同步发电机励磁控制系统的分析与校正

1、同步发电机励磁控制系统的分析与校正设计的4个步骤：建模，分析，校正（传递函数设计，校正电路设计），校核一 励磁控制系统数学模型励磁控制系统同步发电机+控制器+励磁系统（交流励磁机）解析法建模1 同步发电机在额定转速下，发电机空载时，忽略铁心饱和的影响，近似记为 由气隙特性决定，即 （1）式（1）中，空载励磁电流对于励磁绕组，由 得 （2）式（2）中，励磁绕组在定子绕组开路条件下的时间常数。由式（1）、（2）得发电机机端电压与励磁电压的动态关系 因 ，空载励磁电压故 （发电机参数：取，）2 主交流励磁机和三相整流桥同步发电机空载时，交流励磁机的负载较轻，可以忽略主励磁机铁心饱和的影响。类似于与的

2、关系，可得主励磁机机端电压与其励磁电压之关系式中 三相整流桥可看作比例环节 不计负载效应，将主励磁机和整流桥合并，得 式中 （励磁机参数：，。发电机空载时）3.三相全控桥和移相触发电路对三相全控桥 式中 永磁式副励磁机机端电压，在额定转速下，（取200V）对余弦移相触发电路 式中 控制电压，同步电压有效值，同步变压器变比（取13）。综上可有 即 式中 4、串联校正单元式中 串联校正环节传递函数。校正前取 5测量单元 式中 低通滤波器传递函数。（，）在上图中，运放A1的注入电流反馈电流 由 可得 其中 ， （可取1）忽略负载效应，机端电压测量环节的传递函数为 式中 6综合单元式中 。7、系统模型

3、框图 忽略各单元之间的负载效应，可得全系统的模型框图：为分析方便，可化为标幺增益的形式。以各环节额定空载情况下输入输出变量稳态数值为基准，可求得各环节的标幺增益传递函数。例如，对发电机环节可有 由，得 类似有 设的稳态增益等于1，则，由本题目数据计算，得（当发电机空载运行时，）系统标幺增益模型为：图中，为系统标幺开环增益。如近似认为测量环节,即得到单位反馈系统形式的模型框图。分析、校正可采用三种不同形式的系统模型：（1）基本系统模型（2）标幺增益系统模型（3）单位反馈模型二、系统性能指标系统性能指标：（1）稳态性能指标：自然调差率 式中，为发电机的空载电压，为发电机带额定无功功率负荷时的端电压

4、。（2）暂态性能指标：时域性能指标：同步发电机空载建立额定电压（单位阶跃响应）的最大超调量，调节时间 。对应的频域性能指标：增益裕量 ，相位裕量 。三、校正前系统分析1开环放大倍数由 为满足稳态性能要求，系统开环放大倍数为 2 校正前系统分析以采用单位反馈模型为例。取，。校正前系统的开环传递函数为绘制伯德图进行分析,得：幅值裕量 相位裕量 剪切频率 上机仿真计算单位阶跃响应，得最大超调量 5%误差调节时间 可知校正前系统不满足设计指标要求。四、系统校正1校正电路采用串联滞后超前校正环节。一种校正电路为：滞后环节 超前环节其传递函数为：式中 。 ，, ，2校正环节传递函数参数 （1）超前环节设计： 取相位裕量裕度。超前环节应提供的超前相位 。则 近似取超前环节中心频率 （或者按教材：取未校正系统伯德图上增益为处的频率）则故 （2）滞后环节设计：取滞后环节转折频率：则 秒取，则 （3）校正环节合成传递函数 3电路元件参数 建议取 则 取 ，则 取 ， 则 ，取 根据实际元件参数可得校正环节实际参数：， 校正环节实际传递函数： 五校核校正后系统的开环传递函数为即