电机励磁范文10篇

摘要：介绍了用分布式技术设计的发电机励磁监控系统。系统中励磁调节器内的双微机采用松耦合并行通信方式进行数据交换，调节器中的励磁控制微机经由通信控制微机实现与上位PC机的通信。介绍了系统的构成、通信方案、通信协议及软件设计方法。

关键词：分布式发电机励磁监控系统

发电机励磁系统是采集发电机电压和电流的变化及其它输入信号，并根据控制准则控制励磁功率单元输出励磁电流（供给发电机转子线圈）的系统。发电机励磁系统对于维持电力系统的电压水平、提高电力系统稳定运行的能力、改善电力系统及发电机的运行条件等起到重要的作用。微机励磁调节器是励磁系统的核心元件，除了完成控制功能外，还要实现人机交互、远方通信等功能。单微机难以实现所有功能，故采用双微机设计励磁调节器，并通过通信网络构建分布式发电机励磁监控系统。

1硬件结构

系统硬件结构如图1所示，其中，励磁控制微机实现人机交互和励磁电流控制，通信控制微机协调上位监控PC机和励磁控制微机的数据交换。

励磁控制微机采用51单片机的应用模式，由显示、显示召唤、按键、模拟量输入、PID参数设置、看门狗电路、同步信号输入、触发脉冲输出、灭磁接点输入等单元组成。显示单元采用外接6片串入并出移位寄存器芯片74LS164驱动发光数码管，显示内容由召唤显示拨轮开关进行选择，有巡回和召唤两种显示方式。外扩一片并行接口芯片8155，8155的A口与面板上的拨轮开关相连，用于召唤显示；B口与八位地址开关相连，用于设定PID参数；C口用于输出触发脉冲，脉冲经达林顿管放大、脉冲变压器隔离后接到主回路可控硅的触发极。灭磁接点、按键接到单片机的I／O口线，按键主要有增励、减励、运行方式恒电压／恒电流选择等。同步信号经隔离后接到单片机的INT1管脚。模拟量经ADC0809A／D转换芯片接到单片机，采集的主要模拟量有发电机机端电压、励磁电流、发电机送出的无功电流、电压给定值、励磁电流给定值等。

摘要：介绍了针对3／3相双绕组感应发电机设计的励磁系统，该系统由DSP和FPGA构成。给出了控制系统的接口电路和实验结果。

关键词：DSPFPGA3／3相双绕组感应发电机

1系统简介

3／3相双绕组感应发电机带有两个绕组：励磁补偿绕组和功率绕组，如图1所示。励磁补偿绕组上接一个电力电子变换装置，用来提供感应发电机需要的无功功率，使功率绕组上输出一个稳定的直流电压。

图1中各参数的含义如下：

isa,isb,isc——补偿绕组中的励磁电流；

1励磁系统的构成及分类

根据励磁方式不同，励磁系统可分为他励和自励交流励磁系统。按整流方式是静止或是旋转、以及交流励磁机是磁场旋转或电枢旋转的不同，又可分为以下4种励磁方式：交流励磁机（旋转磁场式）加静止硅整流器、交流励磁机（旋转磁场式）加静止可控硅、交流励磁机（旋转电枢式）加旋转硅整流器、交流励磁机（旋转电枢式）加旋转可控硅。

2励磁系统的典型形式

2.1他励交流励磁系统

交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。副励磁机采用自励式，副励磁机输出电压经整流后向其励磁绕组供电。

2.2自励交流励磁系统

随着电力系统向智能电网发展的趋势的确立和实现．百万千瓦级发电机组的大规模投入使用，多种不同类型发电和储能系统的接入，作为发电机和电网电压控制的主要支持系统一励磁系统，将迎来技术更新和新的发展机遇，以适应智能电网的可靠、安全、经济、高效、环保和使用安全的目标要求。尽管当前励磁系统的发展在可靠性、功能和性能等方面有了很大提高，但是就智能电网的要求和特征而言，未来智能化的励磁系统与现有的励磁系统，在系统结构，控制方式，技术应用和目标要求等方面将有很大的不同。

1未来励磁系统的新特征

(1)励磁控制系统的量测信号数字化，连接和数据传输网络化。常规励磁调节器所需的模拟量和开关量，由数字化的传感器连接终端设备，如光CT，光和电网广域测量等，通过网络传送；加载于设备上的智能控制器和发电电压控制单元，通过高速双向通信网络，相互连接，接受数据指令，实现对发电机励磁系统的控制和监测。

(2)励磁设备智能化。励磁设备的主体功率整流器、灭磁装置和励磁变压器分别设有智能控制器。分散安装在各自的设备中，执行相关的控制、限制保护和监测等功能，由各自的智能控制器分散化的实现；而常规电压调节器对发电机电压和无功调节和控制的功能，由发电电压控制单元实现，该单元可现地就近安装，也可远距离集中装设，进行集中而冗余的控制。

(3)励磁系统将综合应用最新和先进的通信、电力电子、控制、决策支持和电力系统稳定等技术。网络化的系统结构和智能化的控制方式，使励磁系统更加可靠。在任何异常和故障发生初始，就能采取有效的校正措施，保证发电机的励磁控制；更加安全，在外部干扰和电网扰动时，能准确的操作和控制，使影响和损失降到最低；更加经济，励磁系统设备的设计以最低的成本提供所期望的功能为准则，通过对设备实时在线地监测和运行状态评估，使设备能够在更大的负荷下使用，发挥最佳的能力；更加高效，采用效率更高的功率整流电路，低功耗和节能的器件及设备：更加稳定，先进的电力系统稳定控制技术理论和方法，将得到实质性的应用和推广，最大限度的发挥励磁系统对提高电力系统稳定性的作用；更加环保节能。大大减少连接电缆损耗和附加损耗，采用对电网谐波电流注入少。开关涌流扰动小的功率和灭磁电路。

2系统结构

1前言

双绕组电抗分流式发电机组曾在小型水力发电站应用较多，由于其励磁系统简单，单机运行时能适应农村负荷的变化，维护也比较方便，许多发电机运行了十几年，还维持原运行方式联入网上或多机组并列运行。根据我县多台电抗分流式发电机运行情况，当空载调整好其电抗线圈匝数后，在负荷变化时外特性较差，不能保证电压稳定。目前，因电网覆盖面广，农村小型水电站已进入了并网运行。在并网运行中，稳定性也较差，容易产生振荡，过励或欠励，甚至失磁等现象，难以调整无功功率来适应无功负荷需要。为了解决这一发电机励磁系型式，我们配合有关厂家对励磁系统进行过多方面的改造和研究。如改变副绕组和主绕组的相位关系，改变电抗器的匝数比；在交流侧加装晶闸管分流的励磁调节器；在并列的多台发电机转子绕组之间加装均压线等，效果都不理想，满足不了发电机多机并列或并网运行的稳定性和无功调节的要求。因此，针对这一现状，结合小型水电站的技术能力，设计了一套简单实用的可控硅励磁系统。甩掉了原励磁系统中的电抗器，将发电机的主绕组和副绕组的尾端分别短接，同时改三相桥式不可控整流电路为三相桥式半控整流电路(见图1、图2)，其主要特点是技术和结构简单，仅对其接线端进行接线处理，不占用主绕组的容量，运行稳定可靠，改造费用低。1988年在改造县水电公司沙港电站3台320kw双绕组电抗分流式发电机时，就配置了该套励磁装置。通过几年的运行，实践证明，其使用维护方便，运行稳定可靠，特别是联网运行中，稳定性更佳，无功功率能根据网上要求任意调节，解决了过励或欠励现象；同时，又能保证单机独立运行或多机并列运行的电压稳定。我们认为该可控硅励磁装置结构简单，实用性强，适合小型水电站双绕组电抗分流式发电机的励磁改造，有推广使用的价值。

2工作原理

该励磁装置由三相桥式半控整流电路、自动励磁调节器以及残压起动电路组成。运行时，发电机副绕组产生的三相交流电通过由可控硅（1—3）SCR和整流二极管（1—3）Z组成的三相桥式半控整流电路整流后，供给励磁绕组L1；励磁电流的大小，决定于可控硅的导通角β，而可控硅的导通角β由自动励磁调节器ZLT自动控制。当发电机的端电压高于整定值时，自动励磁调节器产生的触发脉冲信号推迟，使可控硅的导通角β减小，励磁电流减小，发电机端电压降低；当发电机的端电压低于整定值时，自动励磁调节器产生的触发脉冲信号提前，使可控硅的导通角增大，从而导致励磁电流增大，发电机端电压升高。通过运行实测，静态调压范围﹢10%～﹢15%，运行电压稳定值为±2%，瞬时最大电压降小于10%，电压恢复时间小于0.2s。由于机组起动时，主副绕组中产生的剩磁电压比较低（约为额定值的2%～3%），这时，励磁调节器还不能正常工作，可控硅不导通，只有利用由按钮QA、熔断器RD、电压继电器CJ、整流二极管5Z等组成的残压起励电路进行起励操作（按住按钮QA）；当发电机端相电压上升到100V左右，电压继电器CJ启动，其常闭接点断开起励回路，自动进入自动励磁调节器工作状态，避免了可能产生的过电压现象，把机组稳定在正常情况下。

3安装

按照图2提供的励磁系统接线，要改变原励磁系统接线的部位，主要有3处：一是拆除电抗器，将发电机的主绕组和副绕组尾端分别短接；二是原三相桥式整流电路中的3只共阴极整流二极管换为3只可控硅；三是在三相桥式整流电路输出端并接一只正向压降低的硅整流二极管，起续流二极管的作用。

本文作者：胡明旭王维华工作单位：哈电集团现代制造服务产业有限责任公司

1风电设备型式的演化

齿轮箱存在的主要问题是噪声、磨损、功率损耗、维修、油污等,特别是在高达百米的高塔上作业,频繁地进行维修、更换部件,使厂家不堪承受,目前尚无保证其寿命的成熟技术。然而,为了达到更高的速比,使用多级齿轮箱更适宜。单级齿轮箱的速比选为6,齿轮箱功率损耗与速度成比例,三级齿轮箱损耗功率是额定功率的3%,单级是额定功率的1.5%。从1991年开始,推出无齿轮箱发电机系统,即所谓的直驱式发电机,主要是为了避免齿轮箱故障和减少维护量。为了和电网联接,这种风电设备还需要一个全功率电力电子变流器。然而配套的低转速、高转矩发电机和全功率变流器是相当贵的,因此,那时大多数采用直驱式直流或交流电励磁的发电机,后来推出永磁钢励磁,从而消除了励磁损耗。为了增加功率和降低转速,直驱式发电机变得越来越大和更加昂贵,为此提出了采用一个单级齿轮箱(速比为6或者更高)的装置,这一系统虽然仍有带齿轮箱、直驱式系统昂贵的发电机及全功率变流器等缺点,但与直驱式系统相比,它可以使发电机成本降低,效率提高。这个系统发电机的转矩仍然相当高,转速相当低,拥有一个大的直径和气隙,就有大的励磁电流和高的损耗。然而,变流器的额定容量可以降到30%,从成本和效率方面占有优势。这种单级齿轮箱的使用,使得整机外形尺寸显著缩小。

2风轮机特性

2.1功率P=(1/2)QCr2v3(1)式中:P为功率,MW;Q为空气密度,kg/m3;r为转轮半径,m;v为风速,m/s;C为功率系数,即空气动力效率,%;d为叶尖速比,叶尖周速/风速;a为桨叶节距角。2.2主要参数以P=3MW,额定转速为15r/min,额定风速v=12m/s,平均风速…v=7m/s,转轮直径为90m,最优叶尖速比8,最大空气动力效率(转轮)为48%,空气密度Q=1.225kg/m3为例进行结构布置方案对比。

3结构布置方案对比

一．前言

新乡火电厂#5发电机为三机交流励磁系统，原灭磁系统设计采用的是短弧栅原理的DM2型来分断发电机转子回路进行灭磁。由于该开关在材质、结构上存在的不足，运行中发现了不少问题，给励磁系统的可靠性带来了隐患。为此，我们采用主励磁机磁场回路灭磁方式取代常规的发电机转子回路灭磁开关进行灭磁，对#5机灭磁系统进行了改造，并进性了全面的灭磁性能试验，事实证明该项改造是成功的。这是我们对发电机灭磁理论和灭磁方式长期研究的实践，也是我们为全国同行做出了有益的尝试。

二．灭磁方式的发展历程

在主要采用直流励磁机作为发电机励磁电源的年代，普遍采用发电机转子回路装设大容量直流灭磁开关的灭磁方式。对直流励磁机系统采用这种灭磁开关，有以下原因和作用：

1、直流励磁机残压较高，即使直流励磁机电流减少到零，如果发电机转子回路不断开，发电机机端电压仍可能达到额定值的20左右，这样可能造成发电机电压不能降低到故障点电弧的熄灭电压以下，大大扩大发电机的损坏程度。

2、早期的发电机转子阻尼较弱，运行功率因数较低，在发电机转子回路里装设灭磁开关可以提高灭磁速度，效果较好。

摘要：励磁系统是水电站的关键设备，也是水电站相对于变电站的主要区别之一，本文提出了一种满足IEC-61850通信标准的数字化励磁系统设计方案，并列表分析了相对传统水电站，在数字化励磁系统设计中需要解决的关键点，为数字化水电站的整体建设打下了基础。

关键词：IEC-61850通信标准；数字化水电站；数字化励磁系统；具体实施方案

近年来，国家电网已明确提出建设坚强智能电网的发展目标，并大力发展水电、抽水蓄能等清洁能源项目。数字化变电站建设则是其中重要的组成部分。在国内电网大力推广已建设并运行的数字化变电站[1]中，IEC-61850[2]通信标准的应用、完善也得到很大发展，变电站的数字化技术（满足IEC-61850通信标准）已趋于成熟，变电站内各类满足该标准的设备均已投入运行，设备性能安全稳定，相关设备厂家也有了响应特定需求的成熟产品，并具备研究开发新产品的实力，目前已具备建设数字化水电站的基础。

1数字化水电站励磁系统设计概述

相对于数字化变电站，水电站领域则暂未出现完整且成熟的数字化解决方案。参考数字化变电站的设计方案，依据《DL/T1547-2016智能水电厂技术导则》[3-4]，基于“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850通信标准”的思路，数字化水电站网络结构分为“过程层”、“单元层”、“站控层”，采用过程层网络（GOOSE网、SV网）、站控层网络（MMS网）的3层2网结构层次。数字化水电站的所有电气设备均应满足IEC-61850通信规约。励磁系统[5]是水电站发电机的重要组成部分，它通常由励磁功率单元、励磁调节单元和灭磁单元3部分构成，通过励磁系统中的励磁调节器对励磁功率单元进行控制，达到调节发电机无功功率和电压的效果。励磁调节系统应能够满足系统在正常和事故情况下的调节需要。在数字化水电站中，励磁系统除完成水轮发电机组的开机、停机、增减无功功率、紧急停机等任务外，还应能满足IEC61850数据建模及通信功能，全面支持与站控层网（MMS网）、过程层网（GOOSE网和SV网）两网通信。同时，应能接受监控系统提供无功功率给定值，完成无功功率的闭环控制。为满足实际应用需求，励磁系统在逻辑上被划分为许多个可以独立访问和处理的逻辑设备。励磁系统装置布置在数字化水电站系统结构上的单元层，合并单元[6]、智能终端[7]、辅控单元等装置或智能设备布置在过程层（图1）。数字化电站站控层的上位机满足IEC61850通信标准的要求，通过MMS网将励磁系统的信号上送监控系统上位机。数字化励磁系统应满足可与GOOSE网及SV网交换机相连接，采集过程层的数据。过程层的数字化则要求CT、PT及现地元件输出的数据均为数字化形式，CT、PT与合并单元相连接（电子式互感器[8]通过光缆连接，电磁式互感器通过电缆连接），电流、电压数据数字化后通过光缆与SV网交换机连接，现地元件则要求经电缆连接至智能终端，将开关量或模拟量信号转化为数字信号并经光缆传输至GOOSE网交换机。参考数字化变电站的设计模式，电流、电压模拟量数据的传输方式有组网模式（网采）和点对点模式（直采）两种，基于最大化精简电缆或者光纤数量及利用网络安全、快速、数据共享等的传输优势原则，本文推荐SV网采用组网模式进行采样。

2水电站励磁系统数字化具体实施方案

摘要：PMM8731是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器。而SI-7300则是日本三青公司生产的高性能步进电机集成功率放大器。它们和单片机一起可构成一种高效电机控制驱动电路。文中介绍了PMM8713与SI-7300的功能，给出了由它们组成的功率驱动电路及其在步进电机上的应用方法。

关键词：PMM8731；SI-7300；步进电机；功率驱动电路

1PMM8713的功能特点

PMM8713是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器。该器件采用DIP16封装，适用于二相或四相步进电机。PMM8713在控制二相或四相步进电机时都可选择三种励磁方式（1相励磁，2相励磁，1－2相励磁三种励磁方式之一），每相最小的拉电流和灌电流为20mA，它不但可满足后级功率放大器的要求，而且在所有输入端上均内嵌有施密特触发电路，抗干扰能力很强，其原理框图如图1所示。

在PMM8713的内部电路中，时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入法。PMM8713有两种脉冲输入法：双脉冲输入法和单脉冲输入法。采用双脉冲输入法的连线方式如图2（a）所示，其中CP、CU两端分别输入步进电机正反转的控制脉冲。当采用单脉冲输入法时，其连线方式如图2（b）所示，该图中的CK为时钟脉冲输入，步进电机的正反转方向由U／D的高、低电位决定。

片中的激励方式控制电路用来选择采用何种励磁方式。激励方式判断电路用于输出检测；而可逆环形计数器则用于产生步进电机在选定的励磁方式下的各相通断时序信号。

1水轮发电机组改造

我县大多数电站建于七、八十年代，水轮发电机组经过二、三十年的运行，发电机绝缘老化、发热增加、滑环严重冒火、端盖无防护罩等影响运行安全；水轮机转轮等过流部件磨损、变形，或虽几经补焊但叶片变厚、变粗糙与原设计误差较大，机组效率严重下降；有的是历史原因机组选型不配套，造成出力不足、水量浪费，效益差。针对上述问题，近几年我们在建设新电站的同时，根据具体情况对一些老电站进行了改造。特别是对发电机定、转子绕组进行更换，不仅提高了绝缘等级，而且也提高了发电机出力。采用新型转轮，提高了机组的效率，使电站有了更好的收益。对其它影响安全生产的缺陷要求电站及时采取有效措施，提高了水轮发电机组的健康水平。

2发电机励磁装置改造

要使发电机安全和稳定的运行，发电机励磁系统的性能是关键，早些年使用的三次谐波式、相复励变压器式、双绕组电抗分流式等几种励磁装置，由于调节性能差，易引起振荡，不适应机组并网运行，同时其故障较多影响机组安全运行，所以必须加以更新改造。

我们现在基本上改用了可控双绕组电抗分流式励磁，此装置在双绕组电抗分流式的基础上增加了可控硅分流的自动电压调节器，空载电压调节范围大，并网后运行稳定，无功功率调节方便。由于是厂家随机生产，安装在发电机上结构简单紧凑，不需另占地方。在主断路器跳开后不失磁，发电机仍有端电压。在电网停电时仍有电源供给调速器，能迅速将机组关闭，省去了备用电源。在我县近200台发电机上使用结果证明，能够安全、可靠、稳定的运行。这种励磁方式当励磁回路对地一点接地时，接地点与发电机中性点(低压发电机绕组中性点一般都接地)构成回路。励磁电流被分流减少，会发生机组振荡、不能正常建压等故障。所以特别要对滑环及周围等励磁部位的定期清扫，防止励磁回路对地绝缘严重下降而发生接地故障。

也有采用可控硅静止励磁装置，如FKL、ZL1A1等型号，其性能良好，但结构相对较复杂。采用独立屏柜增加了安装位置，布置上还需注意整齐和美观。由于主断路器跳开时联动跳开灭磁开关，使机组无电压，故这种励磁装置尚需备用交流电源或配置TC操作器。