電機勵磁范文10篇

摘要：介紹了用分布式技術設計的發電機勵磁監控系統。系統中勵磁調節器內的雙微機采用松耦合并行通信方式進行數據交換，調節器中的勵磁控制微機經由通信控制微機實現與上位PC機的通信。介紹了系統的構成、通信方案、通信協議及軟件設計方法。

關鍵詞：分布式發電機勵磁監控系統

發電機勵磁系統是采集發電機電壓和電流的變化及其它輸入信號，并根據控制準則控制勵磁功率單元輸出勵磁電流（供給發電機轉子線圈）的系統。發電機勵磁系統對于維持電力系統的電壓水平、提高電力系統穩定運行的能力、改善電力系統及發電機的運行條件等起到重要的作用。微機勵磁調節器是勵磁系統的核心元件，除了完成控制功能外，還要實現人機交互、遠方通信等功能。單微機難以實現所有功能，故采用雙微機設計勵磁調節器，并通過通信網絡構建分布式發電機勵磁監控系統。

1硬件結構

系統硬件結構如圖1所示，其中，勵磁控制微機實現人機交互和勵磁電流控制，通信控制微機協調上位監控PC機和勵磁控制微機的數據交換。

勵磁控制微機采用51單片機的應用模式，由顯示、顯示召喚、按鍵、模擬量輸入、PID參數設置、看門狗電路、同步信號輸入、觸發脈沖輸出、滅磁接點輸入等單元組成。顯示單元采用外接6片串入并出移位寄存器芯片74LS164驅動發光數碼管，顯示內容由召喚顯示撥輪開關進行選擇，有巡回和召喚兩種顯示方式。外擴一片并行接口芯片8155，8155的A口與面板上的撥輪開關相連，用于召喚顯示；B口與八位地址開關相連，用于設定PID參數；C口用于輸出觸發脈沖，脈沖經達林頓管放大、脈沖變壓器隔離后接到主回路可控硅的觸發極。滅磁接點、按鍵接到單片機的I／O口線，按鍵主要有增勵、減勵、運行方式恒電壓／恒電流選擇等。同步信號經隔離后接到單片機的INT1管腳。模擬量經ADC0809A／D轉換芯片接到單片機，采集的主要模擬量有發電機機端電壓、勵磁電流、發電機送出的無功電流、電壓給定值、勵磁電流給定值等。

摘要：介紹了針對3／3相雙繞組感應發電機設計的勵磁系統，該系統由DSP和FPGA構成。給出了控制系統的接口電路和實驗結果。

關鍵詞：DSPFPGA3／3相雙繞組感應發電機

1系統簡介

3／3相雙繞組感應發電機帶有兩個繞組：勵磁補償繞組和功率繞組，如圖1所示。勵磁補償繞組上接一個電力電子變換裝置，用來提供感應發電機需要的無功功率，使功率繞組上輸出一個穩定的直流電壓。

圖1中各參數的含義如下：

isa,isb,isc——補償繞組中的勵磁電流；

1勵磁系統的構成及分類

根據勵磁方式不同，勵磁系統可分為他勵和自勵交流勵磁系統。按整流方式是靜止或是旋轉、以及交流勵磁機是磁場旋轉或電樞旋轉的不同，又可分為以下4種勵磁方式：交流勵磁機（旋轉磁場式）加靜止硅整流器、交流勵磁機（旋轉磁場式）加靜止可控硅、交流勵磁機（旋轉電樞式）加旋轉硅整流器、交流勵磁機（旋轉電樞式）加旋轉可控硅。

2勵磁系統的典型形式

2.1他勵交流勵磁系統

交流主勵磁機（ACL）和交流副勵磁機（ACFL）都與發電機同軸。副勵磁機采用自勵式，副勵磁機輸出電壓經整流后向其勵磁繞組供電。

2.2自勵交流勵磁系統

1前言

雙繞組電抗分流式發電機組曾在小型水力發電站應用較多，由于其勵磁系統簡單，單機運行時能適應農村負荷的變化，維護也比較方便，許多發電機運行了十幾年，還維持原運行方式聯入網上或多機組并列運行。根據我縣多臺電抗分流式發電機運行情況，當空載調整好其電抗線圈匝數后，在負荷變化時外特性較差，不能保證電壓穩定。目前，因電網覆蓋面廣，農村小型水電站已進入了并網運行。在并網運行中，穩定性也較差，容易產生振蕩，過勵或欠勵，甚至失磁等現象，難以調整無功功率來適應無功負荷需要。為了解決這一發電機勵磁系型式，我們配合有關廠家對勵磁系統進行過多方面的改造和研究。如改變副繞組和主繞組的相位關系，改變電抗器的匝數比；在交流側加裝晶閘管分流的勵磁調節器；在并列的多臺發電機轉子繞組之間加裝均壓線等，效果都不理想，滿足不了發電機多機并列或并網運行的穩定性和無功調節的要求。因此，針對這一現狀，結合小型水電站的技術能力，設計了一套簡單實用的可控硅勵磁系統。甩掉了原勵磁系統中的電抗器，將發電機的主繞組和副繞組的尾端分別短接，同時改三相橋式不可控整流電路為三相橋式半控整流電路(見圖1、圖2)，其主要特點是技術和結構簡單，僅對其接線端進行接線處理，不占用主繞組的容量，運行穩定可靠，改造費用低。1988年在改造縣水電公司沙港電站3臺320kw雙繞組電抗分流式發電機時，就配置了該套勵磁裝置。通過幾年的運行，實踐證明，其使用維護方便，運行穩定可靠，特別是聯網運行中，穩定性更佳，無功功率能根據網上要求任意調節，解決了過勵或欠勵現象；同時，又能保證單機獨立運行或多機并列運行的電壓穩定。我們認為該可控硅勵磁裝置結構簡單，實用性強，適合小型水電站雙繞組電抗分流式發電機的勵磁改造，有推廣使用的價值。

2工作原理

該勵磁裝置由三相橋式半控整流電路、自動勵磁調節器以及殘壓起動電路組成。運行時，發電機副繞組產生的三相交流電通過由可控硅（1—3）SCR和整流二極管（1—3）Z組成的三相橋式半控整流電路整流后，供給勵磁繞組L1；勵磁電流的大小，決定于可控硅的導通角β，而可控硅的導通角β由自動勵磁調節器ZLT自動控制。當發電機的端電壓高于整定值時，自動勵磁調節器產生的觸發脈沖信號推遲，使可控硅的導通角β減小，勵磁電流減小，發電機端電壓降低；當發電機的端電壓低于整定值時，自動勵磁調節器產生的觸發脈沖信號提前，使可控硅的導通角增大，從而導致勵磁電流增大，發電機端電壓升高。通過運行實測，靜態調壓范圍﹢10%～﹢15%，運行電壓穩定值為±2%，瞬時最大電壓降小于10%，電壓恢復時間小于0.2s。由于機組起動時，主副繞組中產生的剩磁電壓比較低（約為額定值的2%～3%），這時，勵磁調節器還不能正常工作，可控硅不導通，只有利用由按鈕QA、熔斷器RD、電壓繼電器CJ、整流二極管5Z等組成的殘壓起勵電路進行起勵操作（按住按鈕QA）；當發電機端相電壓上升到100V左右，電壓繼電器CJ啟動，其常閉接點斷開起勵回路，自動進入自動勵磁調節器工作狀態，避免了可能產生的過電壓現象，把機組穩定在正常情況下。

3安裝

按照圖2提供的勵磁系統接線，要改變原勵磁系統接線的部位，主要有3處：一是拆除電抗器，將發電機的主繞組和副繞組尾端分別短接；二是原三相橋式整流電路中的3只共陰極整流二極管換為3只可控硅；三是在三相橋式整流電路輸出端并接一只正向壓降低的硅整流二極管，起續流二極管的作用。

隨著電力系統向智能電網發展的趨勢的確立和實現．百萬千瓦級發電機組的大規模投入使用，多種不同類型發電和儲能系統的接入，作為發電機和電網電壓控制的主要支持系統一勵磁系統，將迎來技術更新和新的發展機遇，以適應智能電網的可靠、安全、經濟、高效、環保和使用安全的目標要求。盡管當前勵磁系統的發展在可靠性、功能和性能等方面有了很大提高，但是就智能電網的要求和特征而言，未來智能化的勵磁系統與現有的勵磁系統，在系統結構，控制方式，技術應用和目標要求等方面將有很大的不同。

1未來勵磁系統的新特征

(1)勵磁控制系統的量測信號數字化，連接和數據傳輸網絡化。常規勵磁調節器所需的模擬量和開關量，由數字化的傳感器連接終端設備，如光CT，光和電網廣域測量等，通過網絡傳送；加載于設備上的智能控制器和發電電壓控制單元，通過高速雙向通信網絡，相互連接，接受數據指令，實現對發電機勵磁系統的控制和監測。

(2)勵磁設備智能化。勵磁設備的主體功率整流器、滅磁裝置和勵磁變壓器分別設有智能控制器。分散安裝在各自的設備中，執行相關的控制、限制保護和監測等功能，由各自的智能控制器分散化的實現；而常規電壓調節器對發電機電壓和無功調節和控制的功能，由發電電壓控制單元實現，該單元可現地就近安裝，也可遠距離集中裝設，進行集中而冗余的控制。

(3)勵磁系統將綜合應用最新和先進的通信、電力電子、控制、決策支持和電力系統穩定等技術。網絡化的系統結構和智能化的控制方式，使勵磁系統更加可靠。在任何異常和故障發生初始，就能采取有效的校正措施，保證發電機的勵磁控制；更加安全，在外部干擾和電網擾動時，能準確的操作和控制，使影響和損失降到最低；更加經濟，勵磁系統設備的設計以最低的成本提供所期望的功能為準則，通過對設備實時在線地監測和運行狀態評估，使設備能夠在更大的負荷下使用，發揮最佳的能力；更加高效，采用效率更高的功率整流電路，低功耗和節能的器件及設備：更加穩定，先進的電力系統穩定控制技術理論和方法，將得到實質性的應用和推廣，最大限度的發揮勵磁系統對提高電力系統穩定性的作用；更加環保節能。大大減少連接電纜損耗和附加損耗，采用對電網諧波電流注入少。開關涌流擾動小的功率和滅磁電路。

2系統結構

一．前言

新鄉火電廠#5發電機為三機交流勵磁系統，原滅磁系統設計采用的是短弧柵原理的DM2型來分斷發電機轉子回路進行滅磁。由于該開關在材質、結構上存在的不足，運行中發現了不少問題，給勵磁系統的可靠性帶來了隱患。為此，我們采用主勵磁機磁場回路滅磁方式取代常規的發電機轉子回路滅磁開關進行滅磁，對#5機滅磁系統進行了改造，并進性了全面的滅磁性能試驗，事實證明該項改造是成功的。這是我們對發電機滅磁理論和滅磁方式長期研究的實踐，也是我們為全國同行做出了有益的嘗試。

二．滅磁方式的發展歷程

在主要采用直流勵磁機作為發電機勵磁電源的年代，普遍采用發電機轉子回路裝設大容量直流滅磁開關的滅磁方式。對直流勵磁機系統采用這種滅磁開關，有以下原因和作用：

1、直流勵磁機殘壓較高，即使直流勵磁機電流減少到零，如果發電機轉子回路不斷開，發電機機端電壓仍可能達到額定值的20左右，這樣可能造成發電機電壓不能降低到故障點電弧的熄滅電壓以下，大大擴大發電機的損壞程度。

2、早期的發電機轉子阻尼較弱，運行功率因數較低，在發電機轉子回路里裝設滅磁開關可以提高滅磁速度，效果較好。

本文作者：胡明旭王維華工作單位：哈電集團現代制造服務產業有限責任公司

1風電設備型式的演化

齒輪箱存在的主要問題是噪聲、磨損、功率損耗、維修、油污等,特別是在高達百米的高塔上作業,頻繁地進行維修、更換部件,使廠家不堪承受,目前尚無保證其壽命的成熟技術。然而,為了達到更高的速比,使用多級齒輪箱更適宜。單級齒輪箱的速比選為6,齒輪箱功率損耗與速度成比例,三級齒輪箱損耗功率是額定功率的3%,單級是額定功率的1.5%。從1991年開始,推出無齒輪箱發電機系統,即所謂的直驅式發電機,主要是為了避免齒輪箱故障和減少維護量。為了和電網聯接,這種風電設備還需要一個全功率電力電子變流器。然而配套的低轉速、高轉矩發電機和全功率變流器是相當貴的,因此,那時大多數采用直驅式直流或交流電勵磁的發電機,后來推出永磁鋼勵磁,從而消除了勵磁損耗。為了增加功率和降低轉速,直驅式發電機變得越來越大和更加昂貴,為此提出了采用一個單級齒輪箱(速比為6或者更高)的裝置,這一系統雖然仍有帶齒輪箱、直驅式系統昂貴的發電機及全功率變流器等缺點,但與直驅式系統相比,它可以使發電機成本降低,效率提高。這個系統發電機的轉矩仍然相當高,轉速相當低,擁有一個大的直徑和氣隙,就有大的勵磁電流和高的損耗。然而,變流器的額定容量可以降到30%,從成本和效率方面占有優勢。這種單級齒輪箱的使用,使得整機外形尺寸顯著縮小。

2風輪機特性

2.1功率P=(1/2)QCr2v3(1)式中:P為功率,MW;Q為空氣密度,kg/m3;r為轉輪半徑,m;v為風速,m/s;C為功率系數,即空氣動力效率,%;d為葉尖速比,葉尖周速/風速;a為槳葉節距角。2.2主要參數以P=3MW,額定轉速為15r/min,額定風速v=12m/s,平均風速…v=7m/s,轉輪直徑為90m,最優葉尖速比8,最大空氣動力效率(轉輪)為48%,空氣密度Q=1.225kg/m3為例進行結構布置方案對比。

3結構布置方案對比

摘要：勵磁系統是水電站的關鍵設備，也是水電站相對于變電站的主要區別之一，本文提出了一種滿足IEC-61850通信標準的數字化勵磁系統設計方案，并列表分析了相對傳統水電站，在數字化勵磁系統設計中需要解決的關鍵點，為數字化水電站的整體建設打下了基礎。

關鍵詞：IEC-61850通信標準；數字化水電站；數字化勵磁系統；具體實施方案

近年來，國家電網已明確提出建設堅強智能電網的發展目標，并大力發展水電、抽水蓄能等清潔能源項目。數字化變電站建設則是其中重要的組成部分。在國內電網大力推廣已建設并運行的數字化變電站[1]中，IEC-61850[2]通信標準的應用、完善也得到很大發展，變電站的數字化技術（滿足IEC-61850通信標準）已趨于成熟，變電站內各類滿足該標準的設備均已投入運行，設備性能安全穩定，相關設備廠家也有了響應特定需求的成熟產品，并具備研究開發新產品的實力，目前已具備建設數字化水電站的基礎。

1數字化水電站勵磁系統設計概述

相對于數字化變電站，水電站領域則暫未出現完整且成熟的數字化解決方案。參考數字化變電站的設計方案，依據《DL/T1547-2016智能水電廠技術導則》[3-4]，基于“一次設備智能化，二次設備網絡化，符合IEC61850通信標準”的思路，數字化水電站網絡結構分為“過程層”、“單元層”、“站控層”，采用過程層網絡（GOOSE網、SV網）、站控層網絡（MMS網）的3層2網結構層次。數字化水電站的所有電氣設備均應滿足IEC-61850通信規約。勵磁系統[5]是水電站發電機的重要組成部分，它通常由勵磁功率單元、勵磁調節單元和滅磁單元3部分構成，通過勵磁系統中的勵磁調節器對勵磁功率單元進行控制，達到調節發電機無功功率和電壓的效果。勵磁調節系統應能夠滿足系統在正常和事故情況下的調節需要。在數字化水電站中，勵磁系統除完成水輪發電機組的開機、停機、增減無功功率、緊急停機等任務外，還應能滿足IEC61850數據建模及通信功能，全面支持與站控層網（MMS網）、過程層網（GOOSE網和SV網）兩網通信。同時，應能接受監控系統提供無功功率給定值，完成無功功率的閉環控制。為滿足實際應用需求，勵磁系統在邏輯上被劃分為許多個可以獨立訪問和處理的邏輯設備。勵磁系統裝置布置在數字化水電站系統結構上的單元層，合并單元[6]、智能終端[7]、輔控單元等裝置或智能設備布置在過程層（圖1）。數字化電站站控層的上位機滿足IEC61850通信標準的要求，通過MMS網將勵磁系統的信號上送監控系統上位機。數字化勵磁系統應滿足可與GOOSE網及SV網交換機相連接，采集過程層的數據。過程層的數字化則要求CT、PT及現地元件輸出的數據均為數字化形式，CT、PT與合并單元相連接（電子式互感器[8]通過光纜連接，電磁式互感器通過電纜連接），電流、電壓數據數字化后通過光纜與SV網交換機連接，現地元件則要求經電纜連接至智能終端，將開關量或模擬量信號轉化為數字信號并經光纜傳輸至GOOSE網交換機。參考數字化變電站的設計模式，電流、電壓模擬量數據的傳輸方式有組網模式（網采）和點對點模式（直采）兩種，基于最大化精簡電纜或者光纖數量及利用網絡安全、快速、數據共享等的傳輸優勢原則，本文推薦SV網采用組網模式進行采樣。

2水電站勵磁系統數字化具體實施方案

摘要：微型軸流式血泵是目前人工心臟結構研究的熱點，外磁驅動是一種新型的血泵驅動方式。文中介紹了血泵外磁驅動電路的設計方案。通過該方案能夠產生雙向勵磁電流，可直接驅動電機以實現血泵的外磁驅動。

關鍵詞：軸流式血泵磁場雙向電流功率放大器

在人工心臟研究過程中，血泵驅動能源的提供方式是人工心臟研究的關鍵問題之一[1][2]。目前的外磁驅動方式采用體外旋轉磁場作為驅動能源，并通過體外旋轉永磁體的旋轉來帶動體內永磁體的轉動，從而實現非接觸式磁場驅動。相比常規的能量傳遞方式，非接觸式磁場驅動技術沒有任何經皮導線，因而可避免內外貫通，從而大大降低了感染機會，提高了病人的生活質量。本文對這種驅動方式中的外磁驅動電路進行了設計研究。

1血泵工作原理及交變磁場的產生

1.1磁場驅動軸流式血泵工作原理

植入式血泵的驅動一般都采用外磁場驅動，主要原理是：利用體外的旋轉磁場來驅動血泵內永磁體（血泵葉輪部分）的轉動，從而達到無接觸驅動。

電子電力技術在電力系統中的應用電力電子技術的應用范圍較為廣泛，在電力系統中應用電力電子技術能夠對電能進行有效的控制，保證電力系統中各個裝置系統的功能不被損害，繼而最大限度的實現保證電力系統的穩定運行，繼而為社會發展帶來穩定的電能。

1電子電力技術的發展

電力電子技術產于20世紀的美國通用電氣公司的晶閘管，在此之后電子電力技術被廣泛應用在不同的社會領域之中，自此開啟了電子電力新紀元。電子電力技術的誕生促進了電力系統的穩定運行，第一代的電子電力技術的典型器件就是晶閘管，由于晶閘管有著較好的電氣性能以及控制性能，在之后的一段時間內迅速的取代了對人們有害的水銀整流器。在上個世紀七十年代下電子電力技術得到進一步發展，門極可關斷晶閘管此類的全控型電子電力器件得到了迅速的發展，這些全控型的電子電力器件被廣泛應用在開關頻率較高的場所，在上世紀八十年代中，以絕緣柵極雙極型晶體管為代表復合型電子電力器件橫空出世，該電子電力器件有著開關速度快、驅動功率小、載流能力大的特征，已成為當下電子電力技術中的主要應用器件。目前，我國的電子電力技術已經進入硬件結構標準化、器件高頻化以及產品智能化的電子電力技術的新時代。隨著我國計算機技術水平的提升，新元器件的研發也已經進入全新的時代，電子電力器件的大功率研發以及應用，仍舊是我國電子電力器件研發的重中之重。此外對于電子電力技術的節能環保也是電子電力系統發展的未來主要發展方向，在人們對于電力系統的需求在不斷增加，因此不僅需要提升電機系統的性能還要提升電機系統的節能應用，因此電子電力技術就是需要實現電力系統的變頻調速。

2電子電力技術在電力系統中的具體應用

2.1電子電力技術在電力系統發電環節中的應用。2.1.1靜止勵磁控制技術的應用。發電機組設備中的勵磁控制系統是發電機組中的重要組成部分，其重要作用就是為了調節發電機組設備中的勵磁。各大電力系統找那個應用電子電力技術是為了減少電力系統在應用過程中的設備損耗程度，提升電力系統的工作效率。靜止勵磁控制技術來源于晶閘管中的電子電力技術中的整流技術，該技術有著技術成熟、價格低廉的技術優勢，由于省去了勵磁機中的慣性焊接，進而提升了靜止勵磁控制技術的調節速度，為發電機組設備的運行提供了穩定以及快速運用的氛圍。2.1.2變速恒頻勵磁控制技術的應用。在水力發電機以及風力發電機中應用變速恒頻勵磁控制技術能夠有效控制發電機的輸出頻率，進而實現在水力發電機和風力發電機的最大功率效用。影響水力發電機發電功率的主要因素就是水流量以及水頭的壓力，而水力發電機組的最佳轉速是能夠隨著水頭的變化幅度進行變化。發風力發電機的發電的最大有效功率這是需要風力發電機的有效功率與風速成三次方程正比，該中情況下通過應用變速恒頻勵磁控制技術能夠保證水力發電機以及風力發電機的輸出率頻率恒定，繼而保證發電機發電的最大功率。2.1.3變頻調速控制技術的應用。風機水泵在沒有應用變頻調速控制技術前，雖然風機水泵的運行效率不高，但風機水泵的耗電量極高，因此需要對風機水泵進行環保節能，通過應用低高壓變頻器中的變頻調速控制技術來調整風機水泵的運轉速度和運行效率，繼而實現風機水泵的節能環保。2.2電子電力技術在電力系統輸電環節中的應用。直流輸電技術有著輸電容量大，輸電過程中穩定性高，同時還具備能夠靈活調節輸電距離的優勢，尤其是在遠距離的輸電過程中，高壓直流輸電技術能夠在同等環境下，降低電能在輸電過程中的電能損耗，提升原理輸電的效率。在電子電力技術不斷發展的背景下，直流輸電技術也得到了發展和完善，繼而延伸了輕型直流輸電技術，該輸電技術能夠確保將直流電輸送到無交流電源負荷出，在輕型輸電環節中通過應用脈寬調制技術能夠實現輕型輸電環節的無源逆變。在高壓直流環節中應用電子電力技術，就是將直流輸電線路的兩端接上晶閘管、逆變器以及控制器件來組件成一個基本的電路單元，該電路控制單元不僅擁有成本低廉的價格優勢，同時還能保證電力系統輸電過程中電力系統運行的穩定性。在同等條件下，應用該技術的電力系統在電力輸送過程中，電能的損耗會更少，電流輸送過程中的穩定性高，直流電流輸送環節中的整體電壓有所降低。2.3電子電力技術在電力系統節能環節中的應用。目前為止，全球范圍內的所有國家都面臨著能源緊張的困境，因此對于能源的節約和開發有著極為重要的意義。通過應用先進的電子電力系統能夠有效實現電力系統的節能環保，這對于社會的可持續發展有著現實意義。電力電子技術應用到企業生產經營之中，能夠減少企業的經營成本以及生產稱不能，通過降低企業的用電費用支出，來提升企業的經濟效益。在電力系統中應用電子電力技術也同樣減少家庭用電的費用支出，為社區居民的生活提供良好的用電環境。

電子電力技術的節能應用就是通過提升電氣裝置運行過程中的運行功率，通過消耗有功功率和無功功率來提升電氣裝置運行過程中的電能職能，減少電力系統運行過程中無功率損耗量，提升電力系統的質量。若電力系統中的無功功率不能達到平衡會提升電機的額定容量導致電機運行中的有功功率以及電能的損耗，只能通過提升電力系統設備容量，但提升設備容量不能提升其經濟效益，因此在電力系統中應用電子電力技術有著現實的意義。