发电机晶闸管直接励磁机构的自动调压原理

摘要：晶闸管直接励磁机构（又称静止晶闸管自并励装置）是现代同步发电机稳定运行的心脏和控制中枢，它是一个集建压、调压、稳压、保护和优化于一体的高性能自动控制装置。简易来说，就是以晶闸管为快速执行系统，以自动控制理论为核心，不仅为发电机提供“聪明”的直流励磁，更使其从一个被动的能量转换装置，转变为一个主动参与电压调整、稳定控制和安全保护的智能动态设备。

  发电机晶闸管直接励磁装置的机理（如图1所示）是将发电机机端电压经变压器降压后，通过晶闸管可控整流电路，直接切换为可控的直流电，供给发电机自身的励磁绕组，从而实现对机端电压的自动调整。

（1）响应速度快：晶闸管的开关时间在毫秒级，配合快速的AVR，动态性能远优于传统的直流励磁机或交流励磁机装置。

（5）控制作用强大：易于实现多种附加功能，如恒功率因数控制、强励限制、欠励限制、电力装置稳定器（PSS）信号输入等，提高与市电交互的性能。

  发电机晶闸管直接励磁系统控制电路的各个环节是整个励磁装置的“大脑”和“神经机构”，负责将微弱的测量信号切换为强大的晶闸管触发脉冲，实现精确、快速的电压调节。控制电路是一个完整的闭环负反馈控制装置，主要包括以下四个核心环节：

（2）机理：检测比较环节中的测定部分用于检测发电机的端电压。一般选取三相降压变压器、整流、滤波获得发电机端电压信号，也有直接取自发电机端电压经电阻分压、整流、滤波后得到端电压信号的。由于电子电路形式的多样性，测量比较环节中的比较部分，有的选取双稳压管桥式比较电路；有的选取单稳压管桥式比较电路；有的则采用运算放大器构成比较电路等柴油发电机价格表。

（2）原理：误差信号调节环节的用途是对微弱的误差信号放大康明斯发电机型号参数，且对其进行微分、积分运算，使之能满足及时快速控制要点。一般选用比例、积分、微分（PID）调整步骤，经PID调节后的信号再去控制触发脉冲的发生时刻，以获得较好的调节特性。

（1）作用：将控制电路输出的模拟量控制电压UcUc?，精确地转换为对应相位角的晶闸管门极触发脉冲。这是连接弱电喷制与强电容量的关键桥梁。

（2）原理：触发脉冲形成环节的形式多样。有的采用单结晶体管构成弛张振荡器，有的选取阻容移相桥触发电路，有的采用阻塞振荡电路，有的采用模拟集成触发器等多种形式。对于晶闸管整流电路需要注意的一个问题是触发电路必须与主电路电压保持同步，触发电路要保证在主电路电压每一周期中都要在相同的相角处送出触发脉冲。触发信号电压的形式有正弦波、尖脉冲、方脉冲、强触发脉冲及脉冲列等。

① 强励（顶值）限制器：当装置故障电压急剧下降时，电压调节器会命令晶闸管全导通（α≈0°α≈0°）以提供强励电流，帮助维持电网稳定。但强励电流和时间必须被限制，以防转子太热。该单元在达到预设的电流上限或时间后，会强制减轻励磁。

② 低励（欠励）限制器：预防发电机因励磁电流过小而进入不稳定运行区（失步），或引起定子端部太热。

③ V/Hz（伏赫比）限制器：避免发电机在转速（频率）太低时，过高的电压导致发电机或主变压器铁芯磁路饱和而太热。

④ 电力装置稳定器：输入大电频率或功率振荡信号，发生一个正阻尼转矩信号迭加到AVR中康明斯发电机参数表，用于抑制电力机构的低频振荡，提升大市电稳定性。

② 特性：较简易，但性能较差。输出脉动大，变压器有直流磁化。仅用于小功率或教学。

② 特性：性价比高。只能整流，无法逆变。必须接续流二极管防范失控。广泛用于中小容量直流调压（如调速、充电）。

② 特征：比单相电路脉动小，但变压器利用率仍不高，存在直流磁化。是理解三相电路的基础。

② 特征：性能优于三相半波，成本低于三相全控。只能整流，无法逆变。同样需注意失控问题，有时需加续流二极管。用于中等功率调压。

发电机晶闸管直接励磁系统的调压原理，核心在于一个以“晶闸管可控整流桥”为快速执行系统的闭环负反馈自动控制机构。它通过实时、持续地改变晶闸管的触发控制角 αα，来线性调节励磁电流，并且无论外部负载如何扰动，都能维持发电机输出电压恒定在期望值。这种装置完美结合了电力电子技术（晶闸管）和自动控制理论（PID闭环反馈），是现代同步发电机实现高性能、高可靠电压调整的典范。

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