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【摘 要】由于自励系统与他励系统在同步发电机中存在着调磁电阻的耗损大、励磁系统的效率低的缺点，直流励磁机的控制方案的改造与优化改为使用直流斩波。下文就具体阐述了对直流励磁机的控制和改造、优化方案，以及在实践中的应用实例。
【关键词】直流斩波技术；励磁改造；可编程控制器
一、直流励磁机的优缺点
直流励磁机的主要优点有：励磁机和主机有相同主轴，在系统突然发生故障，因为主机惯性过大，励磁机的转速受不到影响，可以正常励磁；因为励磁机能够改变极性的特点，在切断负荷之时可以很快地去磁；当系统突然发生故障，发电机的励磁线圈组中所感应的交流电流能够成为闭环回路，从而不至于使转子过电压。但同时也存在几个缺点：其一，直流励磁机的时间常数较大，因而电压响应的速度过慢；其二，电磁式与机械式励磁调节器响应时间过长；机械整理较复杂而且不可靠、维护繁琐；流过调磁电阻的电流过大，电阻中消耗的电能很大，使励磁系统的效果降低。
二、对于直流励磁控制的方案讨论
（1）自励系统。自励直流励磁机的优点在于相对他励直流励磁机而言设备数量少，可以降低自动调压容量。缺点就是励磁机的时间常数大，因而，电压的响应速度很慢，且在电阻中电能的损耗大，励磁系统的效率极低。（2）他励系统。对于他励系统的优点是励磁的时间常数相对于自励直流的系统小，因此电压的响应速度就变快了。其缺点是设备过多，电阻中电流的损耗值更大，使励磁系统的效率更低。（3）自励直流斩波励磁系统。相对于自励系统和他励系统，自励直流斩波系统存在着诸多优点。一是其电阻值小，电流在其中耗损值小，也就是说是整个励磁系统的效率提高。二是磁力机其时间常数更小，因此励磁机响应较快。
三、工艺实践
下面就此系统的软件与硬件操作做一个简单介绍。（1）系统硬件介绍。此图为励磁系统的结构框图，其中，TA为电流互感器、SMK为灭磁开关、KQC为起磁接触装置。
图1 励磁系统的结构图
（2）主要部分介绍。一是采用工业控制电脑作上位机，使用RS-485与PLC完成通信，在PLC中获得工况消息，并向PLC下达命令。二是控制器选取S7-300系的PLC为控制器，该系机型拥有较高的可靠性，较强的抗干扰力，系统硬件配件较为齐全，维修方便等诸多优点。三是触摸屏的操作人员不仅仅可以在操作室内对其进行操控，并且可以随时监控系统的电流、电压与励磁电压的数量值，及开关量的状态和对应开关的信号输出的状况。同时，在触摸板中你还可以了解到设备的历史状态曲线和设备的实时状态等有效信息。四是此系统的执行装置为斩波器，即斩波主回路与PWM控制器所组成的操作系统。其中，斩波主回路的主要是由滤波电容、绝缘栅式双极晶体管（IGBT），续流二极管等元件组成。而PWM控制器则主要由脉宽调压控制器与保护电路所组建而成，使用占空比控制等技术。五是变送器一方面在为上位机与触摸屏提供显示数据的同时还担负着为PLC供应机端电压、励磁电流与负载电流等数值。而其组成元件主要有电压变送器与电流变送器两部分。
四、软件介绍
（1）调节器选择。对于同步发电机，其数学模型在不计饱和的特征下，如假设输出变量的机端电压为Ud，那么励磁电压的输入变量Ut与定子电流Ie的传递函数是：U■（S）=■-U■（S）-■I■（S），其中KG=X/R，X是电枢反应的电抗值，R是励磁电阻，τ′■=X/R为定子开开路中励磁组的时间常数，X是励磁绕组电抗值，X′d=Xd-X2/X是d轴暂态下的电抗值，Xd是d轴同步电抗值。（2）软件流程。软件流程有以下步骤组成：通电开机→系统初始化进程→通信阶段→开机前的检查工作→手动、自动切换准备→远程开机命令启动→灭磁开关开启→起磁接触器运作→励磁电压施加→系统恒电自动调节→强制增减磁动作→自动检测运作情况→（如有故障）停机。
选编程控制器——PLC作为励磁控制器，使用可用工程设计法的设计调节器，选用工业控制机为自励直流斩波系统的尚未机选。上位机采用RS-485与PLC进行通信，其中PLC可接受上位机控制命令，传送工况现场。根据脉宽调控斩波机器数
学模型，同步机数学模型、依据工程设计方法拟定调节器控制的计算方法是积分微分——PLD。系统已得到实际证实。
参 考 文 献
[1]董锋斌，皇金锋.斩波技术在小型水电站励磁系统改造中应用[J].电力自动化设备.2006，26（7）
[2]陈光大，蔡维由，刘海峰.小型水电站综合自动化系统的模式探讨[J].中国农村水利水电.2001（12）
【关键词】直流斩波技术；励磁改造；可编程控制器
一、直流励磁机的优缺点
直流励磁机的主要优点有：励磁机和主机有相同主轴，在系统突然发生故障，因为主机惯性过大，励磁机的转速受不到影响，可以正常励磁；因为励磁机能够改变极性的特点，在切断负荷之时可以很快地去磁；当系统突然发生故障，发电机的励磁线圈组中所感应的交流电流能够成为闭环回路，从而不至于使转子过电压。但同时也存在几个缺点：其一，直流励磁机的时间常数较大，因而电压响应的速度过慢；其二，电磁式与机械式励磁调节器响应时间过长；机械整理较复杂而且不可靠、维护繁琐；流过调磁电阻的电流过大，电阻中消耗的电能很大，使励磁系统的效果降低。
二、对于直流励磁控制的方案讨论
（1）自励系统。自励直流励磁机的优点在于相对他励直流励磁机而言设备数量少，可以降低自动调压容量。缺点就是励磁机的时间常数大，因而，电压的响应速度很慢，且在电阻中电能的损耗大，励磁系统的效率极低。（2）他励系统。对于他励系统的优点是励磁的时间常数相对于自励直流的系统小，因此电压的响应速度就变快了。其缺点是设备过多，电阻中电流的损耗值更大，使励磁系统的效率更低。（3）自励直流斩波励磁系统。相对于自励系统和他励系统，自励直流斩波系统存在着诸多优点。一是其电阻值小，电流在其中耗损值小，也就是说是整个励磁系统的效率提高。二是磁力机其时间常数更小，因此励磁机响应较快。
三、工艺实践
下面就此系统的软件与硬件操作做一个简单介绍。（1）系统硬件介绍。此图为励磁系统的结构框图，其中，TA为电流互感器、SMK为灭磁开关、KQC为起磁接触装置。
图1 励磁系统的结构图
（2）主要部分介绍。一是采用工业控制电脑作上位机，使用RS-485与PLC完成通信，在PLC中获得工况消息，并向PLC下达命令。二是控制器选取S7-300系的PLC为控制器，该系机型拥有较高的可靠性，较强的抗干扰力，系统硬件配件较为齐全，维修方便等诸多优点。三是触摸屏的操作人员不仅仅可以在操作室内对其进行操控，并且可以随时监控系统的电流、电压与励磁电压的数量值，及开关量的状态和对应开关的信号输出的状况。同时，在触摸板中你还可以了解到设备的历史状态曲线和设备的实时状态等有效信息。四是此系统的执行装置为斩波器，即斩波主回路与PWM控制器所组成的操作系统。其中，斩波主回路的主要是由滤波电容、绝缘栅式双极晶体管（IGBT），续流二极管等元件组成。而PWM控制器则主要由脉宽调压控制器与保护电路所组建而成，使用占空比控制等技术。五是变送器一方面在为上位机与触摸屏提供显示数据的同时还担负着为PLC供应机端电压、励磁电流与负载电流等数值。而其组成元件主要有电压变送器与电流变送器两部分。
四、软件介绍
（1）调节器选择。对于同步发电机，其数学模型在不计饱和的特征下，如假设输出变量的机端电压为Ud，那么励磁电压的输入变量Ut与定子电流Ie的传递函数是：U■（S）=■-U■（S）-■I■（S），其中KG=X/R，X是电枢反应的电抗值，R是励磁电阻，τ′■=X/R为定子开开路中励磁组的时间常数，X是励磁绕组电抗值，X′d=Xd-X2/X是d轴暂态下的电抗值，Xd是d轴同步电抗值。（2）软件流程。软件流程有以下步骤组成：通电开机→系统初始化进程→通信阶段→开机前的检查工作→手动、自动切换准备→远程开机命令启动→灭磁开关开启→起磁接触器运作→励磁电压施加→系统恒电自动调节→强制增减磁动作→自动检测运作情况→（如有故障）停机。
选编程控制器——PLC作为励磁控制器，使用可用工程设计法的设计调节器，选用工业控制机为自励直流斩波系统的尚未机选。上位机采用RS-485与PLC进行通信，其中PLC可接受上位机控制命令，传送工况现场。根据脉宽调控斩波机器数
学模型，同步机数学模型、依据工程设计方法拟定调节器控制的计算方法是积分微分——PLD。系统已得到实际证实。
参 考 文 献
[1]董锋斌，皇金锋.斩波技术在小型水电站励磁系统改造中应用[J].电力自动化设备.2006，26（7）
[2]陈光大，蔡维由，刘海峰.小型水电站综合自动化系统的模式探讨[J].中国农村水利水电.2001（12）