第八节-同步发电机的自励恒压装置与并联运行发电机课件

第八节同步发电机的自励恒压装置与并

联运行发电机组的无功功率分配一、概述二、同步发电机的励磁自动调整三、自励起压原理四、同步发电机的自励恒压装置五、并联运行发电机组的无功功率分配第八节同步发电机的自励恒压装置与并

1一、概述主要内容（一）同步发电机电压变化的原因

（二）电压偏差的危害

（三）发电机电压调整的基本措施

（四）励磁自动调整装置的功能

（五）励磁自动调整装置的技术指标一、概述2

原因：

同步发电机电枢反应影响可用电枢反应电抗Xa描述，Xa与电枢漏抗Xσ之和为同步电抗Xd，引入Xd后，一相电枢绕组等效电路图如右上图所示。

根据等效电路图可得同步发电机电压平衡方程及其相量图。由相量图可知，引起端电压变化的原因，除了电枢电阻Ra外，主要与负载大小和性质有关。（一）同步发电机电压变化的原因原因：（一）同步发电机电压变化的原因31、对电动机的影响：

①转矩与电压的平方成正比，②TST小起动时间延长，

③负载不变时，n减小、I增加，温升增高，绝缘老

化快，寿命降低。

★实例说明：U升高，I增大；U太低I也增大2、对电光源的影响：

★白炽灯：①.降低10%，寿命延长2～3倍，但发光效率下降30#以上；②.升高10%，发光效率提高1/3，但使用寿命大大缩短。

★气体放电灯：U高寿命短，U低启燃难且照度低。（二）电压偏差的危害1、对电动机的影响：（二）电压偏差的危害43、对电网的影响：

电压变化对电网的影响主要表现在给全船用电所带来的危害，而这种危害却是致命的。

船舶电网电压深度下降时，将导致保护电器动作，造成发电机解列、使电网崩溃全船停电的严重事故。

★具体说：对利用电磁感应定律工作的电机与电器，电压偏高或低，电流都将增大，电网总电流也将大大增加，可能出现瞬间大幅过载。

所以，船舶交流电网的电压必须保持恒定，其电压偏差不应超出规定的范围。（二）电压偏差的危害3、对电网的影响：（二）电压偏差的危害5（三）发电机电压调整的基本措施

措施：(IL励磁电流，IgQ发电机无功电流)

由发电机电压随负载电流大小和性质变化，为稳定电压，其励磁电流也应随之变化。

外特性与调节特性：

cosφ一定时，端电压随着负载电流增大而下降的曲线称为外特性。电压下降主要是由于电枢反应的去磁作用造成的。因此，应增大励磁电流以补偿去磁作用，从而实现调节。（三）发电机电压调整的基本措施措施：(IL励磁电流，Ig6（三）发电机电压调整的基本措施

说明：

(IL励磁电流，IgQ发电机无功电流)

如外特性所示，原来发电机输出无功电流为IgQ1，当无功负载增大时，输出电流变为IgQ2，使发电机电压下降为U2，为了稳定电压，励磁电流应由IL2增加到IL1。励磁电流增大后，发电机的外特性向上平移。

励磁电流的增加量是根据发电机的调节特性进行的。cosφ一定时，IL随IgQ的增加而增大。（三）发电机电压调整的基本措施说明：(IL励磁电流，Ig7（四）励磁自动调整装置的功能

功能：——方法是调节励磁电流。

主要功能为：维持端电压基本不变，无功功率合理分配，短路故障时强励。具体8点：

⑴.正常运行时，维持电压在允许范围内。

⑵.并联运行时，合理分配各发电机无功。

⑶.提高并联运行静态稳定性。

⑷.故障时强励，提高并联运行动态稳定性。

⑸.加速电网短路后电压恢复速度。

⑹.故障时，使时限继电保护装置正确动作。

⑺.使并车操作易于进行，速度加快。

⑻.可使并联时失磁的发电机短时异步运行。（四）励磁自动调整装置的功能功能：——方法是调节励磁电流。8（五）励磁自动调整装置的技术指标

调整过程：在t0时，突加无功负载，电压下降为U’min，经过恒压装置的调节，到tF时刻，恢复到接近额定电压的Umin；到了t’0时，突减无功负载，电压上升到U’man，到t’F时刻，又恢复到Uman。自动恒压装置的技术指标主要有两方面：静态指标和动态指标。

变化和调节过程中，最大的差值为动态指标，调节过程后的差值为静态指标。（五）励磁自动调整装置的技术指标调整过程：9（五）励磁自动调整装置的技术指标㈠

电压静态指标：

即发电机稳态电压变化率。我国钢质海船入级与建造规范中对电压静态指标规定为：交流发电机连同其励磁系统，应能在负载自空载至额定负载范围内，且其功率因数为额定值情况下，保持其稳态电压的变化值在额定电压的±2.5%以内。应急发电机可允许在额定电压的±3.5%以内。发电机稳态电压变化率按下式计算：（五）励磁自动调整装置的技术指标㈠电压静态指标：10（五）励磁自动调整装置的技术指标㈡

电压动态指标：

动态指标有两个方面，即动态的最大允许电压变化量和恢复速度。具体为：①.瞬时电压调整率，②.电压恢复的时间。

我国规范规定：运行中的同步发电机，突加或突减cosφ≥0.4的50％IN时，瞬时电压调整率(也称动态电压变化率)在15％UN以内；恢复时间不超过1.5秒。动态电压变化率由下式计算：[要点]：电压偏差原因与危害，稳压的方法，

励磁自动调整装置功能与指标。（五）励磁自动调整装置的技术指标㈡电压动态指标：11二、同步发电机的励磁自动调整主要内容

（一）励磁自动调整的作用

（二）同步发电机端电压调整的基本方法

（三）励磁自动调整装置的技术指标

（四）励磁自动调整装置的分类

（五）常见调压器的类型二、同步发电机的励磁自动调整12

励磁自动调整的作用：

前面已介绍过电压出现偏差的危害，以及励磁自动调整装置的功能，励磁自动调整的作用就是励磁自动调整装置的功能。其主要作用（任务）为：

①电网负载变化时，尤其是无功负荷发生变

化时，维持发电机端电压基本不变。

②对并联运行中的各发电机，进行无功功率

合理分配。

③电网出现短路故障时，对发电机进行强迫

励磁。（一）励磁自动调整的作用励磁自动调整的作用：（一）励磁自动调整的作用13

基本方法：由电压平衡方程式Ůg=Ė0-jİgXt可见，负荷时要保持发电机端电压不变，唯一的方法就是改变方法机空载电势E0。发电机空载电势E0=4.44WfΦM，所以只能改变磁通ΦM。而ΦM主要由励磁电流产生，所以：

★结论：电压调整，实质上就是调整励磁电流。所以发电机的自动调压装置又称自动调节励磁装置。自动调压器英文为：AutomaticVoltageRegulator，缩写为：AVR。（二）同步发电机端电压调整的基本方法基本方法：（二）同步发电机端电压调整的基本方法14

指标：

励磁自动调整装置的技术指标，除前面介绍的静态、动态电压变化率外，还包括强行励磁和无功分配方面的指标，总共有四个方面。⑴发电机稳态电压变化率：

稳态电压变化率就是静态电压变化率，它要求的就是励磁自动装置稳定调节的精度。如果稳态电压变化率为零，说明电压变化后，通过励磁自动装置的调节，能使电网的电压恢复到原来的额定电压，有就是说，实现无差调节。（三）励磁自动调整装置的技术指标指标：（三）励磁自动调整装置的技术指标15（三）励磁自动调整装置的技术指标⑵发电机动态特性：——规范规定如前所述，动态特性包括两个方面的指标：①动态电压变化率，②恢复时间。

★规范规定：“交流发电机在负载为空载、转速为额定转速、电压接近额定值的状态下，突加和突卸60％额定电流及功率因数不超过0.4(滞后)的对称负载时，当电压跌落时，其瞬态电压值应不低于额定电压的85％；当电压上升时，其瞬态电压值应不超过额定电压的120％，而电压恢复到与最后稳定值相差3％以内所需的时间，则不应超过1.5s。”（三）励磁自动调整装置的技术指标⑵发电机动态特性：——规范规16⑶强行励磁：

★要求：出现短路使电压大幅降低时，能迅速把励磁电流升高到超过额定电流的最大值。

★作用：使系统稳定、可靠和保证继电保护有选择性地准确动作；使电网电压迅速得到恢复。

★描述：一般采用强行励磁倍数Kq和电势最大上升变化率描述。Kq为最大强励电流与额定励磁电流之比，一般为2～3。电势最大上升变化率要求：达到95%顶峰电压的时间约为0.1～0.5s。（三）励磁自动调整装置的技术指标⑶强行励磁：（三）励磁自动调整装置的技术指标17⑷无功分配：发电机输出无功功率的多少反映在其输出的无功电流上。因此，当发电机并联运行时，为保证发电机运行的稳定性和经济性，自动调压装置应能按各自的容量按比例分配无功功率，以防止某发电机过载。

我国规范规定：要求并联运行运行发电机，负载在20～100％额定容量变化时，各发电机实际承担无功与按各自容量比例计算值之差不超过最大发电机额定无功的±10％。（三）励磁自动调整装置的技术指标⑷无功分配：（三）励磁自动调整装置的技术指标18船用同步发电机：励磁自动调整装置的种类繁多，励磁自动调整装置常见的分类方法有两个：①.按结构原理分，②.按调节量分。

★励磁自动调整装置按结构原理可分为：

⑴带直流励磁机的励磁自动调整装置。

⑵不可控相复励自励恒压装置。

⑶可控相复励自励恒压装置。

⑷晶闸管励磁自动调整装置。

⑸用于无刷发电机的励磁自动调整装置。

⑹用于谐波励磁发电机的励磁自动调整装置。（四）励磁自动调整装置的分类船用同步发电机：励磁自动调整装置的种类繁多，励磁自动调整装置19

按调节量分类：

尽管同步发电机各种励磁调整方式和工作原理有所不同，但是它们的励磁调整方法是按照电压偏差(△U)、负载电流(I)、电流相位(φ)这三个原则来实现的。因此按励磁调节装置的调节量不同，又可分为：

⑴按电压偏差调整。

⑵按电流幅值调整。

⑶按电流幅值及相位调整。

⑷按电压偏差、电流幅值调整。

⑸按电压偏差、电流幅值及相位调整。（四）励磁自动调整装置的分类按调节量分类：（四）励磁自动调整装置的分类201、按发电机电压偏差△Ug进行比例调节的调压器：

★原理：检测电网电压，与额定电压比较，得到电压偏差。若电压偏差不为零，则将电压偏差进行放大，根据电压偏差的大小和极性，控制发电机励磁电流，从而实现对电网电压的调节或实现发电机无功的合理分配。

★特点：构成闭环系统，静态特性较好。但必须是出现电压偏差后才进行调节，因此在一定程度上影响调节的性能。（五）常见调压器的类型1、按发电机电压偏差△Ug进行比例调节的调压器：（五）常见调212、按电流和功率因数进行补偿调整的复励调压器：

★原理：检测电流的大小和性质，在无功电流还未通过去磁使电压下降时，就开始对励磁电流进行补偿或调节。——称为不可控相复励。

★特点：有一定的强励磁能力，动态特性较好。但属于开环控制，静态性能较差。此外，由于元件多为电磁元件，由于电磁常数较大，影响其动态性能。（五）常见调压器的类型2、按电流和功率因数进行补偿调整的复励调压器：（五）常见调压223、按电流和功率因数和电压差进行调节的调压器：

★原理：既按电压偏差调节，又按负载电流大小和性质调节的自励恒压励磁装置，又称为复合调节的自励恒压励磁装置。——在不可控相复励的基础上增加AVR调节，称为可控相复励。

★特点：动态特性和静态特性都较好。

相复励保障动态特性，按电压偏差调节的AVR保障静态特性。但还是存在电磁元件较多，影响调节速度的问题。（五）常见调压器的类型[要点]：调压方法，励磁自动调节作用、指标及其分类，常见调压器特点。3、按电流和功率因数和电压差进行调节的调压器：（五）常见调压23三、自励起压原理主要内容

（一）自励起压原理

（二）自励发电机的起压特性

（三）自励起压条件

（四）自励起压存在的实际问题及措施三、自励起压原理主要内容241、同步发电机分类：

按励磁方式不同可分为：①.他励；②.自励。设有专用励磁电源的为他励，以发电机本身的电枢绕组或辅助绕组为励磁电源的为自励。2、他励同步发电机：

他励同步发电机由本身之外的单独电源提供励磁电流。提供励磁的电源一般为同轴运行的励磁机。早期励磁机为直流励磁机，存在可靠性差维护工作量大等缺点，已很少见。现代他励一般采用交流励磁机，并构成无刷同步发电机系统。（一）自励起压原理1、同步发电机分类：（一）自励起压原理253、自励同步发电机：

自励同步发电机目前在船上使用较多，这种同步发电机的励磁电流不是由外来的直流电源供给，而是取之于同步发电机本身输出功率的一部分，经过适当的整流变换后，通过滑环向转子的励磁绕组供电，这类同步发电机称为自励同步发电机。图中C为谐振电容，保证顺利地自励起压。若发电机剩磁消失，可通过按SB充磁。（一）自励起压原理3、自励同步发电机：（一）自励起压原理261、空载特性：

空载特性是n不变I=0，Ug=f(IL)的关系曲线。其实质就是同步发电机磁路的磁化曲线，如下图曲线1。2、励磁特性：

励磁特性是指励磁回路电流IL随端电压Ug变化的曲线，即：IL=f(Ug)，反映的是励磁回回路电阻，因此，又称为场阻线。（二）自励发电机的起压特性1、空载特性：（二）自励发电机的起压特性27（二）自励发电机的起压特性3、自励起压过程：——理想的过程

由于磁滞现象，转子磁极有剩磁。发电机组起动时，定子绕组将感生剩磁电压，加在自励回路上，经过整流在发电机励磁绕组中产生一定的IL；使转子产生对应的磁通，这一磁通又在定子绕组感生电压；经自励回路又在励磁绕组中使IL增大，又感生更高电压……。如此循环，构成正反馈。最后磁路饱和，两特性稳定交于A点。

（二）自励发电机的起压特性3、自励起压过程：——理想的过程28

条件：

⑴发电机必须有足够的剩磁，这是自励的必要条件。若无剩磁则可用其它直流电源充磁。

⑵要形成正反馈自励过程，剩磁电势产生电流建立的励磁磁势应与剩磁方向相同。即整流装置直流侧极性与励磁绕组所要求的极性一致。

⑶发电机的空载特性与励磁特性必须有确定的交点A，使正反馈稳定在这一点上，这个交点的纵坐标就是发电机的空载电压值。

★归纳：①有剩磁；②接线正确；③励磁回路总电阻足够小。(三)自励起压条件条件：(三)自励起压条件29

存在的实际问题：

自励回路是非线性电路，起压过程中其阻抗是变化的，如下图中曲线2。其阻抗主要包括整流二极管正向导通电阻、碳刷与滑环接触电阻和励磁绕组直流电阻。起压初期，剩磁电压小，二极管正向电阻和碳刷滑环接触电阻都很大。电压增加后，才呈低阻状态。所以实际励磁特性2与发电机空载特性1之间有三个交点。起压时，电压达到C点后就不再升高。

(四)自励起压存在的实际问题及措施存在的实际问题：(四)自励起压存在的实际问题及措施30

措施：

⑴提高发电机剩磁电压，使空载特性升到曲线3；⑵利用谐振起压法(相当于减少励磁回路阻抗)，使励磁(伏

安)特性降为曲线4；⑶利用复励电流帮助起压，起压时短接一下主电路，利用短路产生的复励电流起压，或利用升压变压器帮助起压。起压后再切除升压变压器或打开主电路。(四)自励起压存在的实际问题及措施[要点]：励磁方式，自励原理、特性、过程与条件，

自励实际问题的解决。措施：(四)自励起压存在的实际问题及措施[要点]：励31作业与思考（1）1发电机电压变化的原因1、交流同步发电机电压变化的原因是什么？2、交流同步发电机电压调整的基本措施是什么？3、励磁自动调整装置的作用有哪些？4、励磁自动调整装置按结构原理可分为哪几种？5、励磁自动调整装置按调节量分类可分为哪几种？6、常见调压器的类型有哪些？7、交流同步发电机自励起压的条件是什么？二、思考：习题集P137—140作业与思考（1）1发电机电压变化的原因1、交流同步发电机电压32四、同步发电机的自励恒压装置主要内容

（一）自励恒压装置的常见类型

（二）不可控相复励自励恒压装置（三）可控相复励自励恒压装置

（四）

可控硅自励恒压装置

（五）无刷发电机励磁系统四、同步发电机的自励恒压装置33

分类：

自励恒压装置类型即自动励磁装置类型有：

⑴按发电机电压偏差△U调节：可构成闭环系统，静态特性好。但由于必须出现偏差才调节，早期采用电磁元件构成的系统，动态性能差。

⑵按负载大小和性质调节：属开环系统，静态特性较差，但负载电枢反应影响电压时，就开始调节，动态性能好。——主要为不可控相复励。

⑶复合调节：主要是可控相复励，既有按△U调节，又有按负载大小和性质调节，性能较好。

此外，无刷发电机励磁系统，结构较独特。(一)自励恒压装置的常见类型索引分类：(一)自励恒压装置的常见类型索引34名词电流复励——相复励——名词电流复励——35㈠、不可控相复励原理：

是利用发电机本身的剩磁电压进行自励起压,根据负荷电流大小和性质(负荷电流与电压的相位关系)进行相位复励，以调整励磁电流，稳定发电机端电压。有电流、电磁和电势叠加三种。

不可控相复励自励恒压装置的励磁电压包括两个部分：电压(空载)分量和电流(负载)分量。(二)不可控相复励自励恒压装置㈠、不可控相复励原理：(二)不可控相复励自励恒压装置36(二)不可控相复励自励恒压装置㈡、不可控相复励自励恒压装置的常见类型：

根据叠加成为励磁电流的电压分量和电流分量的信号方式的不同，不可控相复励自励恒压装置又可分为如下三种不同形式：

①.电流叠加型：由反映电压分量的电流信号与反映负载电流分量的电流信号叠加而成。

②.电势叠加型：由反映电压分量的电势信号与反映负载电流分量的电压信号叠加而成，然后再转换为电流。

③.电磁叠加型：由反映电压分量的磁通信号与反映负载电流分量的磁通信号叠加而成，然后再转换为电流。(二)不可控相复励自励恒压装置㈡、不可控相复励自励恒压装置的371、电流叠加不可控相复励：——㈡、常见类型电流互感器CT检测的负载电流分量与经过移相电抗器移相的电压分量叠加，得到交流的励磁电流，经三相桥式整流后得到直流励磁电流。

直流励磁回路的阻容支路可吸收直流回路的浪涌电压，保护整流桥。三相谐振电容器与移相电抗器一起构成串联谐振电路，在发电机起动加速过程中，保证自励起压成功。(二)不可控相复励自励恒压装置1、电流叠加不可控相复励：——㈡、常见类型(二)不可控相复励382、电势叠加不可控相复励：——㈡、常见类型又称为电压叠加型，电流互感器在移相电抗器上产生的电压降(电势)与发电机端电压叠加。(二)不可控相复励自励恒压装置2、电势叠加不可控相复励：——㈡、常见类型(二)不可控相复393、电磁叠加不可控相复励：——㈡、常见类型电磁叠加不可控相复励是将电流分量与电压分量都转换为对应磁通，然后在三绕组变压器的磁路叠加。并通过输出绕组，输出交流励磁电流。其相复励叠加原理和其他元件作用与前面介绍一样。(二)不可控相复励自励恒压装置3、电磁叠加不可控相复励：——㈡、常见类型(二)不可控相复40(二)不可控相复励自励恒压装置4、四绕组电磁叠加型：

——㈡、常见类型

四绕组电磁叠加型不可控相复励，每相铁心有四个绕组：N1、N2、N3和N4，N1为电流绕组，N2为电压绕组，N4为补偿绕组提供额外的相位补偿，N3为输出绕组。N2电压绕组和N4补偿绕组连接规律是，每相N2绕组总是与滞后该相的N4绕组反向串联。由相量图可知，这样连接后，空载分量比原来超前一个小于30°的电角，可提高静态调压精度。(二)不可控相复励自励恒压装置4、四绕组电磁叠加型：——㈡41

不可控相复励综述：

不可控相复励自励恒压装置是依靠同步发电机电枢绕组产生的三相交流电作为励磁电源，其励磁电流包括复励分量与空载分量两个部分。

为了使励磁电流既反映负载电流大小又反映负载电流相位(性质)，空载分量必须经移相电抗器移相90°电角度后再与复励分量进行叠加。根据叠加方式不同，不可控相复励自励恒压装置主要有：电流叠加、电势叠加和电磁叠加三种。

电磁叠加型还有带电压曲折绕组的四绕组变压器作为相复励的叠加元件的形式，其主要目的是提高反映负载电流的精度。(二)不可控相复励自励恒压装置索引不可控相复励综述：(二)不可控相复励自励恒压装置索引42㈠、可控相复励的构成：

可控相复励磁装置是以相复励为励磁装置主体，再加上根据电压偏差信号实现调节的自动调压器AVR构成的。负载电流变化时，首先是相复励调节，然后AVR补充调节。(三)可控相复励自励恒压装置索引㈠、可控相复励的构成：(三)可控相复励自励恒压装置索引43

AVR的原理框图：——㈠、可控相复励的构成

AVR是一个闭环电压负反馈的调节系统。其输入信号是电压偏差信号，通过电压互感器检测发电机的端电压，与给定值比较后通过调节器的调节，通过执行元件控制发电机的励磁电流，就可实现对发电机端电压的控制。

若调节器具有积分调节规律，则可实现无差调节。(三)可控相复励自励恒压装置AVR的原理框图：——㈠、可控相复励的构成(三)可控相复励44㈡、可控相复励恒压装置的基本形式：

AVR控制的是发电机的励磁电流，而励磁电流包括复励(电流)和空载(电压)两个分量。可控制的点较多，即可直接控制通入励磁绕组的直流侧控制，也可控制励磁电流分量的交流侧控制。控制的方法也较多，常见的有：控制磁路饱和，控制分流的大小和控制晶闸管导通等形式。根据执行元件的不同，可控相复励辅助励磁的典型类型可归纳为：①.可控移相电抗器形式；②.可控变压器形式；③.可控饱和电抗器分流形式；④.晶闸管分流形式等。(三)可控相复励自励恒压装置㈡、可控相复励恒压装置的基本形式：(三)可控相复励自励恒压装451、可控移相电抗器形式：——

㈡、基本形式

可控移相电抗器可控相复励恒压装置，是在电流叠加型不可控相复励自励恒压装置基础上增加对移相电抗器的电抗值进行控制的环节。控制原理：移相电抗器的电抗值改变，励磁电流的交流分量也改变，通过对励磁电流的控制，可实现端电压的恒定。电抗值与铁心饱和程度有关，在电抗器铁心加一辅助绕组，可控制电抗器铁心的饱和程度。(三)可控相复励自励恒压装置1、可控移相电抗器形式：——㈡、基本形式(三)可控相复励自462、可控变压器形式：——㈡、基本形式

可控变压器形式的可控相复励恒压装置是在电磁叠加型不可控相复励自励恒压装置基础上增加控制绕组N4构成的。也属于通过控制磁路饱和程度控制励磁电流形式。负载电流变化后，励磁电流按相复励调节。当端电压仍有偏差时，AVR二次调节，控制绕组信号改变变压器磁路饱和程度，从而使励磁电流和端电压都发生改变。(三)可控相复励自励恒压装置2、可控变压器形式：——㈡、基本形式(三)可控相复励自励恒473、可控饱和电抗器分流形式：——㈡、基本形式

可控饱和电抗器分流形式的可控相复励恒压装置，是在电流叠加型不可控相复励自励恒压装置基础上增加了可控饱和电抗器Xk分流控制。属于分流控制。

相复励调节后，若发电机端电压仍有偏差(设偏低)时，AVR输出控制信号减小，饱和电抗器铁心饱和程度降低，电抗值增大，由饱和电抗器分流电流减小，励磁电流增加，端电压升高。(三)可控相复励自励恒压装置3、可控饱和电抗器分流形式：——㈡、基本形式(三)可控相复励484、晶闸管分流形式：——㈡、基本形式

晶闸管(可控硅)分流可有两种分流形式：在交流侧分流和在直流侧分流，都是在电流叠加型不可控相复励自励恒压装置基础上增加了晶闸管(可控硅)VT分流控制。

分流增加，发电机的励磁电流减小，发电机端电压降低。反之，则端电压升高。(三)可控相复励自励恒压装置4、晶闸管分流形式：——㈡、基本形式(三)可控相复励自励恒49

可控相复励综述：——㈡、基本形式可控相复励是以相复励为主，增加AVR的辅助调节，实现同步发电机端电压恒定的。相复励在负载电流发生变化的同时开始产生作用，进行励磁调节。在负载电流电枢反应作用还未达到最大时，励磁电流就已产生补偿作用，避免端电压出现过大的偏差。因此，其作用可保证恒压的动态指标。相复励调节后仍存在偏差，AVR检测到偏差后进行二次调节，使端电压回到给定值或要求的范围内。因此，其作用是满足静态指标。(三)可控相复励自励恒压装置可控相复励综述：——㈡、基本形式(三)可控相复励自励恒压50(四)可控硅自励恒压装置㈠、构成原理(特点)：不论是可控还是不可控，相复励恒压装置都是由电磁元件构成的，而电磁元件的惯性较大(由于存在电感，电流变化速度受影响)，控制调节的速度也因此受到一定限制。

可控硅(晶闸管)恒压励磁装置取消相复励的电磁元件，采用按电压偏差进行调节。虽无电磁元件，调节反应的速度加快，但却不能实现相复励，因此其动态性能一般都比相复励差。特点是：调节速度快，且体积小、重量轻、成本低、易于系列化。(四)可控硅自励恒压装置㈠、构成原理(特点)：51(四)可控硅自励恒压装置㈠、构成原理(框图)：主要由晶闸管主电路、触发电路、控制电路三部分组成。控制电路则由比较、检测和调节电路组成。装置的关键部分是检测电路，因为属于按电压偏差调节，对发电机端电压检测的要求是：既要准确，又要快速。这就要求整流电路不能采用大电容滤波(惯性较大，影响反应速度)，因此检测电路一般采用多相整流，如六相整流、十二相整流等。(四)可控硅自励恒压装置㈠、构成原理(框图)：52(四)可控硅自励恒压装置㈡

检测比较环节总体说明：

晶闸管主电路、触发电路，属于可控整流电路原理介绍的内容，既可采用单相可控整流，也可采用三相可控整流，一般根据装置的具体要求确定，可参考有关整流电路原理的介绍。

而控制电路主要作用是实时检测发电机端电压的变化情况，并与给定电压比较，得出作为控制信号的电压偏差信号，然后再通过晶闸管触发电路和主电路，向发电机的励磁绕组提供合适的励磁电流，使发电机端电压维持在所要求的值，并联运行时还应保证各发电机无功的合理分配。(四)可控硅自励恒压装置㈡检测比较环节总体说明：531、六相整流：——

㈡、检测比较环节

对检测环节的要求主要是：①.检测得到的直流信号应该快速准确反映发电机端电压的变化；②检测得到直流信号应尽量平稳，其交流脉动成分应尽量小。经过六相整流，直流信号的交流脉动成分很小，很小电容就可滤除交流脉动。(四)可控硅自励恒压装置1、六相整流：——㈡、检测比较环节(四)可控硅自励恒压装置542、比较环节：——㈡、检测比较环节用稳压管得到一条先正反馈、后负反馈的发电机给定电压信号的曲线。其目的是得到一条与发电机实际磁路饱和对应的励磁特性。实际发电机的额定电压在UZ和2UZ之间。U＜UN，U0增大，U＞UN，U0减小。(四)可控硅自励恒压装置索引2、比较环节：——㈡、检测比较环节(四)可控硅自励恒压装置55

无刷同步发电机：普通同步发电机工作时，通过电刷和滑环将直流励磁电流引进发电机转子励磁绕组。

无刷同步发电机实际上是由两台同轴运行的同步发电机组成，一台采用转极式结构，一台采用转枢式结构。其励磁称为旋转励磁，可消除火花，减小维护工作量。(五)无刷发电机励磁系统索引无刷同步发电机：(五)无刷发电机励磁系统索引56无刷同步发电机结构示意图无刷同步发电机结构示意图57

无刷励磁装置原理图：

无刷同步发电机与普通有刷同步发电机比，具有励磁控制放大系数大、调压器小、可靠等优点，但机组轴向尺寸增加，励磁机具有较大电磁惯性，因此动态特性较差。为此可采取有针对性的措施，改善其动态性能。(五)无刷发电机励磁系统无刷励磁装置原理图：(五)无刷发电机励磁系统58

无刷发电机优点：

主要优点有：①.运行时无火花，有利于保证发电机绝缘和防止对无线电的干扰。②.采用相复励，强励能力好，结构简单，工作可靠。③.AVR采用晶闸管交流侧分流，反应速度快，体积小，重量轻，结构精巧。④.AVR放大倍数大，且具有PID调节作用，静态电压变化率在1％以内，动态性能也较好。⑤.采用差动电流互感器可使并联无功分配误差小于2.5％，运行时，只需整定发电机U0=UN，负载时无需再对励磁进行人工调整。(五)无刷发电机励磁系统[要点]：自励恒压装置类型、特点，不可控、可

控相复励原理，无刷励磁结构。无刷发电机优点：(五)无刷发电机励磁系统[要点]：自591、不可控相复励调压器中，移相电抗器有何作用？用电阻或电容代替是否可行？2、不可控相复励自励恒压装置的常见类型有哪几种？3、简述无刷励磁发电机的工作原理。作业与思考（2）1、不可控相复励调压器中，移相电抗器有何作用？用电阻或电容代60五、并联运行发电机的无功功率分配主要内容

（一）无功功率分配基本原理

（二）不可控相复励调压器与均压线

（三）晶闸管调压器与调差装置

（四）无功功率自动分配装置五、并联运行发电机的无功功率分配主要内容61

要求：

并联机组运行时，无功功率按各自容量比例分配无功功率。否则会出现部分机组电流偏大，部分机组电流偏小，机组总的定子铜损增加，效率降低，且影响并联稳定。

我国《规范》规定：“并联运行的交流发电机组，当负载在总额定功率的20％～100％范围内变化时，应能稳定运行，其功率分配的误差应符合下列要求：各发电机实际承担的无功功率与按发电机额定功率分配化例的计算值之差，应不超过最大发电机额定无功功率的士10％”。（一）无功功率分配基本原理要求：（一）无功功率分配基本原理62

基本原理：

两台发电机频率、相位相等，电压不相等时并联合闸，在两机电枢绕组间将出现无功环流，环流将使电压较高机组输出感性无功增大，电压较低机组输出的感性无功减少。

实际并联运行发电机无功功率，可根据功率因数高低判断，并通过改变发电机励磁电流，调整无功输出、实现无功功率转移。

船舶电站输出总无功功率取决于船舶负载消耗的无功。励磁不变时，负载感性无功增加，电网电压下降；反之，则电网电压升高。（一）无功功率分配基本原理基本原理：（一）无功功率分配基本原理63

调压器特性：

发电机的电压是由调压器(AVR)调节的，因此，无功的调节与调压器的特性有关。与调速器相似，调压器特性也有有差和无差两种。与调压器的要求也是：①.两台发电机的调压器特性都为有差特性，以保证并联运行的稳定性；②.两台发电机的调压器有差特性的差尽量小，且尽量具有一致的斜率。（一）无功功率分配基本原理调压器特性：（一）无功功率分配基本原理64

说明：

调压器的特性一般都是非线性的特性，若不采取其他措施，发电机并联运行时输出的无功功率一般不能平均或按容量比例分配无功功率。为了平均分配无功，相复励一般采用均压连接，即将并联运行发电机励磁电源用“均压线”连接，使它们的励磁电压相等，以保证调压器调节时励磁电流按相同规律变化，从而保证并联运行发电机输出的无功功率在各种无功负载时，基本能够平均或按容量比例进行分配。

均压线有交、直流均压线之分