.手动控制单元调整范围的测定；
F.突加或突用负荷试验；
G.自动/手动切换试验；
H.建立额定电压试验；
I.控制用直流、交流电压，频率在规定范围内变化时，励磁系统操作及运行可靠性的试验；
J.灭磁试验；
K.整流设备额定电流试验；
L.励磁设备噪声的测定；
M.最高和最低环境温度试验；
N.试运行试验；
O.全部出厂试验项目。