同步发电机PWM励磁电源设计

摘要

在现代电力系统中，同步发电机运行稳定性一直是世界各国所普遍关注的课题，在诸多改善发电机稳定性的措施中，提高励磁系统的控制性能，被认为是最为有效和经济的措施之一。

目前采用的励磁方式主要分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统，此种励磁方式由于运动部件多，控制复杂费时，功能少，不易维修等缺点，逐步将会被淘汰；另一类是用可控硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统，这种励磁方式取消了全部的运动部件，运行可靠，经济性好，技术已经相当的成熟，正在得到越来越广泛的应用。

本论文主要论述一个基于PIC16F877单片机实现的同步发电机PWM励磁电源的设计。首先，就同步发电机励磁电源研究的背景和意义以及励磁控制方式的演绎做了简要论述；其次针对PWM控制技术和数字PID及其改进方法等基本原理做了详细介绍；然后阐述了同步发电机PWM励磁电源的主电路设计、控制电路设计以及IGBT的驱动与保护电路的设计，其中包括元器件的参数整定计算和选型、各部分方案论证。最后介绍了控制算法的实现和软件设计，并分析了设计中存在的问题。

关键词：励磁电源；PWM斩波；数字PID；PIC16F877；IGBT驱动与保护；

Abstract

In modern power systems, synchronous generator has been running stability of the world as issues of common concern. In many generators to improve the stability of measures to enhance the control of excitation system performance, are considered to be the most effective and economic measures.

Excitation current methods are divided into two major categories : The first category is used as a DC generator excitation power of DC exciter excitation system, This exciting way as a sports component, control complex and time-consuming, less functional and difficult to repair defects gradually will be eliminated; Others are using thyristor device will be exchanged into DC excitation supply after the rectifier excitation system, This exciting way of all the moving parts, reliable, economical, and the technology is already quite mature, is being increasingly widely used.

This paper mainly discusses a PIC16F877 microcontroller-based achieve synchronous generator excitation PWM power supply design. First, synchronous generator excitation Power study the background and significance of excitation control and interpretation of a brief discussion; Secondly against PWM control technology and digital PID and its methods of improving the basic tenets of a detailed; then expounded the PWM synchronous generator excitation power supply circuit design, control circuit design and IGBT drive and protection circuit design, These include parts of the parameter setting and Selection, part of the demonstration program. Finally, the realization of the control algorithm and software design, the design and analysis of the problems that exist.

Key Words : Excitation Source; PWM Chopper; Digital PID; PIC16F877;

IGBT Driver and Protection;

目录

第一章绪论 (1)

1.1概述 (1)

1.2论文的研究背景及意义 (1)

1.3励磁控制方式的演绎 (2)

1.4励磁系统的作用 (3)

1.5设计的任务和要求 (4)

1.6方案论证 (4)

第二章基本原理介绍 (6)

2.1 PWM控制技术 (6)

2.2.1 PWM控制技术的发展 (6)

2.2.2 PWM控制的基本原理 (7)

2.2.3 直流斩波 (9)

2.2数字PID (10)

2.2.1 PID控制及作用 (10)

2.2.2 离散化的的方法 (11)

2.2.3 数字PID及其算法 (13)

2.2.4 PID调节器参数的整定 (15)

2.2.5 标准PID算法的改进 (16)

第三章同步发电机PWM励磁电源主电路实现 (19)

3.1概述 (19)

3.2整流电路 (19)

3.2.1整流技术 (19)

3.2.2整流电路的设计 (21)

3.2.3整流二极管参数计算与保护电路的设计 (22)

3.3滤波电路 (23)

3.4绝缘栅双极型晶体管(IGBT) (24)

3.4.1IGBT结构和基本功能 (24)

3.4.2IGBT 的静态特性 (24)

3.5所用主要元器件参数整定与选型 (25)

3.5.1进线熔断器 (25)

3.5.2断路器的选型 (26)

第四章同步发电机PWM励磁电源控制电路实现 (28)

4.1概述 (28)

4.2控制电路的设计 (28)

4.3IGBT的驱动电路的设计 (29)

4.3.1IGBT驱动电路要求 (29)

4.3.2 HCPL-316J内部结构及工作原理 (30)

4.3.3驱动电路设计 (31)

4.4PIC16F877 (32)

4.4.1PICl6F877微处理器的核心特点 (32)

4.4.2PIC16F877外围特点 (33)

4.4.3输入输出端口简介 (33)

4.4.4CCP模块 (35)

4.4.5PIC16F877的中断 (37)

4.5反馈环节 (39)

4.5.1霍尔电压传感器 (39)

4.5.2霍尔交流到直流变换器 (40)

4.5.3反馈环节的设计计算 (40)

第五章同步发电机PWM励磁电源软件实现 (42)

5.1概述 (42)

5.2软件程序设计的特点 (42)

5.3寄存器地址和端口的分配 (43)

5.3.1寄存器地址的分配 (43)

5.3.2端口分配 (44)

5.4各模块软件设计 (44)

5.4.1主程序 (44)

5.4.2增量式PID子程序 (45)

5.4.3给定励磁电压子程序 (46)

5.4.4反馈电压采样子程序 (47)

5.4.5乘法子程序 (48)

5.4.6外部故障中断子程序 (49)

第六章总结 (51)

参考文献 (52)

英文原文 (53)

英文翻译 (62)

附件 (69)

附件一：系统程序清单 (69)

附件二：元件清单 (77)

第一章绪论

1.1概述

在电力系统的运行中，同步发电机的励磁电源是一个十分重要的组成部分。其主要任务是向同步发电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流或电压, 从而控制机端电压的恒定, 满足发电机正常发电的要求, 同时还控制发电机机组间无功功率的合理分配, 以提高同步发电机并列运行的稳定性, 确保电力系统安全运行。

1.2论文的研究背景及意义

在现代电力系统中，同步发电机运行稳定性一直是世界各国所普遍关注的课题，在诸多改善发电机稳定性的措施中，提高励磁系统的控制性能，被认为是最为有效和经济的措施之一。

励磁调节对电力系统的暂态和静态都有一定的影响,在正常运行情况下,同步发电机的机械输入功率与电磁输出功率是保持平衡的。同步发电机以同步转速运行，其特性是一条正弦曲线；如果发电机在运行中可自动调节励磁，则此时发电机内电动势为定值，相应的传输功率可得到显著的提高。假如自动励磁调节是无惯性的，并假定在负载变化时可保证发电机的暂态电动势近似为常数,由于随负载变化时,内电势亦随励磁调节而变化,此时的功率特性已不是一条正弦曲线,而是一组内电势等于不同恒定值的正弦曲线族上相应工作点组成。这就是对静特性的影响。同时对于暂态特性来说，提高励磁系统励磁电压响应比的同时，提高强行励磁电压倍数，使故障切除后发电机内电势迅速上升，增加功率输出，以达到增加减速面积的目的，从而提高暂态稳定性。

同步发电机的励磁调节和原动机的调速系统是保证电力系统正常运行的最基本的调节手段。电能质量的基本指标是系统的频率和电压，频率作为影响电能质量主要指标之一，它的偏差将严重影响电力用户的正常工作，原动机的调速系统是保证系统频率稳定的基本手段；电压质量作为另一影响电能质量主要指标，它对各类用电设备的安全经济运行有直接影响，励磁调节系统则是维持电压稳定的主要手段。

目前采用的励磁方式主要分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统，此种励磁方式由于运动部件多，控制复杂费时，功能少，不易维修等缺点，逐步将会被淘汰；另一类是用可控硅整流装置将交流转化成直

流后供给励磁的整流器励磁系统，这种励磁方式取消了全部的运动部件，运行可靠，经济性好，技术已经相当的成熟，正在得到越来越广泛的应用。

1.3励磁控制方式的演绎

在五十年代初期，随着电力及电子技术的进展,电力系统对发电机励磁系统的控制功能也不断提出了新的要求,主要体现在对自动励磁调节器的功能要求上。自动电压调节器的主要功能是维持发电机电压为恒定值。当时应用的电压调节器多为机械型的，其后又发展为电子型或者电磁型。在这一历史时期中,发电机多采用直流励磁机励磁方式,励磁的调节多作用于直流励磁机励磁绕组侧,须经过具有相当惯性的励磁机功率环节实现对发电机励磁的调节.为此它属于慢速励磁调节系统。

在五十年代后期，随着电力系统的大型化和发电机单机容量的增长，出于提高电力系统稳定性的考虑，自动电压调节器的功能已不再局限于维持发电机电压恒定这一要求上，而更多地体现在提高发电机静态及动态稳定性方面。这标志着对励磁调节的功能要求已有了根本改变。

在五十年代期间，有一点须说明的是关于强行励磁的作用问题。当时有一观点认为，在系统事故时，应当限制励磁的作用，以防止发电机定子电流过载。但是，前苏联的学者经过实验和实践证明：采用强行励磁可加速切除事故后电压的恢复，并缩短定子电流过负载的时间，这对于缩短事故后系统电压的恢复时间及系统稳定都是极为有利的。

自五十年代至今，励磁控制技术也有了极大的发展。概括地说，励磁控制方式的演绎大致经历了单变量输入及输出的比例控制方式、线性多变量输入及输出的多变量反馈控制方式以及伴随控制理论发展起来的非线性多变量控制方式等几种主要的演绎阶段。

同步发电机的励磁系统一般由两部分组成。一部分是用于向发电机的磁场绕组提供直流电流以建立直流磁场，通常称为励磁功率输出部分（或称功率单元）。另一方部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流，以满足运行的需要。这一部分包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和自动灭磁等，一般称为励磁控制部分（或称控制单元，或统称为励磁调节器）。励磁系统总体框图如图 1－1 所示。

近年来由于调速系统的数字化，其惯性时间常数已经大大减少，由此为通过调速系统直接抑制有功功率的振荡提供了可能。对于多机系统亦有良好的控制性能。同时具有自检能力，在硬件故障时可进行自动切换。

图1-1 同步发电机励磁控制系统控制框图

1.4励磁系统的作用

励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对发电机的运行可靠性、经济性及其它特性有直接的影响。它的主要作用有：

（1）正常运行时供给发电机励磁电流，并根据发电机负载的变化做相应调整，以维持发电机端电压或电网中某一点电压在给定水平上。当发电机突然甩负荷时，实行强行减磁以限制其端电压，使其不会过度升高。此外，当几台发电机并联运行时通过励磁系统的作用可使无功功率在机组间得到稳定和合理的分配。

（2）通过灵敏而又快速的励磁调节，提高电力系统运行的静态稳定和输电线路的传输能力。当电力系统发生短路或因其他原因使系统电压严重下降时，对发电机实行强行励磁，以提高电力系统的动态稳定。如果发电机内部发生短路故障，则对发电机实行自动灭磁，以降低故障的损坏程度。

为完成上述任务，特别是第（2）点，要求励磁系统应具有较高的励磁电压定值和较快的励磁电压上升速度。最初，同步发电机励磁系统的励磁功率单元，一般均采用同轴的直流发电机，称为直流励磁机。励磁控制单元则采用机电型或电磁型调节器。随着电力系统的发展和单机容量的增大，这种励磁系统已不能适应现代电力系统和大容量机组的需要，其主要问题是：

（1）励磁功率不能满足要求。随着机组容量的增大，所需的励磁功率也越来越大，而同轴直流发电机由于存在整流子和碳刷，其容量受机械强度（如转速所决定的周边速度）和电气参数（如换相电压）等因素的限制。

（2）励磁电压顶值和上升速度不能满足要求。随着电力系统的发展和单机容量的增大，对励磁系统的这两个方面提出了更高的要求。尤其是对于大型水电

站而言，由于输电距离较远，电力系统稳定问题更加突出，情况就更是如此。此时上述励磁系统已难于满足这些要求。

电子技术的发展，使得大功率硅整流器和大功率可控硅在制造技术、应用技术及其可靠性方面都等到了不断的提高。在这种情况下，以大功率硅整流装置或可控硅整流装置及其相应的交流电源为励磁功率单元（取消直流励磁机），以半导体励磁调节器为励磁控制单元而组成的励磁系统，及可控硅励磁系统，便在适应电力系统发展和单机容量增大需要的情况下发展起来。可控硅励磁系统具有调节速度快、调节范围宽、强力定值高、制作容易、运行维护简便等优点。

然而,这种相控式整流电路交流输入功率因数低,并且在工作时会产生大量的谐波分量,谐波电流将引起同步发电机定子特别是转子附加损耗和附加温升，降低了发电机的额定出力，这对以整流负荷为主或以发电机电压直接供给整流负荷的同步发电机尤为严重。

随着电力电子技术的发展和全控型器件的诞生，脉宽调制 PWM 整流器得以迅速发展，解决了以往励磁电流谐波干扰及功率因数低的不足。

1.5设计的任务和要求

本设计主要是完成基于PIC16F877单片机的同步发电机PWM励磁电源设计，其设计的主要任务如下：

1.设计出能达到毕业设计要的硬件图，包括主电路，控制电路，驱

动电路，保护电路；

2.绘制软件程序框图；

3.编程实现脉冲宽度可调的波形来控制IGBT的通断；

4.进行电气元件选型并作出相关的整定计算；

5.设计励磁电流连续可调的同步发电机PWM励磁电源；

6.完成毕业设计论文及相关的设计要求。

毕业设计的技术指标为：

输入参数

额定电压：380V 频率：50HZ

输出参数

额定电压：80V 额定电流：16A

1.6方案论证

本设计有三种方案，第一种方案是采用降压变压器将系统输入的3AC 380V 50HZ交流电降压后，经过三相不可控整流器整流，然后用滤波电容将其滤为较平

滑的直流电压，最后通过PIC单片机控制IGBT的通断实现PWM斩波得到频率和占空比连续可调的脉冲电压。在电路设计中单片机使用MICROCHIP公司推出的PIC16F877单片机、IGBT的驱动保护电路采用IGBT的集成驱动模块HCPL-316J、电压反馈电路采用霍尔电压传感器和变送器模块组成。第二种方案采用三相桥式全控整流电路，其它与方案一一致，也是采用PIC16F877单片机、IGBT的驱动保护电路采用IGBT的集成驱动模块HCPL-316J、电压反馈电路采用霍尔电压传感器和变换器模块组成；第三种方案大体与第一种方案设计相同，只是在选用模块上有所差异，它的IGBT驱动模块采用三菱公司生产的M57918L集成电路，电压反馈电路采用电容滤波的单相不可控整流电路。

在这三种方案中，本设计采用了第一种方案，一是由于采用电容滤波的三相不可控整流器整流具有提高功率因数、便于控制等优点；二是由于三菱公司生产的M57918L集成电路没有软关断和电源电压欠压保护功能，而惠普生产的HCPL-316J有过流保护、欠压保护和IGBT软关断的功能，且价格相对便宜；三是由于采用霍尔传感器变送器模块具有精度高、线性度好、频带宽、响应快、过载能力强和不损坏被测电路能量等诸多优点。

第二章基本原理介绍

2.1 PWM控制技术

随着电压型逆变器在高性能电力电子装置中的应用越来越广泛，PWM（Pulse Width Modulation）控制技术作为这些系统的共用及核心技术，引起了人们的高度重视，并得到了更深入的研究。

PWM（Pulse Width Modulation）控制方式就是对电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

2.2.1 PWM控制技术的发展

1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM控制技术这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。

从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出，可以说直到目前为止，PWM在各种应用场合仍在主导地位，并一直是人们研究的热点。

由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点。由此在交流传动及至其它能量变换系统中得到广泛应用。PWM控制技术大致可以为为三类，正弦PWM（包括电压，电流或磁通的正弦为目标的各种PWM方案，多重PWM也应归于此类），优化PWM及随机PWM。正弦PWM已为人们所熟知，而旨在改善输出电压、电流波形，降低电源系统谐波的多重PWM技术在大功率变频器中有其独特的优势（如ABB ACS1000系列和美国ROBICON公司的完美无谐波系列等）；而优化PWM所追求的则是实现电流谐波畸变率（THD）最小，电压利用率最高，效率最优，及转矩脉动最小以及其它特定优化目标。

在70年代开始至80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般最高不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波引起的振动引起人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪音（在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的），尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度

制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值（DTC控制即为一例）；别一方面则告诉人们消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，因为随机PWM技术提供了一个分析、解决问题的全新思路。

2.2.2 PWM控制的基本原理

在采样控制理论中，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变化分析，则低频段非常接近，仅在高频段略有差异。例如图2.1a、b、c所示的三个窄脉冲形状不同，其中图2.1a为矩形脉冲，.图2.1b为三角形脉冲，2.1为正弦半波脉冲，他们的面积都等于1，那么，当他们分别加在具有惯性的同一环节上，其输出响应基本相同。当脉宽变为.图2.1d的单位脉冲函数δ（t）时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。

图2.1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲

面积等效原理：

分别将如图 2.1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图2.2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2.2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相

图2.2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形

同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。

根据上面理论我们就可以用不同宽度的矩形波来代替正弦波，通过对矩形波的控制来模拟输出不同频率的正弦波。例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于∏／n ，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（即冲量）相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

PWM脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且于中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使电网侧的功率因数大大改善。利用PWM逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，输出波形可以非常接近正弦波。

图2.3 用PWM波代替正弦半波

在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在励磁电源主电路中，整流电路采用不可控的二极管电路即可，PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。

2.2.3 直流斩波

直流斩波电路实际上采用的就

是PWM技术,这种电路把直流电压

“斩”成一系列脉冲,改变脉冲的占

空比来获得所许的输出电压。改变脉

冲的占空比就是对脉冲宽度进行调

制，只是因为输入电压和所需要的输

出电压都是直流电压，因此脉冲既是

等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲

占空比进行控制，这是PWM控制中最

为简单的一种情况。

6种基本斩波电路：降压斩波电

路、升压斩波电路、升降压斩波电路、

Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta

斩波电路，其中前两种是最基本的电

路。

由于本设计只用到降压斩波电

路，则其他的就不做详细的介绍，斩

波电路的典型用途之一是拖动直流

电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图 2.4中E m所示。为使i o连续且脉动小，通常使L值较大。

数量关系：

电流连续时，负载电压平均值：

U0=a*Uc

a= Ton/T——导通占空比，简称占空比或导通比；

U0最大为E，减小a，U0随之减小——降压斩波电，也称为Buck变换器。

负载电流平均值：I=U d/R

电流断续时，U0平均值会被抬高，一般不希望出现。

斩波电路三种控制方式：

a．脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型——T不变，调节t on，应用最多；

b．频率调制或调频型——t on不变，改变T；

c．混合型——t on和T都可调，使占空比改变。

2.2数字PID

2.2.1 PID 控制及作用

PID 调节器是一种线性调节器，这种调节器是将设定值r （t ）与输出值c （t ）进行比较构成控制偏差

e （t ）＝r （t ）－c （t ）

将其按比例、积分、微分运算后，并通过线性组合构成控制量，如图 2.5所示，所以简称为P （比例）、I （积分）、D （微分）调节器。

图2.5 模拟PID 调节器控制系统框图

1、比例调节器

(1) 比例调节器的表达式

0u e K u P +=

Kp ——比例系数；

u 0——是控制量的基准，也

就是e ＝0时的一种控制

作用。

(2) 比例调节器的响应

比例调节器对于偏差阶跃变化的时间

响应如图2.6所示。比例调节器对于偏差e

是即时反应的，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用使被控量朝着偏差减小

的方向变化，控制作用的强弱取决于比例

系数Kp 的大小。比例调节器的特点是简单、

快速，有静差。

2、比例积分调节器

(1) 比例积分调节器的表达式

001u edt T e K u t

I P +???? ??+=?

TI ——积分时间常数

(2) 比例调节器的响应

PI 调节器对于偏差的阶跃响应如图

2.7所示。

可看出除按比例变化的成分外，还

带有累计的成分。只要偏差e 不为零，它

将通过累计作用影响控制量u 并

减小偏差，直至偏差为零，控制作用不在

变化，使系统达到稳态。

3、比例积分微分调节器（PID ）

(1) 比例积分微分调节器（PID ）表达式

00)1(u dt

de T dt e T e K u D t I P +++=? T D ——微分时间

(2) 比例积分微分调节器（PID ）的响应

理想的PID 调节器对偏差阶跃变化的响

应如图2.8所示。它在偏差e 阶跃变化的瞬间

t ＝t0处有一冲击式瞬时响应，这是由附加

的微分环节引起的。

(3)环节的作用及其控制规律为

dt

de T K u D P d = 它对偏差的任何变化都产生——控制作

用ud 以调整系统输出，阻止偏差的变化。偏

差变化越快, ud 越大，反馈校正量则越大。故

微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。

(4)PID 调节器与PI 调节器的区别

PI 调节器虽然可以消除静差，但却降低了响应速度。PID 调节器加快了系统的动作速度，减小调整时间，从而改善了系统的动态性能。

2.2.2 离散化的的方法

微机测控系统是采用数字控制方式，所以应对模拟调节器进行离散化处理，

1、差分变化法

离散化处理的方法之一，是将模拟调节器的微分方程表达式的导数可用差分近似代替。

1) 变换的基本方法

把原连续校正装置传递函数D （s ）转换成微分方程，再用差分方程近似该微分方程。差分近似法有两种：后项差分和前项差分。微机测控离散化只采用后项差分。

2) 项差分法

（1）一阶后项差分

一阶导数采用近似式：

T

k u k u dt t du )1()()(--≈ （2）二阶后项差分

二阶导数采用近似式：

()()()()()()22212)2()1(1T k u k u k u T T k u k u T k u k u dt t u d -+--=------≈ 2、零阶保持器法()z D

1） 基本思想：

离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列，必须与模拟调节器的阶响应的采样值相等，即

因为

上式变为

式中H （s ）——零阶保持器；T ——采样周期。

2） 物理模型

图2.9零阶保持器的物理模型

微机控制就是用软件实现D （s ）算式，这样输入的信号必须经过A/D 转换器对e （t ）进行采样得到e*（t ），然后经过保持器H （s ）将此离散信号变换成近似

e ()()()??????-=-s s D Z z z D 11()s e s H Ts --=1()()()()[]s D s H Z s D s e Z z D Ts =??????-=-1

（t ）的信号eh （t ），才能加到D （s ）上去。为此，用D （z ）近似D （s ）求Z 变换表达式时，不能简单地只将D （s ）进行变换，而应包括H （s ）在内。

3、双线性变化法

基本思想：就是将s 域函数与Z 域函数进行转换的一种近似方法。由Z 变换的定义有

s T s T Ts e e e z 22-=

= 用泰勒级数展开为 A +++=2228

21s T s T e T

和 A ++-=-2228

21s T s T e T

若近似只取前两项代入式：s T s T Ts e e

e z 22-==

则得 Ts Ts s T

s T s T s T z -+=-+=-+

≈2212122121 即s 近似为 2.2.3 数字PID 及其算法

因为微机是通过软件实现其控制算法。必须对模拟调节器进行离散化处理，这样它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此，不能对积分和微分项直接准确计算，只能用数值计算的方法逼近。用离散的差分方程来代替连续的微分方程。根据输出量u （k ）的形式可分为位置式PID 控制算法和增量式PID 控制算法。

1、位置式PID 控制算法

模拟表达式：

11

112112--+-=+-=z z T z z T s

将积分项和微分项离散化：

将上两式代入模拟表达式中得到离散PID表达式：

上式的输出与阀门开度位置一一对应，也称为位置型PID算式。用位置型PID 算式计算P(K)，需要用到各采样时刻的偏差值，计算复杂，且需要占用内存。

2、增量式PID控制算法

当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量（例如去驱动步进电动机）时，需要用PID的“增量算法”。

由位置型PID算式可得出(k-1)时刻的输出：

两式相减,得出控制量的增量算法:

3、增量型较位置型的优点

位置式算法每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的积累误差。而增量式只需计算增量，当存在计算误差或精度不足时，对控制量计算的影响较小。对于位置式算法，控制从手动切换到自动时，必须先将计算机的输出值设置为原始阀门开度u0，才能保证无冲击切换。如果采

用增量算法，则由于算式中不出现u0，易于实现手动到自动的无冲击切换。此外，在计算机发生故障时，由于执行装置本身有寄存作用，故可仍然保持在原位。2.2.4 PID调节器参数的整定

1、凑试法确定PID调节参数

凑试法是通过模拟或闭环运行（如果允许的话）观察系统的响应曲线(例如阶跃响应)，然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的系统响应，从而确定PID调节参数。

（1）PID的参数对系统性能的影响

1）比例系数KP对系统性能的影响

增大比例系数KP一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。

2）积分时间TI对系统性能的影响

增大积分时间TI有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。

3）微分时间TD对系统性能的影响

增大微分时间TD，也有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加但系统对扰动的抑制能力减弱。

（2）凑试法确定PID调节参数

在凑试时，可参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行下述先比例，后积分，再微分的整定步骤。

1）首先只整定比例部分。即将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。

2）如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则须加入积分环节。整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略为缩小（如缩小为原值的0.8倍），然后减小积分时间，在保持系统良好动态性能的情况下，使静差得到消除。

3）若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。

2、实验经验法确定PID调节参数

（1）扩充临界比例度法

扩充临界比例度法是以模拟调节器中使用的临界比例度法为基础的一种PID 数字控制器参数的整定方法。

（2）阶跃响应曲线法

发电机励磁原理

励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求： 图一 1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自 动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。 2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。 3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了3种励磁方式: 1、图二为一期两台QFG-6-2型发电机的励磁系统方框图。 图二 2、图三为二期两台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图。

图三 3、图四为三期一台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图 图四 一、三种发电机励磁系统的组成 一期是交流励磁机旋转整流器的励磁系统，即无刷励磁系统。如图二所示，它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而交流励磁机正好相反，其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转，不需任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。二期是自励直流励磁机励磁系统。如图三所示，发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机磁场电阻Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。三期采用的是静止励磁系统。这类励磁系统不用励磁机，由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。 二、励磁电流的产生及输出 一期励磁系统原理图如图五所示。其中主励磁机的励磁

同步发电机励磁系统实验研究

摘要 同步发电机励磁系统对电力系统的可靠性和稳定性起着重要作用，在我国，励磁系统的可靠性和技术性能指标还不能令人满意。除了制作水平的提高外，利用特殊的动态测试设备在设计、生产、运行、维护等各个阶段对励磁系统进行设计验证和动态性能测试，是提高励磁系统可靠性和技术性能指标的重要手段。随着计算机技术的发展，数字仿真测试技术在电力系统研究领域正起着越来越重要的作用。因此研究采用数字仿真测试技术对同步发电机励磁系统进行动态性能测试，对提高励磁系统的可靠性和技术指标有着重要意义。 关键词：同步发电机，励磁系统 Abstract The excitation system of synchronous generator plays an important role in reliability and stability of power system. However, the reliability of current excitation system in China is not very satisfactory. To improve the reliability and performance of excitation system, in addition to enhancing the fabrication technology, it is critical to conduct design verifying and dynamic performance testing at the stages of design, manufacture, run and maintenance with special dynamic testing devices. With the rapid development of computer science and technology, digital simulation testing is becoming more and mo re important in Power System research field. Adopting digital simulation testing technology in the dynamic performance testing of synchronous generator excitation systems has a great significance in improving the reliability and performance of an excitation system. Keyword: Synchronous Generator, Excitation System

发电机励磁原理及构造

发电机原理及构造——发电机的励磁系统 众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 左图为常用的电抗移相相复励励磁系统线路图。由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK 移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 左图为三次谐波原理图，对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 由左图可以看出，可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（A VR），控制可控硅的导通角来调节励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。 四、无刷励磁原理 无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。它是利用交流励磁机，其定子上的剩磁或永久磁铁（带永磁机）建立电压，该交流电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发电机建压。自动电压调节器（A VR）能根据输出电压的微小偏差迅速地减小或增加励磁电流，维持发电机的所设定电压近似不变。 中小型三相同步发电机的技术发展概况 一．概述 中小型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及新能源――风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。它对边（疆）老（区）贫（穷）地区实现电气化，提高该地区经济发展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。移动电站对国防设施、工程建设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也是不可缺少的关键装备之一。应急备用电站在突发事件中的防灾、救护保障人民的生命和财产的安全有着不可替代的作用。开发绿色能源、可再生能源、减少大气二氧化碳的含量，小水电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成部分。 我国小型同步发电机的第一代产品是1956年电工局在上海组织的统一设计并于1957年完成的TSN、TSWN系列农用水轮发电机。第二代产品是在进行了大量试验研究和调查研究的基础上于1965年开始的T2系列小型三相同步发电机统一设计，该水平达到六十年代国际先进水平，为B级绝缘的有刷三相同步发电机。在这段时间还开发了ST系列有刷单相同

同步发电机励磁自动控制系统练习参考答案

一、名词解释 1．励磁系统 答：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。 2．发电机外特性 答：同步发电机的无功电流与端电压的关系特性。 3．励磁方式 答：供给同步发电机励磁电源的方式。 4．无刷励磁系统 答：励磁系统的整流器为旋转工作状态，取消了转子滑环后，无滑动接触元件的励磁系统。 5．励磁调节方式 答：调节同步发电机励磁电流的方式。 6．自并励励磁方式 答：励磁电源直接取自于发电机端电压的励磁方式。 7．励磁调节器的静态工作特性 答：励磁调节器输出的励磁电流（电压）与发电机端电压之间的关系特性。 8.发电机调节特性 答：发电机在不同电压值时，发电机励磁电流IE与无功负荷的关系特性。 9．调差系数 答：表示无功负荷电流从零变至额定值时，发电机端电压的相对变化。 10．正调差特性 答：发电机外特性下倾，当无功电流增大时，发电机的端电压随之降低的外特性。11．负调差特性 答：发电机外特性上翘，当无功电流增大时，发电机的端电压随之升高的外特性。12．无差特性 答：发电机外特性呈水平．当无功电流增大时，发电机的端电压不随之变化的外特性。

13．强励 答：电力系统短路故障母线电压降低时，为提高电力系统的稳定性，迅速将发电机励磁增加到最大值。 二、单项选择题 1．对单独运行的同步发电机，励磁调节的作用是( A ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．保持机端电压恒定和调节发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 2．对与系统并联运行的同步发电机，励磁调节的作用是( B ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．调节机端电压和发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 3．当同步发电机与无穷大系统并列运行时，若保持发电机输出的有功 PG = EGUG sinδ为常数，则调节励磁电流时，有( B )等于常数。 X d A．U G sinδ； B．E Gsinδ； C．1 X d ?sinδ； D．sinδ。 4．同步发电机励磁自动调节的作用不包括( C )。 A．电力系统正常运行时，维持发电机或系统的某点电压水平； B．合理分配机组间的无功负荷； C．合理分配机组间的有功负荷； D．提高系统的动态稳定。 5．并列运行的发电机装上自动励磁调节器后，能稳定分配机组间的( A )。A．无功负荷；

浅谈同步发电机的励磁系统

浅谈同步发电机的励磁系统 技术分类:电机与运动控制作者：赵宇发表时间：2006-11-10 1 概述 向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它的可靠性对于发电机的安全运行和电网的稳定有很大影响。发电机事故统计表明发电机事故中约1/3为励磁系统事故，这不但影响发电机组的正常运行而且也影响了电力系统的稳定，因此必须要提高励磁系统的可靠性，而根据实际情况选择正确的励磁方式是保证励磁系统可靠性的前提和关键。我国电力系统同步发电机的励磁系统主要有两大类，一类是直流励磁机励磁系统，另一类是半导体励磁系统。 2 直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源，供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴，励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流，形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。 图1 自励直流励磁机励磁系统原理接线图 上图中 LH——电流互感器 YH——电压互感器 F ——同步发电机 FLQ——同步发电机的励磁线圈 L——直流励磁机 LLQ——直流励磁机的励磁线圈 Rc——可调电阻

采用直流励磁机供电的励磁系统，在过去的十几年间，是同步发电机的主要励磁系统。目前大多数中小型同步发电机仍采用这种励磁系统。长期的运行经验证明，这种励磁系统的优点是：具有独立的不受外系统干扰的励磁电源，调节方便，设备投资及运行费用也比较少。缺点是：运行时整流子与电刷之间火花严重，事故多，性能差，运行维护困难，换向器和电刷的维护工作量大且检修励磁机时必须停主机，很不方便。近年来，随着电力生产的发展，同步发电机的容量愈来愈大，要求励磁功率也相应增大，而大容量的直流励磁机无论在换向问题或电机的结构上都受到限制。因此，直流励磁机励磁系统愈来愈不能满足要求。目前，在100MW及以上发电机上很少采用。 3 半导体励磁系统 半导体励磁系统是把交流电经过硅元件或可控硅整流后，作为供给同步发电机励磁电流的直流电源。半导体励磁系统分为静止式和旋转式两种。 3.1 静止式半导体励磁系统 静止式半导体励磁系统又分为自励式和它励式两种。 3.1.1自励式半导体励磁系统 自励式半导体励磁系统中发电机的励磁电源直接由发电机端电压获得，经过控制整流后，送至发电机转子回路，作为发电机的励磁电流，以维持发电机端电压恒定的励磁系统，是无励磁机的发电机自励系统。最简单的发电机自励系统是直接使用发电机的端电压作励磁电流的电源，由自动励磁调节器控制励磁电流的大小，称为自并励可控硅励磁系统，简称自并励系统。自并励系统中，除去转子本体极其滑环这些属于发电机的部件外，没有因供应励磁电流而采用的机械转动或机械接触类元件，所以又称为全静止式励磁系统。下图为无励磁机发电机自并励系统框图，其中发电机转子励磁电流电源由接于发电机机端的整流变压器ZB提供，经可控硅整流向发电机转子提供励磁电流，可控硅元件SCR由自动励磁调节器控制。系统起励时需要另加一个起励电源。 图2 无励磁机发电机自并励系统原理接线图

发电机励磁方式有哪几种

发电机励磁方式有哪几种有何特点？ 发电机的励磁有五种方式：他励方式、自励方式、混合式励磁、转子绕组双轴励磁及定子绕组励磁方式。 （1）他励方式。这种励磁方式，发电机的励磁不是同步发电机本身供给，而是由其他电源供给。根据电源形式的不同，通常有如下几种： 1）同轴直流励磁机供电的励磁方式。这是小容量发电机普遍使用的一种励磁方式，其优点是励磁可靠，调节方便，但换向器和电刷设备的维护量大。 2）不同轴直流励磁机供电的励磁方式，如采用单独供电的感应电机拖动或经减速齿轮与发电机大轴连接的低速直流发电机，当转速在1000r/min以下时，可应用在大容量的机组上，但结构复杂，应用不多。对水轮发电机，因转速低，故直流发电机的换向不是主要问题，但在过低转速下，容量太大的直流发电机也存在着结构上困难。 3）同轴交流励磁机－静止整流器供电的励磁方式（可控或不可控）。这是交流发电机和整流装置的组合，适用在较大容量的发电机上。 4）同轴交流励磁机－旋转整流器供电供电的励磁方式。无刷励磁系统主要由同轴交流励磁机与主轴一起旋转的硅整流装置组成。同轴交流励磁机的三相交流绕组装在转子上，而直流励磁绕组则装在定子上，这样励磁机发出的交流经旋转硅整流装置整流后，通入主发电机的励磁绕组，不需要换向器、电刷和滑环等设备。它解决了大容量机组励磁系统中大电流滑动接触的滑环制造和维护的问题，结构简单、维护方便、因而可靠性高。但也存在一些问题： 装在高速旋转大轴上的硅整流元件和附属设备在运行中承受很大的离心力，因而存在机械强度上的问题。 发电机励磁回路的监测问题。 快速灭磁问题。 整流元件的保护问题，当励磁回路元件故障时，无法使用备用励磁机。 5）不同轴交流励磁机供电的励磁方式。如采用经齿轮减速器与发电机轴连接的静止可控整流。 6）单独供电的硅整流励磁方式（可控或不可控）。 （2）自励方式。这种励磁方式，发电机的励磁由同步发电机本身发出的交流经整流后供给。一般有如下两种： 1）自励静止半导体供电的励磁方式。将同步发电机本身发出的工频电压降压隔离后，经晶闸管整流桥供给发电机励磁绕组。这种励磁方式在发电机启动时，需借助外部直流电源供给少量励磁，使发电机建起少量电压，而后再自励到额定电压，因此需要起励设备。在外部短路时，因电压下降，为保证发电机有较大的励磁，需另设电

同步发电机励磁控制实验

同步发电机励磁控制实验 一、实验目的 1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点； 3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4．了解微机励磁调节器的基本控制方式； 5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响； 6．了解几种常用励磁限制器的作用； 7．掌握励磁调节器的基本使用方法。 二、原理与说明 同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。 实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V 市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。 微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F （保持机端电压稳定）、恒I L （保持励磁电流稳定）、恒Q （保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。 同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。 图1 励磁控制系统示意图

同步发电机怎么励磁

无刷励磁发电机的轴端头是一台交流发电机，其转子是发电绕组，发出的电流通过固定在发电机轴上的导线引导固定在轴上的硅整流管，整流后的直流直接进入转子绕组，其中没有整流刷这个东西，所以成为无刷励磁。 无刷励磁发电机的轴端头是一台交流发电机，其转子是发电绕组，发出的电流通过固定在发电机轴上的导线引导固定在轴上的硅整流管，整流后的直流直接进入转子绕组，其中没有整流刷这个东西，所以成为无刷励磁。曾经风靡过一段时间，但是由于整流管坏了就得停机，所以现在已经用的很少了，基本都采用自复励系统。 同步发电机励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。现说明如下： 1.直流励磁机励磁 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。 2.静止励磁器励磁 同一轴上有3台发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励（有时采用永磁发电机）。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。 3.旋转整流器励磁 静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到了数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。用于这种励磁系统取消了集电环和集电装置，故又称为无刷励磁系统。

发电机无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理

无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理。 2 . 1 结构：由主磁机、永磁副励磁机、旋转整流盘、空气 冷却器、硅整流器、AVR等组成。 主励：三相、200Hz、2760KVA、417V、2820A、cos 少0. 9、 8 极 副励：三相、400Hz、90KVA、250V、208A、cos 如.95、16 极 f=pn/60 旋转整流装置：全波不可控硅整流有熔断器及过电压保护， 直流输出：2450KW 500V 4900N 副励磁机为旋转磁极式，发出的电流送到主励磁机的定子作为主励磁机的励磁电流，由于主励磁机为旋转电枢式， 电枢发出的电流通过转轴中孔送到旋转整流盘，经整流后送至 转子线圈从而达到对发电机励磁。 2. 2 发电机励磁电流的调节过程 △由副励磁机——可控硅——AVR调节器——作为主励磁机定子励磁电流——来调节主励旋转电枢的输出电流一 —送至旋转整流盘一一转子绕组

△静止的永励副励磁机的电枢送出400Hz的电源，通过励磁电压调节器中的三相全控桥式可控硅整流器形成可调 的直流电源到交流励磁机的磁场绕组。 通过控制全控桥整流器的导通角来调节交流励磁机的磁场电流，从而达到调节发电机励磁电流的目的。 当DAVR故障时，由厂用电经工频手动励磁调节装置整流后提 供。发电机励磁。 工作原理 发电机的励磁电流由交流励磁机经旋转整流盘整流后提供，交流励磁机的励磁电流则由永磁机经调节装置中的 可控硅全控桥整流后提供，励磁电流的大小由自励磁调节装置进 行自动或手动调节，以满足发电机运行工况的要求。2.3 无刷励磁系统特点 2.3.1 励磁机与发电机同轴，电源独立，不受电力系统干扰 2.3.2 没有滑环和电刷，根除了碳粉污染，噪音低，维护简单 2.3.3 具备高起始、响应持久、能有效地提高电力系统稳定性 2.3.4 选扎整流盘设计合理、电流和电压余量大，运行可靠 2.3.5 采用双重数字AVR、功能齐全、故障追忆功能强 无刷励磁系统原理框图 整流盘及电路

同步发电机励磁系统的建模及仿真

同步发电机励磁系统的建模及仿真 发电机的三分之一故障来自于同步发电机的励磁系统，所以研究同步发电机励磁系统对于电力系统有举足轻重的作用。所谓同步发电机励磁系统就是向励磁绕组供给励磁电流的整套装置。按照励磁功率产生的方式不同，同步发电机的励磁方式可以分为自励式和他励式两种。自励式是将发电机发出的交流电经过整流后输送到同步发电机的励磁侧，而他励式是同步发电机的励磁侧单独采用直流励磁机或交流励磁机作为电源供电。 以单机―无穷大系统为模型进行研究。单机―无穷大系统模型是简单电力系统分析中最简单最常用的研究对象，其示意图如图1所示，该仿真系统由同步励磁发电机、变压器、双回路输电线和无穷大系统构成。其中，同步励磁发电机参数为200MVA、13800V、112.5r/min、50Hz,变压器参数为Y―Y型210MVA。 图１单机―无穷大系统示意图 建模及其仿真步骤如下。 1.选择模块 首先建立一个Simulink 模型窗口，然后根据系统的描述选择合适的模块添加至模型窗口中，建立模型所需的模块如下：

1）选择Machines 模块库下的Synchronous Machine pu Standard 模块作为同步励磁发电机、Excitation System 模块作为励磁控制器。 2)选择Elements 模块库下的Three-Phase Transformer (Two Windings) 模块作为三相升压变压器、Three-Phase Series RLC Load 模块作为三相并联RLC 负载接地、Three-Phase Fault 模块作为任意相之间或者任意相与地之间的短路、Ground 模块作为接地。 3）选择Electrical Source 模块库下的Three-Phase Source 模块作为无穷大系统。 4)选择Measurements 模块库下的Voltage Measurement 模块作为电压测量。 5）选择Math Operation 模块库下的Gain 模块。 6）选择Sources 模块库下的Constant 模块。 7）选择Signal Routing 模块库下的Bus Selector 模块作为输出信号选择器。 8）选择Sinks 模块库下的Scope 模块。 2. 搭建模块 将模块放在合适的位置，将模块从输入端至输出端进行连接，搭建完的Simulink 励磁系统模型如图2 所示。 图2 Simulink 励磁系统模型

同步发电机的励磁建模

2．1同步电机模型 同步电机是电力系统的主要元件，电磁暂态和机电互动现象十分丰富，模型的建立和求解往往决定着仿真的精度和能够反映实际系统动态过程的程度，因此，很多专家在同步发电机建模方面展开研究并取得多项成果。 同步电机是励磁控制系统的控制对象，又和励磁控制系统密切相关系。研究励磁系统的动态特性，离不开对同步电机动态特性的分析。同步电机的过渡过程比较复杂，通过以d,q 坐标系统推导出来的派克(Park)方程作为同步电机的基本方程，求出完整的动态模型；在某些特定的条件下，可由完整的动态模型得到简化模型。在小干扰情况下，可以将非线性的完整模型在工作点附近线性化，得出线性化模型：同样，在某些特定的条件下，还可以求得简化的线性模型。 同步电机dqO 坐标下的暂态方程称为派克方程，它是一组非线性的微分方 程组。由于dqO 三轴之间的解耦以及aqO 坐标下的电感参数是常数，因此派克变换及同步电机的派克方程在实用分析中得到广泛的使用。 同步电机具有三个定子绕组、一个转子绕组、两个阻尼绕组。六个绕组间 都有磁的耦合，加上转子位置不断变化，绕组间的耦合又必然是转子的位置函 数。要正确反映上述情况就需要七个非线性微分方程。 2．1．1同步电机基本方程 由同步电机在d,q 轴的park 微分方程组出发，电压和磁链方程(以标幺值形式)如(2．1)-(2．10)所示： 电压方程： 定子绕组：d q d d ri p U --=ωψψ （2.1） q d q q ri p U --=ωψψ （2.2） 励磁绕组： f f f f p r i U ψ-= （2.3） 阻尼绕组： d d d p i r 1110ψ-= （2.4） q q q p i r 1110ψ-= （2.5） 磁链方程： 定子绕组：d ad f ad d d d i X i X i X 1++-=ψ （2.6） q aq q q q i X i X 1+-=ψ （2.7） 励磁绕组：d ad f f d ad f i X i X i X 1++-=ψ （2.8） 阻尼绕组：d d f ad d ad d i X i X i X 111++-=ψ （2.9） q q q aq q i X i X 111+-=ψ （2.10） 其中，dt d p θθω==。式中各物理量的定义为：d i -负载电流d 轴分量；q i -负载电流q 轴分量；f i -励磁电流；d U -机端电压d 轴分量；q U —机端电压q 轴分量；f U -

发电机无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理

2．无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理。 2．1结构：由主磁机、永磁副励磁机、旋转整流盘、空气冷却器、硅整流器、A VR等组成。 主励：三相、200Hz、2760KV A、417V、2820A、cos∮0. 9、 8极 副励：三相、400Hz、90KV A、250V、208A、cos∮0.95、 16极 f=pn/60 旋转整流装置：全波不可控硅整流有熔断器及过电压保护， 直流输出：2450KW 500V 4900N 副励磁机为旋转磁极式，发出的电流送到主励磁机的定子作为主励磁机的励磁电流，由于主励磁机为旋转电枢 式，电枢发出的电流通过转轴中孔送到旋转整流盘，经整 流后送至转子线圈从而达到对发电机励磁。 2．2 发电机励磁电流的调节过程 △由副励磁机——可控硅——A VR调节器——作为主励磁机定子励磁电流——来调节主励旋转电枢的输出电流— —送至旋转整流盘——转子绕组 △静止的永励副励磁机的电枢送出400Hz的电源，通过励磁电压调节器中的三相全控桥式可控硅整流器形成可调的

直流电源到交流励磁机的磁场绕组。 通过控制全控桥整流器的导通角来调节交流励磁机的磁场电流，从而达到调节发电机励磁电流的目的。 当DA VR故障时，由厂用电经工频手动励磁调节装置整流 后提供。发电机励磁。 工作原理 发电机的励磁电流由交流励磁机经旋转整流盘整流后提供，交流励磁机的励磁电流则由永磁机经调节装置中的 可控硅全控桥整流后提供，励磁电流的大小由自励磁调节 装置进行自动或手动调节，以满足发电机运行工况的要求。 2.3 无刷励磁系统特点 2.3.1 励磁机与发电机同轴，电源独立，不受电力系统干扰 2.3.2 没有滑环和电刷，根除了碳粉污染，噪音低，维护简单2.3.3 具备高起始、响应持久、能有效地提高电力系统稳定性2.3.4 选扎整流盘设计合理、电流和电压余量大，运行可靠 2.3.5 采用双重数字A VR、功能齐全、故障追忆功能强 无刷励磁系统原理框图 整流盘及电路 整流盘采用双盘结构，一个正极盘，另一个负极盘。 整流盘与转轴间绝缘可靠、固定合理，能承受各种短路力矩的冲击而不产生位移。 电路接线是：励磁机电枢八个Y支路中心点通过短路

三相同步发电机实验解读

1．同步发电机运行实验指导书2．发电机励磁调节装置实验指导书3．静态稳定实验(提纲，供参考) 4．发电机保护实验提示 5． 广西大学电气工程学院

同步发电机运行实验指导书 目录 一、实验目的 二、实验装置及接线 三、实验内容 实验一发电机组的起动和同步电抗Xd测定 实验二发电机同期并网实验 实验三发电机的正常运行 实验四发电机的特殊运行方式 实验五发电机的起励实验 四、实验报告 五、参考资料 六、附录 1．不饱和Xd的求法 2．用简化矢量图求Eq和δ 3．同期表及同期电压矢量分析

一、实验目的 同步发电机是电力系统最重要又最复杂的电气设备，在电力系统运行中起着十分重要的作用。通过实验，使学生掌握和巩固同步发电机及其运行的基本概念和基本原理，培养学生的实践能力、分析能力和创新能力，加强工程实线训练，提高学生的综合素质。 二、实验装置及接线 实验在电力系统监控实验室进行，每套实验装置以4KW直流电动机与同轴的1.5KW同步发电机为被控对象，配置常规仪表测量控制屏（常规控制）和自动控制屏（微机监控）。可实现对发电机组的测量、控制、信号、保护、调节、并列等功能，本次同步发电机运行实验，仅采用常规控制方式。 直流电动机-同步发电机组的参数如下： 直流电动机： 型号Z2-42，凸极机 额定功率4KW 额定电压DC220V 额定电流22A 额定转速1500r/min 额定励磁电压DC220V 额定励磁电流0.81A 同步发电机 型号STC-1.5 额定功率 1.5KW 额定电压AC400V(星接) 额定电流 2.7A 额定功率因数0.8 空载励磁电流1A 额定励磁电流2A 同步发电机接线如图电-01所示。发电机通过接触器1KM、转换开关1QS、

浅谈同步发电机的励磁系统

浅谈同步发电机的励磁系统 1 概述 向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它的可靠性对于发电机的安全运行和电网的稳定有很大影响。发电机事故统计表明发电机事故中约1/3为励磁系统事故，这不但影响发电机组的正常运行而且也影响了电力系统的稳定，因此必须要提高励磁系统的可靠性，而根据实际情况选择正确的励磁方式是保证励磁系统可靠性的前提和关键。我国电力系统同步发电机的励磁系统主要有两大类，一类是直流励磁机励磁系统，另一类是半导体励磁系统。 2 直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源，供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴，励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流，形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。

图1 自励直流励磁机励磁系统原理接线图 上图中LH——电流互感器 YH——电压互感器 F ——同步发电机 FLQ——同步发电机的励磁线圈 L——直流励磁机 LLQ——直流励磁机的励磁线圈 Rc——可调电阻 采用直流励磁机供电的励磁系统，在过去的十几年间，是同步发电机的主要励磁系统。目前大多数中小型同步发电机仍采用这种励磁系统。长期的运行经验证明，这种励磁系统的优点是：具有独立的不受外系统干扰的励磁电源，调节方便，设备投资及运行费用也比较少。缺点是：运行时整流子与电刷之间火花严重，事故多，性能差，运行维护困难，换向器和电刷的维护工作量大且检修励磁机时必须停主机，很不方便。近年来，随着电力生产的发展，同步发电机的容量愈来愈大，要求励磁功率也相应增大，而大容量的直流励磁机无论在

发电机励磁方式及自并励励磁系统

发电机励磁方式及自并励励磁系统发电机静止励磁绻统特点及存在问题的探讨刘志宏湖南华润电力麤碱湟有限公司湖南资兴415000 杨红湖南省电力勘测设计院湖南长溙410007 郭景斌湖南省电力试验研究所湖南长溙410007 摘要自并激静止励磁绻统近年来在国内大型湽轮发电机组中得到越来越广滛的应用。简要说明了该励磁绻统的构成、性能特点和设计选型，分析探讨了采用该绻统后存在的试验、践滢和过电压等问题和影响。关键词自并激励磁绻统践滢过电压 0 引言随着发电机容量的不断增大，对励磁绻统的要湂越来越高。传统的直流励磁机励磁因大电流下的火花问题无滕使用，三机励磁绻统则因绻统复杂、机组轴绻稳定性等问题而受到越来越多的限制;自并激静止励磁绻统以其接线简单、可靠性高、工程造价低、踃节响应速度快、灭磁效果好的特点而得到越来越广滛的应用。特别是随着电子技术的不断发幕和大容量可控硅制造渴平的逐步成熟，大型湽轮发电机采用自并激励磁方式已成为一种趋势。国外某些公司甚至把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。自上世纪90年代后期以来，新建国产300MW机组已几乎全部采用自并激静止励磁绻统。我省渴电厂应用较广，如马迹塘、东湟、五强溪、凌津滩等;而火电最先在益阳电厂2×300MW机组上采用，在建的麤碱湟、株洲、耒阳等电厂300MW机组也全部采用这种励磁绻统。1 自并激静止励磁绻统的特点自并激静止励磁绻统由励磁变压器、可控硅功率整流装置、自动励磁踃节装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成。其原理如图1所示。自并激静止励磁方式与旧的励磁方式相比，具有以下几方面的特点:1.1 绻统简单，可靠性高对直流励磁机和三机励磁绻统来说，旋转部分发生的事故在以往励磁绻统事故中占相当大的比例，如直流励磁机产生火花、交流励磁机线圈松动和振动等，而且旋转部分的运行和维护工作量很大。而自并激静止励磁绻统由于取消了旋转部件，溡有了换向器、轴承、转子等，

同步发电机准同期并列实验步骤

同步发电机准同期并列实验 一、实验目的 1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法； 3．熟悉同步发电机准同期并列过程； 4．观察相关参数。 二、实验项目和方法 （一）机组启动与建压 1．检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置； 2．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮； 3．按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮； 4．励磁调节器选择它励、恒UF运行方式，合上励磁开关； 5．把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置； 6．合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V； 7．合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机到额定转速； 8．当机组转速升到95%以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与系统电压相等。 （二）手动准同期 将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。 观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，相应操作微机励磁调节器上的增磁或减磁按钮进行调压，直至“压差闭锁”灯熄灭。 观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的增速或减速按钮进行调速，直至“频差闭锁”灯熄灭。 此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0o位置前某一合适时刻时，即可合闸。观察并记录合闸时的冲击电流。 具体实验步骤如下： （1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置； （2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮； （3）按调速器上的“模拟方式”按钮按下，使“模拟方式”灯亮。合上原动机开关，按下“停机/开机”按钮，开机指示灯亮；

发电机励磁原理

发电机励磁原理 励磁机的作用: 发电机原理为永磁极随转子旋转，产生交流电，交流电一部分作为AER的电源，一部分通过逆变器整流成直流为转子建立磁场。通过调节导通角可以改变发电机的端电压（空载时）进而实现并网，在并网时调节向电网的无功输出。 工作原理:众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二极管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE 中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（AVR），控制

同步电动机励磁系统常见故障分析

同步电动机励磁系统常见故障分析 作者：陆业志 本文结合KGLF11型励磁装置，对其在运行中的常见故障进行分析。 1 常见故障分析 (1)开机时调节6W，励磁电流电压无输出。 原因分析：励磁电流电压无输出，肯定是晶闸管无触发脉冲信号，而六组脉冲电路同时无触发脉冲很可能是移相插件接触不良，或者同步电源变压器4T损坏，造成没有移相给定电压加到六组脉冲电路的1V1基极回路上，从而六组脉冲电路无脉冲输出导致晶闸管不导通。 (2)励磁电压高而励磁电流偏低。 原因分析：这是个别触发脉冲消失或是个别晶闸管损坏的缘故。个别触发脉冲消失可能是脉冲插件接触不良。另外图1中三极管1V1、单极晶体管2VU及小晶闸管9VT损坏，或者是电容2C严重漏电或开路。如果主回路中晶闸管1VT～6VT中有某一个开路或是触发极失灵，同样会导致输出励磁电流偏低的现象。 (3)合励磁电路主开关时，励磁电流即有输出。 原因分析：这是由于图1所示脉冲电路中的三极管1V1集电极-发射极之间漏电，即使移相电路还未送来正确的控制电压，也会导致1C充电到2VU导通的程度。2VU即输出触发使小晶闸管9VT导通，2C经9VT放电而发出脉冲令1VT、3VT、6VT之一触发导通，使转子励磁电路中流过直流电流。 (4)同步电动机起动时，励磁不能自行投入。 原因分析：励磁不能自行投入。肯定是自动投励通道电路中断或工作不正常，因此可能是投励插件与插座间接触不良，或是图2所示投励电路中的三极管3V1、单结晶体管4VU工作不正常，电容5C漏电、电位器W′损坏。另外是移相插件同样有接触不良现象，或者是图3所示移相电路的小晶闸管10VT损坏等等。 (5)运行过程中励磁电流电压上下波动。 原因分析：引起励磁电流电压输出不稳的原因很多，主要有1)脉冲插件可能存在接触不良，造成个别触发脉冲时有时无。2)图1所示脉冲电路的电位器4W松动，使三极管1V1电流负反馈发生变化，造成放大器工作点不稳定，从而影响晶闸管主回路输出的稳定性。另外，如果电容2C漏电或单结晶体管2VU及三极管1V1性能不良，也会引起触发脉冲相位移动。3)图3所示移相电路的电位器6W松动或接触不良，将会使移相控制电压Ed间歇性消失，引起励磁电流电压输出大幅度波动。另外，如果稳压管7VS、8VS损坏，都会使Ey随电网电压波动而波动，使Ed输出波动，造成晶闸管主回路直流输出不稳。 (6)励磁装置输出电压调不到零位。

同步发电机励磁系统

四川大学 电力系统自动装置 题目同步发电机励磁系统 学院电气信息学院 专业电气工程及其自动化

同步发电机励磁系统及励磁调节器工作原理 一励磁系统的结构 励磁系统,一般来讲，就是与同步发电机励磁回路电压建立，调整以及必要时使其电压消失的有关元件和设备的总称。 同步发电机的自动励磁调节通常分为两部分： 第一部分是励磁功率单元，用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，已建立直流磁场。 第二部分是励磁调节器，用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流或自动灭磁等以满足运行的需要。 二自动励磁调节系统的作用： 1。电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平。当发电机无功负荷变化时，一般情况下机端电压要发生相应的变化，此时自动励磁调节装置应能供给要求的励磁功率，满足不同负荷情况下励磁

电流的自动调节，维持机端或系统某点电压水平。 负荷波动—功率变化—电压变化 负荷增大—电压降低—励磁电流增大 同步发电机的励磁系统就是通过不断调节励磁电流来维持给定的电压。 2。合理分配发电机间的无功功率。发电机的无功负荷与励磁电流有着密切的关系，励磁电流的自动调节，要影响发电机间无功负荷的分配，所以对励磁系统的调节特征有一定的要求。

励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功率角的大小。 与无限大母线并列运行的机组，调节励磁电流可以改变发电机无功功率的数值即控制无功分配。 3。提高电力系统稳定性 电力系统在运行中随时可能受到各种干扰，受到干扰后，电力系统稳定性的要求能够恢复到原来的状态或者过渡到一个新的运行状态。其主要标志是暂态过程结束后，同步发电机能维持或恢复同步运行。励磁调节系统对静态稳定和暂态稳定的影响 （1）对改善静态稳定的影响