发电机的自动励磁调节器功能介绍
励磁调节器是维持发电机的机端电压恒定、通过合理的调差设置保证并列运行的机组间无功功率的合理分配，通过快速的励磁响应提高电力系统的暂态稳定和静态稳定。此外，调节器还具有故障录波、事件记录、系统自检、智能调试等功能。
一、数字移相及触发脉冲形成
数字移相就是将pid计算输出的数字量y转换为控制角α，并在规定的角度区间内形成脉冲，经功率放大后形成触发脉冲，给相应晶闸管触发。对三相全控桥触发脉冲，控制角α有上、下限，即αmin≤α≤αmax，如取αmin＝5°、αmax＝150°，并需采用双脉冲触发。
1．数字移相工作原理
数字移相就是将前述电压控制信号y对应的数字量d在规定的角度区间内转换成时间tα，再由tα转换为工频电角度α，从而使数字移相。利用减法计数器在一定计数脉冲fc下对d作减计数运算，从计数开始到减计数器出现0为止的时间就是tα。显然，tα等于d个计数脉冲周期，即
将式（6-33）中的延时转换成对应的电角度，即控制角α，则有
式中 t1-交流电源的周期，对应角频率ω1，工频50hz。
2．数字移相实现
根据式（6-1）直流励磁电压ud与延迟触发角α之间关系，首先需确定延迟触发角α的计算起始点，全控整流桥六个晶闸管依次相隔60°被触发换相，对应有六个电源电压为同步电压，各同步电压由负变正过零点的时刻即为a＝0°的计算起始点。
在图1中示出了vso1～vso6六个晶闸管同步电压形成的区间，方框中标示有＃1（＃6）晶闸管触发脉冲形成区间，对应同步电压分别是uac、ube、uba、uca、ucb、uab，各自正半周的起点即是α＝0°起始点。方框中带括弧的编号表示双脉冲触发时另一晶闸管的编号。当图1中的方框开始出现时（即同步电压正半周开始时），减计数器就对置入的数字量d开始进行减计数。
图1 发电机同步去电压形成的区间
数字移相触发电路如图2所示。uac、ube、uba经方波形成电路后，得到正半周高电位的方波电压［u＋ ac］、［u＋ be］、［u+ ba］，经反相器后分别得到uca、uca、ucb正半周高电位的方波电压［u+ ca］、［u+ ca］、［u+ cb］，这些高电位方波电压就是晶闸管vso1～vso6的同步电压。同步电压作用于减计数器的“gate”端，在时钟脉冲fc作用下，减计数器对“d”端置入到计数器的数字量d作减法运算，当计数器为0时，输出端“out”由高电位突变为低电位0v。“out”突变低电位时刻与控制角α对应，从而获得了与控制角α相对应的低电位脉冲。
图2 发电机数字移相触发电路
“out”的低电位脉冲经光电隔离、电平转换，再经放大就可得到晶闸管的触发脉冲。
在自并励励磁系统中，触发脉冲要经脉冲变压器放大后输出，所以脉冲变压器一、二次绕组间应有足够高的隔离耐压水平。自并励励磁系统电流大，可控整流柜一般为多个并联，故触发脉冲输出数量要满足要求，输出功率要足够大以保证晶闸管触发导通。
由上述控制过程可知，输入数字量从d减至0，经历时间为tα，把延时tα换算成对应的适时触发角α，计数脉冲个数d与α形成对应关系，见式（6-34），或写成
【例6-2】某发电机励磁电压ud＝1000v，α＝18°，计数脉冲频率500khz，交流电源50hz。
求：
（1）数字控制量d；
（2）要求励磁电压ud调至985v，数字控制量d′是多少？延迟触发角α′是多少？解 由式（6-35）可求得数字控制量
因为ud＝1.35ecosα，所以得
所以α′＝20.48°
可取d′为569。
二、励磁系统中的辅助控制
1．励磁限制
大型同步发电机运行的安全性极为重要，继电保护装置是保证发电机安全的不可缺少的措施，aer的限制功能与继电保护两者的配合保证了发电机运行的安全。大型同步发电机上aer的限制功能有强励反时限限制、过励延时限制、欠励瞬时限制、u／f限制、最大励磁电流瞬时限制等。
（1）强励反时限限制
发电机励磁绕组允许的励磁电流与持续时间呈反时限制性，即励磁电流愈大，允许作用的时间愈短；励磁电流减小时，允许作用的时间增加。为使aer起到强励反时限限制功能，应根据发电机励磁绕组特性，将允许强励倍数（如取2.0）、允许强励时间（如10s）、稍低于强励允许的反时限特性曲线输入到aer中。允许强励倍数和允许强励时间的设置，实际上就限制了强励允许反时限特性的峰值（最大强励电压、最短的允许时间）不超过发电机的允许限值。
电力系统发生短路故障时，发电机机端电压可能大幅度降低，aer将发电机处强励状态。此时aer根据测到的励磁电流，计算该励磁电流的持续时间，当持续时间达到设置强励反时限特性曲线相应允许时间时，aer停止强励并将励磁电流限定在限额值，见图3。可见，aer的强励反时限限制可使发电机励磁绕组过热不超过允许值，保证了发电机的安全。发电机励磁绕组过负荷时，强励反时限限制同样可起到保护作用。
图3 发电机反时限过励磁限制特性曲线图
（2）过励延时限制
发电机在运行中，转子电流（励磁电流）和定子电流都不能长期超过额定值运行，图4示出了发电机励磁电流限制区域及定子电流限制区域。因发电机的空载电动势eq与转子励磁电流成正比，所以以m点为圆心、转子电流允许值（如1.1ian）相应的eq为半径的圆弧cd即为过励延时限制线。发电机在运行中，aer不断实时测量发电机的p、q值，当q值大于该点的允许值且持续时间达设定时间（如2min）时，过励延时限制动作，减小发电机励磁，将无功功率限制在设定曲线的无功功率值。
图4 发电机静态稳定性限制曲线图
（3）欠励瞬时限制。由于电力系统运行需要，同步发电机在运行中可能发生进相运行，即吸收感性无功功率和发出有功功率。由图6-15所示的功角特性可见，在某一有功功率下，励磁电流的减小意味着功率角增大，当δ角大于90°时发电机可能失去静态稳定。为此，
aer中设有欠励瞬时限制，当发电机进入设定的欠励限制线时，aer瞬时欠励限制动作，增大发电机励磁，以保持发电机与系统的静态稳定性，使发电机定子端部发热在允许的范围内。
隐极机的静态稳定极限的理论值是δ＝90°，因此，mh是理论上的静态稳定运行边界。在突然过负荷时，为了维持发电机的稳定运行，实际的静态稳定运行边界应留有一定的余量。图6-39中bf曲线是考虑了能承受0.1pn过负荷能力的实际静稳定极限。曲线bf是这样作出来的：先在理论边界上取一些点（如点1），然后保持励磁电流（eq/xd）不变，作圆弧12，再找出实际功率比理论功率低0.1pn的点的集合直线23，曲线12和直线23的交点就在实际稳定极限上。用同样的方法将能找到实际稳定极限的所有的点，连接这些点可得实际稳定极限的边界。
（4）电压／频率（u/f）限制
发电机的端电压的计算公式为
u=4.44fbn×10-8(6-36)
式中 b——磁感应强度；
f——系统频率；
n——绕组匝数；
s——每极有效截面积。
式（6-36）中，4.44ns为常数，设为系数k，则有
设额定运行时（对应un、fx）的磁感应强度为bn，则有
式（6-38）中u*、f*为电压、频率的标幺值。测量n值大小就可判定发电机过励磁的程度。
当发电机电压升高或系统频率降低时，发电机过励磁，n增大，表现为铁芯饱和，励磁电流急剧增大，涡流损耗增大；谐波磁场增强，使附加损耗加大，引起局部发热；同时定子铁芯背部漏磁场增强，在定位筋附近引起局部过热，过热程度随n值增大急剧增加。防止发电机及变压器由于电压过高或频率过低而铁芯过热，采取对电压与频率比值进行限制。
aer中的过励磁限制可起到发电机过励磁保护作用，当然过励磁限制值应与发电机过励磁保护动作值相配合。应当指出，水轮发电机突然甩负荷时（如线路故障跳闸），因调速系统关闭导水叶有较大的惯性，所以转速急剧上升，导致机端电压升高，危及定子绝缘。在这种情况下过电压限制可抑制机端电压的迅速上升。
（5）最大励磁电流瞬时限制
电力系统稳定要求发电机励磁系统有高的电压上升速度。交流励磁机励磁系统在通常情况下很难满足要求。而采用提高励磁顶值电压的方法，可以使电压响应比增大。如图6-40所示，当励磁顶值电压提高时，即ufdmax2＞ufdmax1，对同一时间t1有utd2＞ufd1，即励磁顶值电压愈高，励磁电压
