励磁系统的动态特性教学课件PPT.ppt

第六讲励磁系统的动态特性 2 马静office j5b309telmail hdmajing northchinaelectricpoweruniversity 2 29 2019 12 20 主要内容 1 自动控制理论的根轨迹法2 根轨迹的绘制方法3 应用根轨迹法分析励磁系统的稳定性4 分析改善励磁系统稳定的方法5 励磁系统稳定器的作用 northchinaelectricpoweruniversity 3 29 2019 12 20 第三节励磁自动控制系统的稳定性 northchinaelectricpoweruniversity 4 29 2019 12 20 励磁控制系统的传递函数 northchinaelectricpoweruniversity 5 29 2019 12 20 一自动控制理论之根轨迹法 根轨迹是当开环系统某一参数 如根轨迹增益 从零变化至无穷大时 闭环特性方程的根在s平面上移动的轨迹 系统的闭环特性方程为 幅值条件 相角条件 northchinaelectricpoweruniversity 6 29 2019 12 20 绘制根轨迹之法则 1 法则一 根轨迹的起点和终点 根轨迹起始于开环极点 终止于开环零点 如果开环零点个数m少于开环极点个数n 则有 n m 条根轨迹终止于无穷远处 法则二 根轨迹的分支数 连续性和对称性 根轨迹的分支数与开环零点m 开环极点n中大者相等 根轨迹连续并对称于实轴 法则三 实轴上的根轨迹 实轴上的某一区域 若其右边开环实数极 零点个数之和为奇数 则该区域为根轨迹 法则四 根轨迹的渐近线 当系统开环极点个数n大于开环零点个数m时 有n m条根轨迹分支沿着与实轴夹角为 交点为的一组渐近线趋向于无穷远处 northchinaelectricpoweruniversity 7 29 2019 12 20 绘制根轨迹之法则 2 法则五 根轨迹的分离点 两条或两条以上的根轨迹分支在s平面上相遇又分离的点 称为根轨迹分离点 分离点的坐标d是以下方程的解 法则六 根轨迹与虚轴的交点 若根轨迹与虚轴相交 出现纯虚根 令s jw 实部与虚部 0 求解交点及k值 交点相应k值为临界稳定状态 可用routh判据求出交点的坐标值及其相应的k值 此时k值为临界根轨迹增益 northchinaelectricpoweruniversity 8 29 2019 12 20 法则七 根轨迹的起始角和终止角 根轨迹离开开环复数极点处的切线与正实轴的夹角 称为起始角 出射角 以表示 根轨迹进入开环复数零点处的切线与正实轴的夹角 称为终止角 入射角 以表示 起始角和终止角利用相角条件求出 绘制根轨迹之法则 3 法则八 根之和 当系统开环传递函数g s h s 的分子 分母阶次差 n m 大于等于2时 系统闭环极点之和等于系统开环极点之和 northchinaelectricpoweruniversity 9 29 2019 12 20 二典型励磁控制系统稳定计算 系统开环传递函数 该励磁控制系统的参数 某励磁控制系统传递函数 要求应用自动控制理论的根轨迹法分析该系统的稳定性 northchinaelectricpoweruniversity 10 29 2019 12 20 根轨迹绘制 1 系统开环传递函数 开环极点为 0 12 1 45 25 他们是根轨迹的起始点 系统有三条根轨迹的分支趋于无穷远处 绘制步骤如下 1 实轴上的根轨迹 2 渐近线 northchinaelectricpoweruniversity 11 29 2019 12 20 根轨迹绘制 2 3 分离点 显然 分离点应该位于实轴上 之间 取 4 与虚轴的交点 系统闭环特征方程 令 带入上式 并令实部和虚部分别为零 解得 即根轨迹与虚轴的交点为和 northchinaelectricpoweruniversity 12 29 2019 12 20 根轨迹绘制 3 发电机与励磁机的时间常数所对应的极点都很靠近坐标原点 系统动态性能不够理想 并且随着闭环回路增益的提高 其轨迹变化会趋向于转入右半平面 使系统失去稳定 为保证控制系统稳定性 必然要求限制放大倍数 这与励磁调节特性相违背的 在发电机励磁控制系统中 必需增加校正环节 才能适应稳定运行的要求 通常用 电压速率反馈 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综合放大器中 这种反馈网络称为 励磁系统稳定器 northchinaelectricpoweruniversity 13 29 2019 12 20 三励磁控制系统空载稳定性的改善 从自动控制理论可知 要想改善励磁系统的稳定性 必须改变发电机极点与励磁机极点之间的出射角 也就是改变根轨迹的渐近线 使之只处于虚轴的左半平面 为此需要增加开环传递函数的零点 在实际处理上 可以在发电机转子电压处增加一条电压速率负反馈回路 northchinaelectricpoweruniversity 14 29 2019 12 20 增加环节 1 简化 northchinaelectricpoweruniversity 15 29 2019 12 20 增加环节 2 合并 northchinaelectricpoweruniversity 16 29 2019 12 20 根轨迹计算 1 等值前向传递函数 反馈传递函数 northchinaelectricpoweruniversity 17 29 2019 12 20 根轨迹计算 2 励磁控制系统的参数数据如下 由此得到的系统的开环传递函数为 增加了反馈环节后系统具有了四个极点和三个零点 northchinaelectricpoweruniversity 18 29 2019 12 20 根轨迹计算 tf 0 1 tf 0 05 northchinaelectricpoweruniversity 19 29 2019 12 20 根轨迹计算 3 从自动控制理论可知 增加开环零点 可以使系统的根轨迹向左偏移 从而提高系统的稳定性 有利于改善系统的动态特性 northchinaelectricpoweruniversity 20 29 2019 12 20 增加环节前后之性能比较 与未增加电压速率反馈环节相比 励磁控制系统的性能有了较大的改善 在发电机系统励磁控制系统中 一般都附加了 励磁系统稳定器 作