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生产过程自动化 华中科技大学水电与数字化工程学院 第三章 3 1水轮发电机的励磁方式同步发电机将旋转的机械能转换成为电能 在转换中需要有一个直流磁场 而产生这个磁场的直流电流称为励磁电流 励磁方式是指发电机获得励磁电流的方式 从其它电源获得励磁电流的发电机称为他励发电机 从发电机本身获得励磁电流的发电机称为自励发电机 3 水轮发电机励磁的自动调节 他励发电机 自励发电机 发电机的两种励磁方式 1 由直流发电机供电的励磁方式这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机 其中直流发电机称为励磁机 发电机属于他励方式 励磁机与发电机同轴 发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流 原理如下 GS 同步发电机 GSex 发电机的励磁绕组 G 直流励磁机电枢 Gex 励磁机的励磁绕组 Rm 磁场调节电阻 A B 滑环和电刷 在上图中 发电机属于他励 而励磁机则属于自励 若励磁机的励磁电流由另外一台励磁机提供 则励磁机的励磁方式属于他励 而给励磁机提供励磁电流的直流发电机称为副励磁机 2 由交流励磁机供电的励磁方式这种励磁方式的发电机 GS 采用交流励磁机 G1 提供励磁电流 G1与GS同轴 它输出的交流电流经整流后供GS励磁 因此属于他励方式 若G1的励磁电流由自身提供 则G1为自励方式 若G1的励磁电流由另外一台励磁机 称为交流副励磁机G2 提供 则G1为他励方式 而G2可以是具有自动恒压装置的交流发电机 并且G2输出的交流电流经整流后供G1励磁 GS 同步发电机 G1 交流励磁机 G2 交流副励磁机 GSex 同步发电机的励磁绕组 非可控硅励磁 G1ex 励磁机的励磁绕组 可控硅励磁 也可采用可控硅整流装设在励磁机的输出回路 交流励磁机供电的励磁方式原理 3 无励磁机的励磁方式这种励磁方式没有专门的励磁机 而是从发电机本身获取励磁电流 经整流后再供发电机励磁 因此又称为自励式静止励磁 自励式静止励磁又可分为自并励和自复励两种方式 自并励方式通过接在发电机出口的整流变压器 亦称为并联变压器T 取得励磁电流 经整流后供发电机励磁 优点 设备少 结构简单 维护方便 缺点 在发电机或系统发生短路时 由于电压的大幅下降或消失 导致励磁电流的下降或消失 而此时本应大大增加励磁 即强行励磁 来维持电压的 考虑到现代大型电网多采用封闭母线 且高压电网一般都装有快速保护 认为有足够的可靠性 故采用自并励的机组较多 自复励方式为了克服自并励方式在发生短路时不能提供较大的励磁缺点 发电机还可采用自复励方式 与自并励方式相比 自复励方式除设有整流变压器外 还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器 亦称串联变压器 其原理是 当短路故障发生时电压降低 但电流却巨增 则串联变压器的作用是将该电流转换成为励磁电流 因此 这种励磁方式具有两种励磁电流 即整流变和励磁变的励磁电流 自复励又可分为串联自复励和并联自复励两种 A 并联自复励直流侧并联的自复励如图所示 电压源和电流源分别经可控硅和不可控硅整流后在直流侧并联起来 共同供发电机励磁 发电机空载时 由电压源提供励磁电流 电流源则主要提供带负载时需增加的励磁电流和短路时的励磁电流 具有反馈作用 除上述直流侧并联的自复励外 还有交流侧并联的自复励 B 串联自复励交流侧串联的自复励如图所示 由电压源和电流源共用一组可控硅装置 在整流以前先串联起来 即加在可控硅上的电压是串联和并联变压器二次电压的向量之和 除上述交流侧串联的自复励外 还有直流侧串联的自复励 以直流或交流励磁机供电的他励方式是过去几十年中主要的励磁方式 使用和维护比较困难 技术含量低且成本也高 目前 无励磁机的自励静止励磁方式在计算机技术和可控硅技术发展的推动下得到了广泛的应用 3 2水轮发电机的有关特性和调节励磁电流的方法由于电力系统电能质量和无功功率的要求 水轮发电机的励磁电流在运行中需要经常进行调节 为了说明调节励磁电流的必要性和实现调节励磁电流的自动调节装置的任务 先作如下讨论 1 水轮发电机的有关特性调节励磁电流是为了实现电压和无功功率的调节 电压的调节 单机运行 下图为同步发电机的原理图和等值电路图 同步发电机的原理图同步发电机的等值电路图 Xd 发电机的纵轴同步电抗 Xq 发电机的横轴同步电抗 且设Xd Xq Igs es 励磁电流 Ed 发电机定子绕组的感应电势 Ug 发电机端电压 Ig 发电机负载电流 根据等值电路图可得 设 为Ed与Ug间的相位差 为Ug与Ig的相位差 Ia为发电机的有功电流 Ir为发电机的无功电流 则 其相应的向量图为 则得 由于在正常时 很小 cos 1 则有Ed Ug IrXd上式表明 无功电流是造成机端电压下降的主要原因 且机端电压与无功电流成反比 从上图可知 当励磁电流Igs ex不变时 发电机的端电压Ug随无功电流Ir的增大而降低 显然 当发电机的无功电流变化时 调节发电机的励磁电流Igs es 可以维持Ug的不变 无功电流的调节 发电机与系统并列时 在发电机并列运行时 由于单台发电机的容量有限 此时改变励磁电流Igs ex将不会引起母线电压Usys的变化 设导叶开度 const 且Xd Xq 则发电机的有功功率满足 由于Ug Usys const 即并网运行时 发电机端电压等于系统电压 不随发电机的励磁电流的变化而变化 因此 改变励磁Igs es时 有 式中 K1与K2均为常数 下图说明了当Igs ex变化时 发电机Ed 及 变化的情况 改变励磁电流时 Ed和Ig虽跟随变化 但是Edsin K1和Igcos K2为常数 此时发电机无功电流Ir也随之变化 这表明 发电机并网运行时 为了改变发电机输出的无功 必须调节励磁电流 无功负荷的分配 发电机与系统并列时 如图所示的两台并列运行的发电机 显然 Ir Ir1 Ir2 即Ir1和Ir2的大小 反映了两台机组的无功分配 取决于各自的电压特性 如下图所示 Ir1 发电机GS1的无功电流 Ir2 发电机GS2的无功电流 Ir 负荷的总无功电流 Usys 系统电压 当Ug Usys1时 Ir1 1Ir2 2 总无功 Ir Ir1 2 Ir2 2 虽然 Ir1 Ir2 说明GS1由原来承担较小的无功负荷 变为承担较大的无功负荷 而GS2有原来承担较大的无功负荷 变为承担较小的无功负荷 Ir1 1 Ir Usys2 Ug Usys1 GS2 GS1 Ir2 1 Ir2 2 Ir1 2 Ir1 Ir2 为了合理分配无功 通常要求并列运行的发电机根据各自的额定容量 按比例进行无功电流的分配 即 大容量的发电机承担较多无功负荷 小容量的发电机承担较少无功负荷 若以发电机各自的额定容量作为基准值 则各台发电机承担的无功电流标幺值应相等 即 为了达到上述目的 则要求并列运行发电机的电压调节特性相同 由于两台发电机的电压调节特性相同 所以无功电流增大时 各台发电机电流增加的标幺值相等 若GS1与GS2的容量不同 则较大容量的发电机增加的无功就多 反之亦然 为了实现上述要求 从制造上做文章 使各台发电机的电压调节特性相同是不可能的 但是 可以通过自动调节励磁装置来实现 自动励磁调节装置既可通过改变发电机的励磁电流维持其端电压不变 也可对发电机调节特性的斜率进行调整 以实现无功的合理分配 综上所述 无论是单机还是并列运行 为了保持发电机的端电压不变 调节无功以及实现无功的合理分配 都要求对发电机的励磁电流进行调节 功角特性和电力系统的稳定励磁电流的调节还可以起到改善电力系统稳定的作用 为了说明这一点 首先介绍功角特性 在上图所示系统中 发电机经变压器和双回输电线路与无穷大容量系统相连接 设 发电机横轴同步电抗与纵轴同步电抗相等 Xd Xq 发电机励磁电流不变 即发电机定子感应电势Ed恒定 在不计各元件电阻和导纳的条件下 发电机的输出功率满足 式中 Xc为变压器和线路阻抗 为Ed与Usys间的相位差 称为功角 由上式可见 当Ed Usys和Xc不变时 P与 有关 而通过改变水轮机导叶开度 可改变 角的大小 也就改变了发电机的输出功率P 当 2时 P Pmax 称为极限功率 即 由发电机输出功率P的表达式 可作出功角特性曲线 当输入功率为Pn时 在曲线的a点或b点均可保持发电机的输出功率与之平衡 但是 若发电机工作在b点 功角为 2 则不能维持稳定运行 此时 若系统受到微小扰动使功角 离开平衡状态 2而增大 则发电机的输出功率将减小 从而出现剩余功率并导致发电机加速 结果 不断增大 转速越来越高 运动状态无法回到平衡状态b点 转速越大 功角 也越大 最后失去同步 或称为失去稳定 发电机失去稳定后 若不及时减小导叶开度 则转速将升至很高 可使发电机遭到破坏 同时 由于fG与fsys不同 发电机的定子中将出现很大电流 同样会导致发电机破坏 此外 并列运行的发电机失去稳定 还会给电力系统带来严重事故 反之 若在b点运行时 扰动使 角减小 则发电机输出功率增大 出现负的剩余功率 此时 机组将减速 继续减小 一直到a点 经过一系列振荡后达到新的平衡状态而稳定下来 由于发电机时刻在小的扰动下运行 因此发电机不可能在b点稳定运行 若发电机工作在a点 功角为 1 则微小扰动使 增加 时 发电机的输出功率将增大 而出现负的剩余功率 这样 机组将减速 使 角减小 最后仍回到a点运行 若扰动使 1减少 则情况相反 但最后也仍回复到a点运行 由上述分析可知 在发电机励磁电流和导叶开度不变的条件下 虽然功角特性上有两个对应于输入功率Pn的运行点 但只有其中的a点dP d 0是可以稳定运行的 有三类电力系统的稳定问题 静态稳定问题 暂态稳定问题和动态稳定问题 A 静态稳定问题指电力系统遭受微小扰动后 运行参数离开正常平衡工作状态后 能够自动恢复到原来运行状态的能力 保证静态稳定是水电站和电力系统安全运行的前提 静态稳定有两个条件 dP d 0 发电机的工作点不过分接近极限功率Pmax 否则将在微小扰动下 失去稳定 因此 正常运行时发电机的输出功率与极限功率相比应有一定的储备 用储备系数表示 储备系数可用于表征静态稳定的程度 通常要求 正常时 Kp 15 20 事故后 Kp 10 由储备系数表达式可知 在Kp一定时 提高Pmax可提高机组的输送功率 在P一定时 提高Pmax可提高Kp 因此 提高Pmax具有重要意义 根据 且 Usys Xd及Xc均为常数 Pmax与Ed有关 而Ed又直接与励磁电流有关 因此 若在增加发电机输出功率P时 增大励磁电流 即提高Ed 则可在提高输出功率的同时 又保证了静态稳定性 B 暂态稳定问题和动态稳定问题除静态稳定性之外 电力系统和水电站在运行过程中还可能受到较大而又突然发生的冲击或扰动 如发电机 变压器和输电线的投入或切除 以及发生短路或断线故障等 此时 系统的功率 电流和电压将突然发生大幅度的变化 由于水轮机调速系统存在惯性 不能立即改变输入水轮机的功率 故在机组大轴上将出现不平衡力矩 从而使机组转速发生变化 结果功角 也发生变化 变化后 又要相应地引起功率 电流和电压的变化 在这种情况下 一个保持静态稳定的系统可能遭到破坏 综合考虑这些变化过程 属于暂态稳定和动态稳定的范围 暂态稳定是指系统遭受短时间大扰动后 在第一个摇摆周期内 各同步发电机保持同步而不失步 并过渡到新的稳定状态的能力 在暂态稳定分析时 认为发电机转速和大轴上的输入力矩为定值 通常对于短路 故障切除 重合闸等 由于机组的转速变化不大 只考虑功角 的变化 属于暂态稳定问题 动态稳定是指系统受到某些大扰动后 在较长期过程中保持和恢复发电机同步运行 由衰减的同步振荡 过渡到稳定状态的能力 动态稳定分析必须考虑发电机转速和发电机电势Ed的变化 有时还应考虑负荷的动态特性和发电机的异步转矩的影响 通常对于大型机组的启动与制动 同步发电机的异步运行 再同步及非同期合闸等较大而突然发生的冲击和扰动的分析采用动态稳定 当系统发生扰动时 快速增大发电机的励磁电流 将对暂态和动态稳定产生有利的影响 2 调节励磁电流的方法有如下几种调节励磁电流的方法 改变励磁机励磁回路的电阻由于在发电机转子回路中改变励磁电流极为困难 故一般不采用 通常的方法是 改变励磁机的励磁电流 以达到调节发电机励磁电流的目的 如图所示 由于上述改变励磁电流的装置有转动部分 不灵敏 有失灵区 精度差 速度慢 故以淘汰 改变励磁机的附加励磁电流如图所示 用于改变附加励磁电流的装置一般采用电磁型 这种调节装置没有失灵区 可提高并列运行发电机工作的稳定性 改变可控硅的导通角在并励或复励的励磁方式中 自动调节装置根据发电机电压 电流或功率因数的变化 相应地改变可控硅整流器的导通角 以达到调节发电机励磁电流的目的 如图所示 3 3自动调节励磁装置的任务及其要求1 自动调节励磁装置 AVR 的任务维持发电机端电压水平并且合理分配各机组的无功负荷 提高电力系统运行的稳定性和输电线路的传输能力 提高带时限动作继电保护的灵敏度 加速短路后的电压恢复过程和改善异步电动机的启动条件 改善自同期或发电机失磁运行时电力系统的工作条件 防止水轮发电机突然甩负荷时电压过度升高 2 对自动调节励磁装置 AVR 的要求工作可靠AVR装置本身发生故障 可能迫使机组停机 甚至可能对电力系统造成严重影响 有足够的输出容量AVR的容量既要满足正常运行时调节的要求 又要满足发生短路故障时强励的要求 动作迅速采用快速动作的AVR对改善系统的稳定性和提高输送能力具有重要意义 无失灵区没有失灵区的AVR有助于提高系统的静态稳定性 3 4强行励磁 强行减磁和自动灭磁1 强行励磁发生短路时 电力系统和水电站的电压可能大幅度降低 此时 为保证系统稳定运行和加快切除故障后的电压恢复 应使发电机的励磁电流迅速加大到顶值 既实行强行励磁 一般而言 具有直流励磁机的发电机 若调节装置本身的强励作用不够 即需加装专门的强行励磁装置 采用可控硅整流的他励和自励发电机 通常可不再设专门的强行励磁装置 下图为采用直流励磁机强行励磁的原理图 图中 1K 2K为反应发电机电压降低的低电压继电器 当电压降低到整定数值时动作 使强励接触器5K的线圈接通 励磁电压上升到顶值 实现了强励 为了防止TV断线时的误动作和发电机投入以前的误动作 采用的两只低电压继电器和QF辅助接点闭锁 为了使低电压继电器在发电机电压恢复到正常时能可靠返回 强励继电器的动作电压UPU按下式整定 式中 Ug n为发电机额定电压 Kre为继电器返回系数 一般取1 1 1 2 Krel为可靠系数 取1 05 因此可得 Upu 0 8 0 85 Ug n 衡量强励作用的两个重要指标 强励时励磁电压的上升速度快和强励倍数大 励磁电压上升速度是指强励开始后的 t 0 1 0 5s内 励磁电压上升的平均速度 通常以励磁机额定电压的Uex n的倍数表示 此值越大越好 对现代励磁机而言 一般约为 0 8 1 2 Uex n V s 即上升速度 Uex t 0 8 1 2 Uex n V s 励磁电压上升速度与励磁机励磁回路及发电机转子回路的时间常数等因数有关 即与励磁机的励磁方式有关 强励倍数是指强励时实际可达的最高励磁电压Uex max与额定电压Uex n的比值 Kq Uex max Uex n Kq值越大越好 采用直流励磁机的强励倍数一般约为1 8 2 0 强励倍数与励磁机的饱和程度和励磁机励磁回路的电阻等因数有关 采用可控硅励磁的发电机 其强励磁倍数与他励方式的直流或交流励磁相比 可提高4倍 2 强行减磁采用直流励磁机的强行减磁装置的原理如图所示 图中 6K为强减接触器 它具有一对动断接点 3K为过电压继电器 其动作值一般整定为1 15 1 20Ug n 当发电机电压上升到该值时 3K动作 接通6K线圈 其动断接点打开 使Rm1接入励磁机励磁回路 使发电机减磁 以使发电机定子回路不会产生过电压 3 自动灭磁发电机内部或其出口短路时 除了断开发电机出口断路器外 还必须迅速切断发电机的励磁电流 以使转子磁场消失 短路电流不复存在 发电机的转子具有很大电感 在切断电流时 如何在很短的时间内使转子磁场中储存的大量能量迅速消释 而不至产生危及转子绝缘的过电压是一个重要问题 采用直流励磁机的自动灭磁装置的原理如图所示 为了切断转子电流 在发电机的励磁回路设置了灭磁开关Km Km具有动合接点Km1和动断接点Km2 正常工作时 Km1闭合 Km2断开 发电机处于正常励磁状态 故障时 发电机断路器和灭磁开关将同时断开 其动作顺序是 Km2先闭合 灭磁电阻并入转子回路 然后Km1断开 切断发电机转子电流 由于Rm2先投入并消耗了转子储存的能量 因此避免了在转子绕组中产生过高的电压 在发电机转子回路灭磁的同时 直流励磁机也应同时进行灭磁 以防止励磁机端电压过度升高 对于采用三相全控桥可控硅励磁装置的发电机 则可用可控硅逆变灭磁 此时 可不再设置灭磁开关 也可设置灭磁开关作为事故状态下的灭磁 3 5可控硅励磁调节装置1 可控硅励磁调节装置的工作原理可控硅元件具有放大作用 适合于作励磁装置的放大元件 同时 它本身又是一个整流元件 可控硅励磁装置的构成如图所示 励磁反馈控制的基本工作原理为 通过PT和CT测量发电机电压和无功 与给定电压Ug n比较后获得电压差 Ug Ug n Ug 经综合放大后得到控制信号Uc 根据控制信号和同步信号计算可控硅的导同角 从而控制发电机的励磁电流 使发电机运行在稳定状态 当扰动使发电机电压升高时的反馈控制过程如下 如果由于扰动使发电机电压Ug降低 则类似以上分析 可得到使发电机电压稳定的相同结论 以下介绍微机控制可控硅励磁装置各部分的工作原理 式中 Ug n为电压给定值 Ug为机端电压测量值 励磁调节器是根据测量比较单元输出的电压偏差进行控制 调差单元 用于改变调差系数Kq 以实现合理分配各机组间的无功 其中 式中 Uq 0为无功电流为零 即空载下的机端电压 Uq n为无功电流等于发电机额定无功电流值时的机端电压 测量比较单元用于测量机端电压的变化 并将测量值与给定值进行比较 数字式励磁调节器的自然调差率一般小于1 所以必须附加调差环节 把调差率提高到4 6 无功负荷才能按机组容量稳定分配 软件实现调差功能的基本原理是 在电压给定相加点处附加一个与发电机无功成正比的系数 即Kq 当无功电流增加 或减少 时 使电压给定减少 或增加 通过励磁调节器去减少 或增加 发电机的励磁 这样就增大了发电机的调差系数 采用软件实现调差的计算公式为 式中 Ug n为电压给定值 Ug为机端电压测量值 Q为无功测量值 调差系数可采用数字输入在线设定 理论上变化等级可以任意小 调差系数的调整范围一般为 15 综合放大单元对所测量的电压差进行综合 计算出实现消除电压差的控制信号Uc 在励磁控制中通常采用了PID调节规律 移相触发单元是根据综合放大单元PID控制规律输出Uc和同步信号 转变为脉冲相位的变化 并以此脉冲触发可控硅整流桥 即励磁系统的功率输出部分 的可控硅晶闸管 使其导通角 随Uc的变化而改变 从而达到自动调节励磁的目的 移相触发单元由同步 移相 脉冲形成和脉冲放大等环节组成 如图所示 图中的同步信号取自可控硅整流装置的主回路 一个可控硅的导通 除了应在其阳极与阴极间加上正向电压外 还必须同时在控制极上加上正向触发脉冲 否则可控硅将处于截止状态 对三相可控整流桥而言 就是要求每次加在可控硅控制极上的触发脉冲 都应在该相可控硅承受正向电压的一定时刻发出 同时 当控制电压一定时 各相的每个周期送出的触发脉冲 对应于该相阳极电压的时刻都应相同 即控制角 相同 可控硅触发脉冲与主回路之间的这种相位配合关系称为同步 取自主回路的同步信号 就是用于保证主回路与触发电路之间的同步 不同接线的可控整流桥 其可控硅在每个周期内的导电区间是不同的 因此 使主回路与触发电路同步的相位配合关系也应有所不同 对于三相全控桥 共阴极组的整流可控硅整流元件应在其阳极电位为最高的一段区间内 给控制极以触发脉冲才能导通 因此 其三相触发脉冲按 A B C相的顺序并依次相隔120 发出 共阳极组的整流可控硅整流元件应在其阴极电位为最低的一段区间内 给控制极以触发脉冲才能导通 因此 其三相触发脉冲按 C A B相的顺序并也依次相隔120 发出 这样 对于整个三相全控桥来说 其六相触发脉冲发出的顺序为 A C B A C B相 并依次相隔60 发出 如图所示 U 同步信号 A相 t t t C相 t B相 t 60 60 60 60 60 60 A相 t C相 t B相 t 60 60 60 60 60 60 UA UC 显然 为了保证按上述要求发出触发脉冲 整流桥回路与其触发电路之间应有一定相位关系的电压信号至移相触发单元 该信号称为同步信号 一般经过同步变压器获得 其作用是将主回路的电压变换成在相位和幅值均能满足触发电路要求的同步电压 并送给移相触发单元作为同步信号 对移相触发有如下基本要求 各相触发脉冲必须与整流桥主回路同步 即具有相同的频率并保持一定的相位关系 为确保可控硅可靠触发 要求触发电路有足够大的功率输出 且脉冲的上升沿要陡 10 s左右 并具有足够的幅值和宽度 移相范围及数目应能满足整流桥和电压调节范围的要求 在整个移相范围内 各相触发脉冲的控制角应保持一致 各相触发脉冲相位偏差小于5 以减少整流桥输出电压的谐波分量 触发电路应与处于高电压的主回路隔离 可控硅励磁的一次接线原理图 同步电路的任务是 将取自一次侧为可控硅主回路电压的同步变压器二次侧信号经滤波整形成同频率 同相位的方波后 送入计算机的高速输入端口 其上升沿作为控制角 的计时起点 并启动计时器 同步电路分为单相式和三相式电路 单相式电路的波形图和原理图如下 计算机高速输入接口 Y 同步变压器 UAC A B 当AB Y 0 若当前同步信号上升沿的时刻为t2 前一周期的上升沿时刻为t1 则同步信号的周期为T t2 t1 即发电机定子电压的周期 此周期T对应于360 假设 同步信号为A相的电压 且调节器需发出的导通角为 则相应于t1 或t2 时刻延时T T 360后发出 A相脉冲 再延时60 相对应的时间T60 60T 360后发出 C相的脉冲 再延时T60 后发出 B相的触发脉冲 这样就实现了每个周期发出六个脉冲去触发六个晶闸管 由于每个周期都测取同步周期T 所以不会产生累计误差 手动单元 用于手动调节励磁电流 调差单元和综合放大单元均退出工作 此时调节器属于开环运行情况 一般在装置故障时采用 2 微机励磁调节器将计算机技术引入到励磁控制领域 可以充分运用计算机强大的计算 逻辑判断和记忆等信息加工能力 只要运用微处理器的各种指令 就能够编制符合励磁控制规律的程序 计算机执行这样的程序 就能实现各种控制功能 微机励磁调节器由如下部分所组成 计算机系统包括CPU RAM EPROM 通信接口 定时 计数器及辅助电路等 是控制系统的核心 开关量输入部分由光电隔离并行接口构成的开关量输入部分用于检测外部输入的接点或电平信号 如 增 减励磁 开 停机 手动启励 断路器位置以及灭磁开关状态等控制命令和状态信息 开关量输出部分由光电隔离并行接口构成的开关量输出部分具有较强的输出驱动能力和电平转换能力 用于输出包括可控硅触发脉冲 灭磁控制等开关型控制信号 并向其他系统报告励磁系统的工作状态 模拟量输入部分由信号处理 信号滤波 放大 阻抗匹配 电流 电压转换等 多路转换 采样保持和A D转换组成的模拟量输入用于将交流电压 电流等模拟信号转换为数字信号 并输入到计算机 在励磁控制中要求模拟量输入电路的实时性强 能够完成三相电压和电流的同步采样 计数器 中断用于完成导通角脉宽 60 角中断以及频率计算等任务的定时和计数 通信接口用于完成励磁调节器与其他系统的数字信息的交换 现多采用KAN网 MB网Profibus等现场总线技术 人机接口由触摸屏 液晶显示器 鼠标等设备实现人机交互 接受操作人员的命令和显示励磁系统的工作状态信息 3 PID调节规律目前在励磁控制领域广泛采用的PID调节 并取得了较好的控制效果 连续型PID调节规律为 式中 u t 为控制信号 e t 为偏差信号 由于计算机控制是一种采样控制 故对上式进行离散化处理 取 则 上式称为位置式PID算法 若采样周期T足够小 离散系统与连续系统非常接近 如果在控制中 当执行机构需要的不是控制量的绝对数值 而是其增量时 由上式可导出增量PID算法 式中 在励磁调节中 PID控制是按电压偏差 U Un Ug来计算的 并且根据可控硅触发控制的要求 励磁调节器采用了位置式PID算法 其中 比例调节是按 U的大小成比例地改变可控硅的触发角 从而改变励磁电流 以减少 U 比例调节不能消除稳态误差 稳态误差的大小与KP成正比 积分调节是根据 U的积分来调节励磁电流 理想积分调节可消除稳态误差 微分调节是按预测的电压变化趋势进行调节 可以减少超调量缩短调整时间 改善调节系统的动态品质 提高系统的稳定性 在励磁调节中 还采用了变参数PID调节 即在系统稳态时有较大的增益 使机端电压接近恒定 在系统暂态时有较小的