自励恒压及发电机组的无功功率分配

1、7.7 自励恒压装置及其发电机组的无功功率分配自励恒压装置及其发电机组的无功功率分配 教学要求：教学要求：熟悉自励恒压装置的作用与分类，能根熟悉自励恒压装置的作用与分类，能根据单线原理或系统框图说明工作原理，理据单线原理或系统框图说明工作原理，理解均压线的作用。解均压线的作用。一、自动调压装置的功能和基本要求一、自动调压装置的功能和基本要求保证供电品质的两个重要指标是：保证供电品质的两个重要指标是： 电压和频率恒定。电压和频率恒定。16351、自励恒压装置的作用、自励恒压装置的作用功能：发电机起动后转速接近额定转速时，功能：发电机起动后转速接近额定转速时，能能建立额定空载电压；当负载大小和负载

2、性质变建立额定空载电压；当负载大小和负载性质变化时，能化时，能自动保持电压基本恒定自动保持电压基本恒定。还有。还有均匀均匀分配无功功率的功能。分配无功功率的功能。2、对自励恒压装置的基本要求、对自励恒压装置的基本要求规范规范静态电压调整率：静态电压调整率： 要求：主发电机：要求：主发电机：2.5%2.5%以内；以内；应急发电机：应急发电机：3.5%3.5%以内以内。动态电压调整率：动态电压调整率： 要求：突加（减）要求：突加（减）50%Ie50%Ie coscos 0.4 0.4 调整率调整率15%15%以内以内 tt1.5s1.5s。强行励磁：负载突变或短路故障消除后电压可迅速强行励磁：负载

3、突变或短路故障消除后电压可迅速恢复。恢复。电磁兼容性：在规定的电磁环境中电磁兼容性：在规定的电磁环境中有效工作有效工作，电磁，电磁方面方面不干扰不干扰其他设备的正常工作。其他设备的正常工作。自励起压：同步发电机转子励磁电流，是由三相输自励起压：同步发电机转子励磁电流，是由三相输出电压经整流而形成，这就是自励；因起励电流在出电压经整流而形成，这就是自励；因起励电流在二极管死区电压内不能导通，故转子要有剩磁外，二极管死区电压内不能导通，故转子要有剩磁外，还要有起压措施。还要有起压措施。1）按电压偏差调节：即按发电机电压偏差调）按电压偏差调节：即按发电机电压偏差调节。节。静态性能好；静态性能好；2）

4、按负载扰动调节：即按负载电流、功率因数）按负载扰动调节：即按负载电流、功率因数调节。调节。动态性能好。动态性能好。 3）复合调节：）复合调节： 按负载电流、功率因数、电压按负载电流、功率因数、电压偏差调节。偏差调节。静、动态性能都较好静、动态性能都较好。3、自动调压装置的分类及调压原理、自动调压装置的分类及调压原理按负载电流的大小进行励磁调节按负载电流的大小进行励磁调节复励补偿调节。复励补偿调节。按负载功率因数的变化进行励磁调节按负载功率因数的变化进行励磁调节相位补偿相位补偿调节。调节。既根据负载电流，又根据负载的功率因数的变化既根据负载电流，又根据负载的功率因数的变化进行励磁调节进行励磁调节

5、相复励恒压调节相复励恒压调节。仅根据负载扰动调节的相复励系统仅根据负载扰动调节的相复励系统不可控相复不可控相复励系统。励系统。既按负载扰动，又按电压偏差调节的相复励系统既按负载扰动，又按电压偏差调节的相复励系统可控相复励系统可控相复励系统。4、相复励恒压装置类型、相复励恒压装置类型不可控相复励自励恒压励磁装置（不可控相复励自励恒压励磁装置（负载扰动负载扰动调节调节）可控相复励自励恒压励磁装置（可控相复励自励恒压励磁装置（可控相复励可控相复励系统）系统）晶闸管自励恒压励磁装置晶闸管自励恒压励磁装置无刷同步发电机励磁系统无刷同步发电机励磁系统二、二、 不可控相复励恒压原理不可控相复励恒压原理 相复

6、励自励恒压装置特点：相复励自励恒压装置特点： 1同时按负载电流和负载功率因数进行调节，同时按负载电流和负载功率因数进行调节， 根据负载电流大小调节复励补偿调节根据负载电流大小调节复励补偿调节 根据负载功率因数的变化调节相位补偿调节根据负载功率因数的变化调节相位补偿调节 合称相复励。合称相复励。 2动态性能好、有好的强励能力动态性能好、有好的强励能力 3分电流叠加、电磁叠加、电势叠加三种。分电流叠加、电磁叠加、电势叠加三种。1、自励起压基本原理、自励起压基本原理利用发电机本身的剩磁利用发电机本身的剩磁磁通产生的电压，通磁通产生的电压，通过励磁装置的作用建过励磁装置的作用建立起额定电压。立起额定电

7、压。条件：条件：必须有足够大必须有足够大的剩磁电压（否则充的剩磁电压（否则充磁）磁）适当整定自励回路适当整定自励回路（采用电抗（采用电抗X X和电容和电容C C组成串联组成串联谐振回路谐振回路）电流叠加相复励自励恒压装置电流叠加相复励自励恒压装置 对称三相电对称三相电流叠加相复励线流叠加相复励线路是最典型的线路是最典型的线路，其等效电路路，其等效电路、励磁电流解析、励磁电流解析式和相量图等分式和相量图等分析结果也适合其析结果也适合其它线路。它线路。电流叠加相复励线路电流叠加相复励线路等效电路等效电路 等效电路等效电路：单线图单线图电容电容C1C2C3起压起压用，用，谐振电容谐振电容。三相桥式整

8、流器及并联的三相桥式整流器及并联的R R与与C C或硒堆或硒堆（过压保护过压保护） 其它线路都省略。其它线路都省略。2、恒压基本原理、恒压基本原理电路组成原理：电路组成原理：直接取负载电流进直接取负载电流进行复式励磁。行复式励磁。电流互感器电流互感器CTCT测量输测量输出电流大小，输出电出电流大小，输出电压经电抗器压经电抗器x x移相移相9090后，再进行电流叠加后，再进行电流叠加，经过整流后得到直，经过整流后得到直流励磁电流流励磁电流 电流分量称为复励电流分量称为复励分量；电压分量称为分量；电压分量称为空载分量。空载分量。励磁电流大小分析：励磁电流大小分析： 复励线路单线图如复励线路单线图如

9、 将励磁回路直流电阻等将励磁回路直流电阻等效到交流侧（用三相电效到交流侧（用三相电阻代替实际直流电阻）阻代替实际直流电阻），可得一相等效电路。，可得一相等效电路。由电路定律，且由电路定律，且RxRx，励磁电流表达式为励磁电流表达式为：等效电路等效电路i iv vf fI II II Ij jx xU Uj jx xR Rx xI Ij jj jx xR RU UI I 移相电抗器的作用：是使电压移相移相电抗器的作用：是使电压移相9090。否则，。否则，电压和电流相位关系就不是复励时的关系，不能满足电压和电流相位关系就不是复励时的关系，不能满足励磁电流既随负载电流变化、又随负载电流相位变化励磁电

10、流既随负载电流变化、又随负载电流相位变化而变化（只随电流大小变化，失去相位补偿作用），而变化（只随电流大小变化，失去相位补偿作用），也就不能满足相复励要求。（有复励补偿，无相位补也就不能满足相复励要求。（有复励补偿，无相位补偿）。偿）。 移相电抗器的结构：带气隙的铁心线圈。移相电抗器的结构：带气隙的铁心线圈。 铁心线圈才有足够的电感值；带气隙才能保证磁路不铁心线圈才有足够的电感值；带气隙才能保证磁路不饱和，才能得到线性的电感元件，而只有线性元件才饱和，才能得到线性的电感元件，而只有线性元件才能有足够的控制精度。能有足够的控制精度。 移相电抗器移相电抗器补偿原理补偿原理复励原理：复励原理： 1.

11、1.负载电流变化、相位负载电流变化、相位（滞后）不变时（滞后）不变时，根据调节，根据调节特性，滞后的电流增加，电特性，滞后的电流增加，电枢反应的去磁作用增强，要枢反应的去磁作用增强，要保持电压不变，应增大励磁保持电压不变，应增大励磁电流。由相量图分析可知，电流。由相量图分析可知，相复励线路满足这一要求。相复励线路满足这一要求。 2.2.功率因数变化功率因数变化，相位，相位更加滞后时，相复励线路也更加滞后时，相复励线路也将使励磁电流增大。将使励磁电流增大。参数调整：参数调整： 1 1）IvIv的相量为励磁的相量为励磁电流的电流的空载分量空载分量，其作用是决定发电其作用是决定发电机空载输出电压的机

12、空载输出电压的大小；大小；空载电压偏空载电压偏低、说明低、说明IvIv分量偏分量偏小。小。 调整方法：调电抗调整方法：调电抗器铁芯间隙。器铁芯间隙。 2 2）IiIi的相量为励磁的相量为励磁电流的复励分量，电流的复励分量，其作用是产生电流其作用是产生电流补偿和电压补偿；补偿和电压补偿；接负载后电压偏低、接负载后电压偏低、说明说明IiIi分量偏小。分量偏小。 调整方法：改变电调整方法：改变电流互感器副边匝数。流互感器副边匝数。3 3）IvIv分量适当，分量适当，IiIi分量太强分量太强、发电机外特性、发电机外特性上翘上翘；IiIi分量太弱分量太弱、发电机外特性严重、发电机外特性严重下斜下斜。归纳

13、：归纳：不可控相复励恒压原理结构简单、工作可不可控相复励恒压原理结构简单、工作可靠。但调压精度不高，属按负载电流和功率靠。但调压精度不高，属按负载电流和功率因数调节的类型，其动态性能好，但静态性因数调节的类型，其动态性能好，但静态性能较差，静态调压率能较差，静态调压率3%3% 5%5%（规定规定应为应为2.5% 2.5% ） 根据变压器的磁势关系，根据变压器的磁势关系，可得到平衡方程式：可得到平衡方程式： 即：即： 。 调节变压器的匝数，可获得比调节变压器的匝数，可获得比电流叠加相复励更好的复励恒电流叠加相复励更好的复励恒压特性。压特性。 电磁叠加是在磁路中的叠电磁叠加是在磁路中的叠加，但其大

14、小和相量关系与在加，但其大小和相量关系与在电路中叠加是一样的。电路中叠加是一样的。2 23 31 1N NI IN NI IN NI Ifiv 2 23 32 21 1/N/NN NI I/N/NN NI II Iivf 电磁叠加相复励自励恒压装置电磁叠加相复励自励恒压装置如果加上电压检测环节，根据电压偏差附加励磁调节，如果加上电压检测环节，根据电压偏差附加励磁调节，则成为可控相复励系统。则成为可控相复励系统。 作业：阅读作业：阅读P167173 习题：习题：1636、1638、16431646、1652、16561666、1670、1671、1672、1674（课二）电流叠加不可控相复励自励

15、恒压装置（课二）电流叠加不可控相复励自励恒压装置单线图单线图 不可控相复励精度不高，采用复合式励磁装置即为不可控相复励精度不高，采用复合式励磁装置即为可控相复励。基本励磁：相复励，辅助励磁：可控可控相复励。基本励磁：相复励，辅助励磁：可控组成：在相复励的基础上加一个按电压偏差调节的装置组成：在相复励的基础上加一个按电压偏差调节的装置特点：特点：原相原相相复励装置作用：相复励装置作用：实现自励起压，动态性实现自励起压，动态性好。好。电压校正器电压校正器AVRAVR作用：作用：按电压的偏差调节，静按电压的偏差调节，静态特性好。态特性好。单线原理图单线原理图三、可控相复励变压器式可控相复励装置三、可

16、控相复励变压器式可控相复励装置几种常用可控相复励装置几种常用可控相复励装置:1、可控相复励变压器、可控相复励变压器式可控相复励装置式可控相复励装置组成：组成：基本励磁：基本励磁：“电磁叠加电磁叠加”；可控：可控：AVR控制按电控制按电压偏差调节的装置。压偏差调节的装置。原理：通过改变相复励变原理：通过改变相复励变压器的磁化程度达到控压器的磁化程度达到控制励磁电流的目的。制励磁电流的目的。2、可控移相电抗器式可控移相电抗器式可控相复励装置：可控相复励装置：调节原理：电流叠加调节原理：电流叠加 AVR按电压偏差输出相应按电压偏差输出相应的直流电流，控制移相的直流电流，控制移相电抗器饱和程度，改变电

17、抗器饱和程度，改变电抗值。以调节相复励电抗值。以调节相复励空载分量消除偏差。空载分量消除偏差。调节空载分量。调节空载分量。3、可控电抗器分流的可控相复励装置：、可控电抗器分流的可控相复励装置：调节原理：电流叠加调节原理：电流叠加整流器交流侧并联一个整流器交流侧并联一个三相饱和电抗器，进三相饱和电抗器，进行交流侧分流，行交流侧分流，AVR控制分流。也是控制分流。也是调节调节空载分量。空载分量。4、交流侧晶闸管分流的可控相复励装置：、交流侧晶闸管分流的可控相复励装置：调节原理：电流叠加调节原理：电流叠加相复励装置的交流侧并相复励装置的交流侧并联晶闸管，出现电压联晶闸管，出现电压偏差时，偏差时，AV

18、R输出与输出与电压偏差相应的触发电压偏差相应的触发电流，改变晶闸管的电流，改变晶闸管的导通角控制分流。也导通角控制分流。也是是调节空载分量调节空载分量。5、直流侧晶闸管分流的可控相复励装置：、直流侧晶闸管分流的可控相复励装置：调节原理：调节原理：由电压校正器由电压校正器AVR的的输出信号输出信号U去控制并去控制并联在励磁绕组两端的联在励磁绕组两端的晶闸管。晶闸管。即即AVR控制直流侧分流，控制直流侧分流，直接调节励磁。直接调节励磁。(原理与交流侧分流控制原理与交流侧分流控制相同相同)归纳：归纳： 可控相复励自动调压装置是带有电压校正可控相复励自动调压装置是带有电压校正器的相复励装置，具有调压精

19、度高、无功器的相复励装置，具有调压精度高、无功功率分配均匀、起动可靠、强励倍数高、功率分配均匀、起动可靠、强励倍数高、动态性好等特点。得到广泛应用。动态性好等特点。得到广泛应用。四、可控硅自励恒压励磁系统四、可控硅自励恒压励磁系统1、测量电路、测量电路 作用：测量发电机电作用：测量发电机电压，并经整流器变压，并经整流器变换为直流电压，与换为直流电压，与给定的基准电压比给定的基准电压比较，得出电压的偏较，得出电压的偏差信号，控制发电差信号，控制发电机的励磁。机的励磁。2、移相触发电路、移相触发电路作用：根据比较电路输出的偏差，对晶闸管发出相作用：根据比较电路输出的偏差，对晶闸管发出相应控制角的触

20、发脉冲，使晶闸管导通，而相应的应控制角的触发脉冲，使晶闸管导通，而相应的励磁电流，使电压保持恒定。励磁电流，使电压保持恒定。3、保护和起励电路、保护和起励电路保护电路：对元件保护，保护电路：对元件保护，通常采用阻容吸收电路、通常采用阻容吸收电路、（硒堆吸收）、快熔等（硒堆吸收）、快熔等作过压、过流保护。作过压、过流保护。起励电路：设置起压电路起励电路：设置起压电路触发。若无剩磁则还有触发。若无剩磁则还有“充磁充磁”电路。电路。利用蓄利用蓄电池向晶闸管提供触发电池向晶闸管提供触发电压电压，发电机端电压升，发电机端电压升高后，自动断开蓄电池高后，自动断开蓄电池电路。电路。五、无刷同步发电机励磁恒压

21、系统（属于他励）五、无刷同步发电机励磁恒压系统（属于他励）结构及特点结构及特点 1励磁机电枢励磁机电枢3（转子）（转子）与发电机与发电机G励磁励磁4（转（转子）同轴，励磁机电枢子）同轴，励磁机电枢电流经整流后作发电机电流经整流后作发电机励磁；励磁； 2励磁机励磁绕组励磁机励磁绕组1的的电流决定于电流决定于G电枢电枢2输输出的电流、电压；出的电流、电压； 3无刷同步发电机的关无刷同步发电机的关健是由具有旋转硅整流健是由具有旋转硅整流器提供励磁电流，去掉器提供励磁电流，去掉了滑环和电刷。了滑环和电刷。恒压原理恒压原理 励磁机的电枢的励磁电励磁机的电枢的励磁电流由相复励和流由相复励和AVR两两部分构

22、成，输出电流部分构成，输出电流经整流后作为经整流后作为G的励磁，的励磁，G的电压为综合调节。的电压为综合调节。无功功率的自动调整：无功功率的自动调整：采用采用差动电流互感器差动电流互感器进行无功功率分配。进行无功功率分配。1 1无功功率的自动分配的基本原理无功功率的自动分配的基本原理调发电机励磁电流，即调无功功率（也调电压）调发电机励磁电流，即调无功功率（也调电压）（直流发电机调励磁电流，即调有功功率）。因有恒（直流发电机调励磁电流，即调有功功率）。因有恒压装置、当电网功率因数降低时，仅使发电机容量不压装置、当电网功率因数降低时，仅使发电机容量不能充分利用、线路功率因数降低。能充分利用、线路功

23、率因数降低。规范规范规定：当负载在总额定功率规定：当负载在总额定功率20100%范围变化时，应能稳定运行。功率分配误范围变化时，应能稳定运行。功率分配误差应符合：实际承担无功功率与按额定功率分差应符合：实际承担无功功率与按额定功率分配比例的计算值之差，应不超过最大发电机额配比例的计算值之差，应不超过最大发电机额定无功的定无功的10%。六、无功功率的自动分配六、无功功率的自动分配调压特性：调压特性：U=f(IU=f(IQ Q) )调压器特性有两种，无差特调压器特性有两种，无差特性和有差特性。性和有差特性。稳定要求：调压特性都为有稳定要求：调压特性都为有差特性，且两特性应尽量差特性，且两特性应尽量

24、一致。一致。 1）一般为有差特性、两台机）一般为有差特性、两台机特性很难一致；特性很难一致；2）负载变化，通过调励磁、）负载变化，通过调励磁、使电压稳定但略有变化，使电压稳定但略有变化，出现无功分配不均；出现无功分配不均；3）电压下降，斜率绝对值大）电压下降，斜率绝对值大的无功分配少，斜率小的的无功分配少，斜率小的无功分配多（电压升高相无功分配多（电压升高相反）。反）。 有差特性有差特性无差特性无差特性2、均压连接、均压连接:用于不可控复励自励恒压系统用于不可控复励自励恒压系统作用：作用： 实现并联机组间实现并联机组间无功功率的自动、稳定无功功率的自动、稳定和均匀的分配。和均匀的分配。直流均压线直流均压线： 并联运行发电机励磁并联运行发电机励磁绕组用两根均压线并接；绕组用两根均压线并接；使发电机励磁电流随无使发电机励磁电流随无功负载变化而相应变化，功负载变化而相应变化，保证无功分配均匀；保证无功分配均匀；适适用于容量相同、同型号用于容量相同、同型号的发电机。的发电机