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发电机数字式励磁调节器基本构成 |
发电机的自动励磁调节器是为了提高电力系统稳态和动态性能，对同步发电机、同步调相机和大型同步电动机的励磁进行自动调节的一种装置。按其调节的原理可分为模拟式和数字式两类。不论是模拟式AER还是数字式AER，基本功能是相同的，只是数字式AER有很大的灵活性，可实现和扩充模拟式AER难以实现的功能，充分发挥了数字式AER的优越性。
1、励磁调节装置的组成
图1示出了数字式AER基本功能性框图，由调差环节、测量比较、PID调节、移相和脉冲放大、可控整流等基本部分组成，构成以机端电压为被调量的自动励磁调节的主通道系统。此外，为保证发电机运行的安全，还设有各种励磁限制；为便于发电机运行，装置设有电压给定值系统。除上述主通道调节外，还可切换为以励磁电流（见图1中虚线，通过TA2测量）为被调量的闭环控制运行。由于采用自动跟踪系统，切换不会引起发电机无功功率的摆动。以励磁电流为被调量的闭环控制运行，也称手动运行，通常应用于发电机零起升压以及自动控制通道故障时。
在图1的主通道自动励磁调节中，若由于某种原因使发电机电压升高时，偏差电压ΔU经PID调节后得到控制量y，使移相触发脉冲后移，控制角α增大，可控整流输出电压减小，减小了发电机的励磁，机端电压随之下降。反之，发电机电压下降时，控制量y使移相触发脉冲前移，控制角α减小，可控整流输出电压增大，增大了发电机的励磁，机端电压随之升高。因此，调节结果可使机端电压在给定值水平。
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图1 发电机数字式AER基本功能性框图 |
2、励磁调节装置的作用
在传统的模拟式AER中，是用模拟电子电路来实现图1所示功能的。图2所示为电子式模拟励磁调节器的构成框图，它由基本控制和辅助控制两部分组成。基本控制由调差、测量比较、综合放大、移相触发单元组成，实现电压调节和无功分配等基本调节功能。各部分作用如下。
（1）调差单元：实现发电机不同的调差特性及调差系数。
（2）测量比较：输入发电机电压与给定值进行比较得出偏差值。
（3）综合放大单元：测量单元输出的电压差值一般较小，为提高灵敏性，并考虑运行要求接入其他辅助的限制量及稳定控制量，进行综合和放大。
（4）移相触发单元：用综合放大输出作控制量，产生滞后于同步电压α角的移相触发脉冲，相应改变整流电压输出的大小。
（5）可控整流单元：可控整流桥在α角的移相触发脉冲（每隔60°一个双脉冲）作用下，将交流励磁电压整流成可变大小的直流励磁电压。
而辅助控制是为了满足发电机的不同运行工况，改善电力系统稳定性，改善励磁控制系统动态特性而设置的单元，如励磁系统稳定器、电力系统稳定器和励磁限制器等。
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图2 发电机电子式模拟励磁调节器的构成框图 |
3、励磁控制系统动态特性
励磁控制系统动态特性是指在较小的或随机的干扰下，励磁自动控制系统的时间响应特性。发电机励磁系统加入励磁调节器后，如参数配置不当，会出现励磁系统不稳定的现象。因此，在励磁控制系统中通常用电压速率负反馈环节来提高系统的稳定性，即将励磁系统输出的励磁电压微分后，再反馈到输入端。这种并联校正的微分反馈网络称为励磁系统稳定器。
4、励磁调节装置原理
数字式励磁调节装置原理与模拟式基本相同，它是一台专用微型计算机励磁控制的系统，其框图如图3所示。微型计算机的核心是主机，主机通过系统总线、接口电路与具体控制对象的过程通道连接，也就是采集发电机组的运行状态信息和输出脉冲调节励磁功率柜（晶闸管），实现对发电机组励磁的综合调节控制。
由于计算机具有强大的运算和逻辑判别能力，可以方便地实现各种控制策略，可以实现模拟式励磁调节器较难实现的控制策略（例如各种优化控制算法），且便于修改、灵活性强。数字式励磁调节器在信息技术的推动下获得了很大的发展。
图3其实也是计算机控制系统通用的框图模式。其中主机（CPU）、系统总线和接口电路是一台通用的微型计算机硬件；而数据采集输入过程通道、脉冲输出、控制输出过程通道和人一机接口，是与控制对象具体有关的硬件电路。主机装有系统软件、应用软件等，就是一台专用的微型计算机的励磁调节器，能够用数值计算与判断达到精确度高、响应快的控制效果。
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图3 发电机数字式磁调节器的构成框图 |
为了便于和模拟式励磁调节器类比，数字式励磁调节器的组成也可分为主控制单元（主机）、信息采集单元、控制输出（移相触发）单元和人一机接口单元等四个部分，在图3中分别用虚框1～4表示。
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