自动装置原理_3(90)

1、第三章第三章 同步发电机励磁自动控制系统同步发电机励磁自动控制系统一、同步发电机励磁控制系统的基本概念同步发电机励磁控制系统的基本概念二、同步发电机励磁系统二、同步发电机励磁系统三、励磁控制系统调节特性和并联机组间的无功分配三、励磁控制系统调节特性和并联机组间的无功分配四、励磁调节装置原理四、励磁调节装置原理一、同步发电机励磁控制系统的基本概念一、同步发电机励磁控制系统的基本概念1.励磁自动控制系统的构成励磁自动控制系统的构成2.励磁自动控制系统的任务励磁自动控制系统的任务3.对励磁自动控制系统的基本要求对励磁自动控制系统的基本要求1.励磁自动控制系统的构成励磁自动控制系统的构成励磁系统励磁系

2、统-凡与同步发电机转子回路电压的建立、凡与同步发电机转子回路电压的建立、调整、调整、 消失的有关元件。消失的有关元件。励磁自动控制系统构成框图励磁自动控制系统构成框图 2.励磁自动控制系统的任务励磁自动控制系统的任务励磁系统的任务（作用）：励磁系统的任务（作用）：控制电压控制电压控制无功功率的分配控制无功功率的分配提高同步发电机并联运行的稳定性提高同步发电机并联运行的稳定性改善电力系统的运行条件改善电力系统的运行条件（一）控制电压（一）控制电压电力系统运行时，负荷波动引起电压波动，需要对励磁电流进电力系统运行时，负荷波动引起电压波动，需要对励磁电流进行调节以维持机端电压在给定水平。励磁自动控制

3、系统担负了行调节以维持机端电压在给定水平。励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务。维持电压水平的任务。GqGdUj IXEc o sqGGQdqGQdEUIXEUIX负荷无功电流是造成负荷无功电流是造成Eq和和Ug幅值差的主要原因，发电机的无功电流越幅值差的主要原因，发电机的无功电流越大，两者间的差值越大。大，两者间的差值越大。发电机的外特性必然是下降的。当励磁电流一定时，发电机端电压随无发电机的外特性必然是下降的。当励磁电流一定时，发电机端电压随无功负荷增大而下降。功负荷增大而下降。单机运行分析单机运行分析同步发电机的外特性同步发电机的外特性（二）控制无功功率的分配（二）控制无功功率的分配

4、单机对无穷大系统分析（矢量分析）单机对无穷大系统分析（矢量分析）12cossincosKsinq GGG GGdGqEUP UIPXIEK常 数 常 数 同 时 发电机发出的有功只受调速器控制，与励磁电流的大小无关改变励磁电流，发电机电势只能沿着虚线AA变化，发电机电流则沿着BB虚线变化单机对无穷大系统分析（矢量分析）单机对无穷大系统分析（矢量分析）结果表明：结果表明： 改变了励磁电流只是改变了机组的无功功率和功率角的改变了励磁电流只是改变了机组的无功功率和功率角的大小。大小。（三）提高同步发电机并联运行的稳定性（三）提高同步发电机并联运行的稳定性 1） 励磁对静态稳定的影响励磁对静态稳定的影

5、响 2） 励磁对暂态稳定的影响励磁对暂态稳定的影响励磁对静态稳定的影响励磁对静态稳定的影响自然稳定区：功角小于90度人工稳定区：功角大于90度不连续调节：不连续调节：A 可提高功率极限但不能扩大稳定区域（B)按偏移自动调节按偏移自动调节：功角偏移、电压偏移、电流偏移既提高功率极限又扩大稳定区域(C)按导数自动调节：按导数自动调节：功率极限更高稳定区域更大(e) 励磁对暂态稳定的影响励磁对暂态稳定的影响发电机的暂态稳定等面积法则发电机的暂态稳定等面积法则励磁对暂态稳定的影响励磁对暂态稳定的影响励磁时间常数与暂态励磁时间常数与暂态稳定极限功率的关系稳定极限功率的关系 强励倍数与暂态稳定极限功强励倍

6、数与暂态稳定极限功率的关系率的关系（四）改善电力系统的运行条件（异常）（四）改善电力系统的运行条件（异常）改善异步电动机的自启动条件改善异步电动机的自启动条件短路切除后电压的恢复 1-无自动励磁 2-有自动励磁改善电力系统的运行条件改善电力系统的运行条件为发电机异步运行创造条件为发电机异步运行创造条件 同步发电机失去励磁时，需要从系统中吸收大量无功，造成系统电压大幅度下降。如其它发电机组能提供足够无功，则失磁的发电机可能在一定的时间内以异步方式维持运行。提高继电保护装置工作的正确性提高继电保护装置工作的正确性 当系统低载运行时，发电机励磁电流不大，若发生故障，其短路电流较小且随时间衰减致带时限

7、的保护不能正确动作。增加励磁电流可增加短路电流，使保护正确动作。水轮发电机组要求实行强行励磁水轮发电机组要求实行强行励磁 当水轮发电机发生故障突然跳闸时，由于调速器的惯性不能迅速关闭导水叶，使转速急剧上升。如不迅速减低发电机励磁电流，则发电机电压的升高将危及到定子绝缘程度。故要求励磁控制系统能实现强行减磁。3.对励磁自动控制系统的基本要求对励磁自动控制系统的基本要求1）对励磁调节器的要求）对励磁调节器的要求维持正常电压、合理分配无功；维持正常电压、合理分配无功；没有失灵区；没有失灵区；快速响应；快速响应；调节过程稳定；调节过程稳定；系统在异常运行时有强励、减磁、灭磁等功能；系统在异常运行时有强

8、励、减磁、灭磁等功能；简单可靠、系列化、标准化简单可靠、系列化、标准化2）对励磁功率单元的要求）对励磁功率单元的要求有足够的调节容量；有足够的调节容量；有足够的励磁顶值电压和电压上升速度有足够的励磁顶值电压和电压上升速度励磁电压响应比励磁电压响应比励磁电压在最初励磁电压在最初0.5秒内上升的秒内上升的平均速度。平均速度。粗略反映励磁系统的动态指标。励磁系统电压响应时间励磁系统电压响应时间 励磁电压达到励磁电压达到95%顶值电压所需时间顶值电压所需时间 用响应时间作为动态性能评定指标。为什么用励磁电压伏秒曲线下的面积表示？根据法拉第电磁感应定律dttukdtdkudtdefdtffd)(10磁通

9、量的增量正比磁通量的增量正比于励磁电压伏秒曲于励磁电压伏秒曲线下的面积增量线下的面积增量EFq()/0.5cbaaUUUUUR励磁电压响应比R强励倍数强行励磁时提供的最高输出电压与额定励磁电压之比二、同步发电机励磁系统二、同步发电机励磁系统同步发电机的励磁电源为可控的直流电源。发电机励磁电源必须具备足够的调节容量。并且具有快速的励磁电压响应速度和具有一定的强励倍数。励磁功率单元为发电机的专用电源，它的起励方式力求简单方便。在电力系统发初期，同步发电机容量不大，一般采用直流励磁系统。随着容量提高以及大功率半导体技术的发展，交流励磁系统得到了大规模的应用。大机组的发展使自并励系统得到应用。1.直流

10、机励磁系统直流机励磁系统2.交流机励磁系统交流机励磁系统3.发电机自并励系统发电机自并励系统4.发电机强励、灭磁与强行减磁发电机强励、灭磁与强行减磁直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统直流励磁系统具有方便、可靠、波形好，对电源干扰小等优直流励磁系统具有方便、可靠、波形好，对电源干扰小等优点。点。由于靠机械整流子换向整流的，当励磁电流过大时，换向就由于靠机械整流子换向整流的，当励磁电流过大时，换向就很困难。直流励磁机工作容量小，适合小机组，一般在很困难。直流励磁机工作容量小，适合小机组，一般在10万万kw以下小容量机组中采用。以下小容量机组中采用。直流励磁机有电刷、整流子等转动接触部件，运行维护

11、成本直流励磁机有电刷、整流子等转动接触部件，运行维护成本高，从可靠性来讲，是励磁系统中的薄弱环节。高，从可靠性来讲，是励磁系统中的薄弱环节。在直流励磁系统中，以往采用电磁型调节器。这种调节器以在直流励磁系统中，以往采用电磁型调节器。这种调节器以磁放大器作为功率放大和综合信号的元件，反应速度较慢，磁放大器作为功率放大和综合信号的元件，反应速度较慢，但工作较为可靠。但工作较为可靠。直流励磁机大多与发电机同轴，是靠剩磁来建立电压的。直流励磁机大多与发电机同轴，是靠剩磁来建立电压的。按励磁供电方式的不同，又可以分为自励式和他励式两种。按励磁供电方式的不同，又可以分为自励式和他励式两种。1)自励直流励磁

12、机励磁系统自励直流励磁机励磁系统特点：无付励磁机，电流特点：无付励磁机，电流IRC、IAVC共同负担励磁绕组共同负担励磁绕组的调节功率。励磁调节器容量可减少的调节功率。励磁调节器容量可减少2)他励直流励磁机励磁系统他励直流励磁机励磁系统特点：有付励磁机，励磁单元时间常数减小，提高了励磁系统的电压特点：有付励磁机，励磁单元时间常数减小，提高了励磁系统的电压增长速率。一般用于水轮发电机组。增长速率。一般用于水轮发电机组。交流励磁机系统交流励磁机系统 容量在容量在100MW以上的同步发电机普遍采用交流励磁系统。以上的同步发电机普遍采用交流励磁系统。同步发电机的励磁机也是一台同步交流发电机，其输出电同

13、步发电机的励磁机也是一台同步交流发电机，其输出电压经过大规模整流器整流后供给发电机转子。压经过大规模整流器整流后供给发电机转子。交流励磁机励磁系统的核心是励磁机，输出频率和电压是交流励磁机励磁系统的核心是励磁机，输出频率和电压是根据需要特殊设计的，频率一般为根据需要特殊设计的，频率一般为100Hz或更高。或更高。按励磁供电方式的不同，也可以分为自励式和他励式两种。按励磁供电方式的不同，也可以分为自励式和他励式两种。A.他励交流励磁机励磁系统他励交流励磁机励磁系统1)交流励磁机静止整流器励磁系统交流励磁机静止整流器励磁系统特点：需起励电源，整流器为静止，有滑环特点：需起励电源，整流器为静止，有滑

14、环2)交流励磁机旋转整流器励磁系统（无刷）交流励磁机旋转整流器励磁系统（无刷）特点：不需起励电源，整流器旋转，无滑环。整流器需耐特点：不需起励电源，整流器旋转，无滑环。整流器需耐高速。高速。B.自励交流励磁机励磁系统自励交流励磁机励磁系统1)自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统特点：无付励磁机，时间常数小，调节快速。励磁机容量要比较大，工作于顶值电压。特点：无付励磁机，时间常数小，调节快速。励磁机容量要比较大，工作于顶值电压。2)自励交流励磁机静止整流器励磁系统自励交流励磁机静止整流器励磁系统特点：无付励磁机，时间常数小，响应速度比较慢。特点：无付励磁机，时

15、间常数小，响应速度比较慢。3.自并励系统（静态励磁）自并励系统（静态励磁）特点：无转动部分，调节速度快，缩短了机组长度，机组甩负荷的过电压低。特点：无转动部分，调节速度快，缩短了机组长度，机组甩负荷的过电压低。4.发电机强励、灭磁与强行减磁发电机强励、灭磁与强行减磁(发电机的励磁系统处于比较特殊的运行状态）发电机的励磁系统处于比较特殊的运行状态）强励作用：强励作用：强励作用是强行励磁作用的简称。当系统发生短路强励作用是强行励磁作用的简称。当系统发生短路时有关发电机的端电压都会剧烈下降。这时励磁系统进行强行励磁，时有关发电机的端电压都会剧烈下降。这时励磁系统进行强行励磁，向发电机转子回路送出较正

16、常额定值大的电流，向系统送出尽可能向发电机转子回路送出较正常额定值大的电流，向系统送出尽可能多的无功功率，加速电网电压的恢复。多的无功功率，加速电网电压的恢复。转子回路的灭磁：转子回路的灭磁：灭磁就是将发电机转子所储能量，在可能灭磁就是将发电机转子所储能量，在可能条件下迅速降到近似零的过程。条件下迅速降到近似零的过程。 常规电阻灭磁常规电阻灭磁 非线性电阻灭磁：非线性电阻灭磁：利用压敏特性即低压时有高阻。正常与转子绕组并联连接，发电机灭磁时有快速开关断开励磁电源。正常泄漏电流为微安级。 逆变灭磁逆变灭磁强行减磁强行减磁：水轮发电机突然甩负荷，转子空载运行，机组转速大幅度增高引起发电机电压突增。

17、为避免因过电压造成电机绝缘损坏，必须迅速减磁。常规电阻灭磁常规电阻灭磁灭磁过程示意曲线灭磁过程示意曲线灭磁电阻为转子线圈热态电阻的灭磁电阻为转子线圈热态电阻的4-5倍，灭磁时间约倍，灭磁时间约5-7秒秒三、励磁控制系统调节特性和并联机组三、励磁控制系统调节特性和并联机组间的无功分配间的无功分配1.励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图2.励磁调节器的静态工作特性励磁调节器的静态工作特性3.并联机组间的无功分配并联机组间的无功分配励磁控制系统框图励磁控制系统框图一、励磁调节器的基本特性与框图一、励磁调节器的基本特性与框图 励磁调节器最基本的功能是调节发电机的端电压。励磁调节器最基本

18、的功能是调节发电机的端电压。 常用的励磁调节器是比例式调节器。常用的励磁调节器是比例式调节器。 输入量是发电机机端电压；输入量是发电机机端电压； 输出量用来控制励磁功率单元。输出量用来控制励磁功率单元。如果发电机没有励磁调节器，依靠人工改变直流励磁机的磁场如果发电机没有励磁调节器，依靠人工改变直流励磁机的磁场电阻电阻Rc来调整机端电压。来调整机端电压。人工调节电压，可以分解为：人工调节电压，可以分解为： 测量测量 判断判断 执行执行比例式励磁调节器的工作与励磁机配合，控制发电机的转子电比例式励磁调节器的工作与励磁机配合，控制发电机的转子电流，组成闭环控制回路，实现对发电机端电压的自动调节。流，

19、组成闭环控制回路，实现对发电机端电压的自动调节。比例式励磁调节器的调节特性比例式励磁调节器的调节特性比例式励磁调节器闭环控制示意图比例式励磁调节器闭环控制示意图电压降低励磁电流电压降低励磁电流升高电压升高励磁升高电压升高励磁电流降低电流降低（模拟式）（模拟式）自动励磁调节器的构成环节自动励磁调节器的构成环节二、励磁调节器的静态工作特性二、励磁调节器的静态工作特性1、静态工作特性的合成、静态工作特性的合成2、发电机励磁自动控制系统静态特性、发电机励磁自动控制系统静态特性3、发电机调节特性的平移、发电机调节特性的平移1SM234SMde1234()UUKUUUUK*UdeREFGdeAVRAVRR

20、EFGAVRSMAVRREFGREFGdeSMUK UUUK UK K UUUUUUUUK K K K测量单元：放大单元：移项触发单元：励磁调节器的特性曲线，调节器的放大倍数：测量回路输出测量回路输出ude移相触发输出移相触发输出控制电压控制电压USM励磁控制电压输出励磁控制电压输出发电机端电压输出发电机端电压输出UG2、发电机励磁自动控制系统静态特性、发电机励磁自动控制系统静态特性发电机无功调节特性的形成发电机无功调节特性的形成 发电机的无功是励磁电流的函数 发电机励磁控制系统重要运行特性参数发电机励磁控制系统重要运行特性参数调差系数调差系数1G 21 *G 2 *GG NGGUUUUUU调

21、 差 系 数调差系数表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力调差系数表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力1G2100GGNUUU调差系数 用百分数表示，也可称为调差率，即：调差系数表示无功电流从零到额定值时，发电机电压的相对变化。调差系数表示无功电流从零到额定值时，发电机电压的相对变化。正调差正调差无差无差负调差负调差3、发电机调节特性的平移、发电机调节特性的平移发电机投入或退出电网时，要求能平稳地转移负荷，不对电网产生冲击。发电机投入或退出电网时，要求能平稳地转移负荷，不对电网产生冲击。移动发电机调节特性移动发电机调节特性的操作是通过改变励的操作是通过改变励磁调节器的整定值实磁调节器的整定值

22、实现的。现的。3.并联机组间的无功分配并联机组间的无功分配 发电机并联运行，改变任何一台发电机的发电机并联运行，改变任何一台发电机的励磁电流，不仅影响自身的无功调节流，励磁电流，不仅影响自身的无功调节流，而且还影响同一母线上其他并联运行机组而且还影响同一母线上其他并联运行机组的无功电流。的无功电流。无差无差：无差无差-负调差负调差 无差无差-负调差负调差 无差无差-无差无差正调差正调差无差调节特性无差调节特性1)无差无差-负调差负调差1)无差无差-正调差正调差2)无差无差-负调差负调差3)无差无差-无差无差2)无差无差-正调差正调差3)无差无差-无差无差3)无差无差-无差无差Uu2 G1 增增

23、 Q G2 增增 Q U2UU1 G1 增增 Q G2 减减 Q U=u1 G1承担全承担全Q G2 Q为零或为负为零或为负这种方式不能运行这种方式不能运行 3.并联机组间的无功分配并联机组间的无功分配正调差特性的发电机的并联运行正调差特性的发电机的并联运行 无功负荷分配如何做到最合理？无功负荷分配如何做到最合理？ 无功负荷的变化与它们的额定容量成正比。无功负荷的变化与它们的额定容量成正比。 正调差情况下，无功负荷波动正调差情况下，无功负荷波动时，并联发电机电压偏差相同，时，并联发电机电压偏差相同，调差系数小的发电机承担较多调差系数小的发电机承担较多的无功电流增量。的无功电流增量。机组间无功负

24、荷的分配机组间无功负荷的分配取决于它们的调差系数。取决于它们的调差系数。*GQUI 母线电压波动时，发电机无功电流的增母线电压波动时，发电机无功电流的增量与电压偏差成正比，与调差系数成反量与电压偏差成正比，与调差系数成反比，而与电压整定值无关。比，而与电压整定值无关。负号表示在正调差情况下，当母线电压负号表示在正调差情况下，当母线电压降低时，发电机无功电流将增加。降低时，发电机无功电流将增加。通常要求各台发电机无功负荷波动量与通常要求各台发电机无功负荷波动量与额定容量成正比，也就是无功电流波动额定容量成正比，也就是无功电流波动量的标幺值相等，也就是要求量的标幺值相等，也就是要求并联运行并联运行

25、发电机具有相同的调差系数。发电机具有相同的调差系数。00000*0*0001()GGGGNQQNGGQQNGGNGGQGGGGNGNUUUUIIUUIIUUUUIUUUUU四、励磁调节装置原理励磁调节装置原理励磁调节器的发展及分类励磁调节器的发展及分类 按元件分按元件分 机电型机电型 - 磁放大器磁放大器 - 半导体半导体 - 集成电路集成电路- 数字式数字式 按调节原理分按调节原理分 补偿型补偿型:补偿被某些因素所引起被调量的变化，使被调量维持在所要求的定值附近维持电压的性能较差（复式励磁）反馈型反馈型:按被调量与给定量的偏差进行调节，使被调量接近于给定值较好维持电压水平数字式励磁调节器原理

26、数字式励磁调节器原理 1）数字式励磁调节器的基本环节和构成）数字式励磁调节器的基本环节和构成 2）调节和控制的数学模型）调节和控制的数学模型 3）数字式励磁调节器软件）数字式励磁调节器软件数字式励磁调节器原理数字式励磁调节器原理（一）数字式励磁调节器的基本环节和构成（一）数字式励磁调节器的基本环节和构成-主控制单元（主机）主控制单元（主机）-是励磁调节器的核心单元是励磁调节器的核心单元 1） 中央处理（CPU）单元由主CPU、协处理器、BIOS（EPROM）、大容量内存（DRAM）等组成。支持显示设备、支持各类可编程中断和至少一个非屏蔽中断输入。2)总线接口-3）存储器部分-信息采集单元信息采

27、集单元1）模拟量信息采集电路-2）数字量信息采集电路调节和控制输出单元调节和控制输出单元1）移相触发单元2）控制信号输出人机接口人机接口1）程序调试2）参数设定和维护3）运行操作数字式励磁调节原理图数字式励磁调节原理图-主控制单元主控制单元信信息息采采集集单单元元信息采集单元信息采集单元调节和控制输出单元调节和控制输出单元人机接口人机接口主控制单元的构成主控制单元的构成-（2） 局部总线接口部分局部总线接口部分-由超大规模集成电路和可编阵列逻辑芯片实现，主要用于系统由超大规模集成电路和可编阵列逻辑芯片实现，主要用于系统集成，包括系统时钟发生器、总线控制器、中断控制器、计时集成，包括系统时钟发生

28、器、总线控制器、中断控制器、计时/定时器、动态定时器、动态RAM管理等管理等局部总线接口中扩展支持部分局部总线接口中扩展支持部分1） 系统设置跳线：确定系统运行方式系统设置跳线：确定系统运行方式2）实时时钟：日历时钟、可编程中断、矩形波发生器）实时时钟：日历时钟、可编程中断、矩形波发生器3）WATCHDOG定时器：对程序的执行起监督作用，一旦出错或死机，定时器：对程序的执行起监督作用，一旦出错或死机，则输出复位脉冲，重新运行程序并报警。则输出复位脉冲，重新运行程序并报警。4）总线终端网络：为）总线终端网络：为RC网络、数据总线、地址总线和控制总线提供提网络、数据总线、地址总线和控制总线提供提供

29、无源网络和上拉电阻支持，信号瞬变时，可降低尖峰脉冲信号和吸收一供无源网络和上拉电阻支持，信号瞬变时，可降低尖峰脉冲信号和吸收一些高频干扰信号。些高频干扰信号。（3） 存储器部分存储器部分-包括译码、写保护、存储器、后备电池等。包括译码、写保护、存储器、后备电池等。数字式用软件实现功能为存储逻辑，模拟式用硬件实现其功能为布线逻辑模拟量信息采集电路模拟量信息采集电路作用：把输入的模拟信号转化为二进制信号作用：把输入的模拟信号转化为二进制信号主要技术指标：主要技术指标：1)分辨率分辨率:表示对输入模拟信号值的反映能力。分辨率越高对输入信号大小的区别越精细。通常用数字量的位数N表示，其反应能力为N位数

30、字量最低位的权值。2) 量程：量程：即为能转换的输入电压范围。如：AD578量程在双极性时为 5V 10V 单极性时为0+10V或0+20V3)转换时间转换时间:完成一次A/D转换所需时间。 AD578为6微秒。1211N 120.0002424096 ，则即能对满量程的1/4096的增量变化做出反映AD578为为12位位主要技术指标：主要技术指标：4)转换精度转换精度绝对精度：绝对精度：指对应于一个给定的数字量的实际模拟量输入与理论模拟输入之差，用数字量的位数作为变量绝对精度的单位。绝对精度为变量低位的 ,表示为1/2LSB.如AD578为12位，最低位分辨率为 ,满量程为10V,则分辨率为

31、10VX= 2.44mv相对精度相对精度：是用百份数表示满量程的相对误差。如AD578,满量程为10V，相对精度为：1.22N 120.0122%10mVV ， 则*100%NoImage12211221A/D定时与逻辑控制典型接口定时与逻辑控制典型接口 A/D的启动转换控制信号由CPU通过控制端口CE送至A/D的START端，使A/D开始转换。 A/D转换完成时，通过SP端口使BUSY值由1到0，同时将ENABLE线变为低电平，CPU可通过查询BUSY的状态从数据端口DO读入A/D转换后数据的时机。模拟量输入通道模拟量输入通道发电机电压、电流经过发电机电压、电流经过TV和和TA接至调节装置，

32、隔离高电压、接至调节装置，隔离高电压、高电流。高电流。转子电流测量非常重要，用于励磁调节器的工作，如恒励磁转子电流测量非常重要，用于励磁调节器的工作，如恒励磁电流运行、瞬时电流限制和欠励限制等。电流运行、瞬时电流限制和欠励限制等。励磁电流直流变送器励磁电流直流变送器励磁电流交流变送器励磁电流交流变送器滤波电路滤波电路NoImage型滤波电路型滤波电路型滤波电路型滤波电路无源四端网络，利用电感和电容的频率特性。电感的直流电阻无源四端网络，利用电感和电容的频率特性。电感的直流电阻很小，而交流电抗很大，一般串在负载电路中，使整流后的交很小，而交流电抗很大，一般串在负载电路中，使整流后的交流脉动成分大

33、部份降在电感上。电容一般并联在负载电路中，流脉动成分大部份降在电感上。电容一般并联在负载电路中，用来旁路交流分量。用来旁路交流分量。桥式滤波（桥式滤波（快速滤波快速滤波） 数字量信息采集电路数字量信息采集电路励磁调节器需采集运行状态信息用于工况的判断：励磁调节器需采集运行状态信息用于工况的判断： 断路器状态、操作盘上开关状态、输入调节量的增减控制信号。这些状态信息和控制信号转换为高、低电平信息后，由接口电路光隔离器数字式输入接入总线。 光隔离器是以光为媒介传输电信号的器件。当输入端有电压使二极管发光时，受光器即产生光电流从输出端流出，实现了“电光电”转换的单向信号传递，实现了输入、输出间电气完

34、全隔离，抗干扰能力强。晶闸管构成的全控整流桥是励磁系统的功率单元。晶闸管需要按照一定的次序导通，需要按照一定的次序对晶闸管的门极施加触发脉冲，这是移相触发单元的任务。移相触发单元产生可调相位的脉冲，用来触发晶闸管，使其触发角能随着主控制单元输出的控制数据而改变，以控制晶闸管整流电路的输出，从而调节励磁电流。晶闸管触发脉冲与主电路的相位配合关系晶闸管触发脉冲与主电路的相位配合关系称为同步。称为同步。3 调节和控制输出单元调节和控制输出单元 1）移相触发单元移相触发单元(1)励磁调节器对移相触发单元的要求：励磁调节器对移相触发单元的要求：1）触发脉冲要有足够的功率（对电压、电流幅度有要求），使晶闸

35、管元件可靠的导通。2） 触发脉冲的上升前沿要陡，上升时间10us左右。触发脉冲要有一定的宽度，一般宽度要不小于100us，通常为1ms（相当于50Hz正弦波的18度）3） 触发单元与主电路隔离，以保证安全。4） 整个移相范围保证各相触发角一致，一般各相脉冲相位差应小于10度，三相桥式全控则小于5度。移相触发单元的工作包括：将控制单元输出的数字量移相触发单元的工作包括：将控制单元输出的数字量通过数字脉冲移相接口电路，再经过脉冲变压器形成通过数字脉冲移相接口电路，再经过脉冲变压器形成陡度、幅值和宽度足以触发晶闸管的脉冲，送至晶闸陡度、幅值和宽度足以触发晶闸管的脉冲，送至晶闸管的触发端。管的触发端。

36、移相触发单元的构成移相触发单元的构成(1)同步电压整型电路同步电压整型电路同步电压整型电路将同步变压器的二次电压整形为方波，在其同步电压整型电路将同步变压器的二次电压整形为方波，在其上升沿作为控制角的计时起点。即自然换相点。上升沿作为控制角的计时起点。即自然换相点。2)移相和脉冲形成电路移相和脉冲形成电路主控制单元计算输出的移相控制信号是一个数字量，要用来控主控制单元计算输出的移相控制信号是一个数字量，要用来控制晶闸管的触发角，需要数字制晶闸管的触发角，需要数字/脉冲电路。脉冲电路。 框图框图原理图原理图移相原理：把控制触发角换算成对应的延时移相原理：把控制触发角换算成对应的延时ta，再折，再

37、折算成对应的计数脉冲个数算成对应的计数脉冲个数D。角度换算成角度换算成D的公式为：的公式为：360360cctTDtfTf三相数字移相脉冲原理三相数字移相脉冲原理 T：交流电源周期：交流电源周期Fc:计数脉冲频率计数脉冲频率D:计数脉冲个数计数脉冲个数 (3)整流器接口电路整流器接口电路在控制单元和门极驱动接口之间实现电气隔离。在控制单元和门极驱动接口之间实现电气隔离。同时还具备监控功能。同时还具备监控功能。(4)门极驱动电路门极驱动电路门极驱动接口输出的脉冲应具有足够的功率，应有一门极驱动接口输出的脉冲应具有足够的功率，应有一定的陡度、幅度和宽度。定的陡度、幅度和宽度。微机发出的数字信号都是

38、微机发出的数字信号都是TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）电平，直接触发功率不够，因此都有脉冲放大环节。电平，直接触发功率不够，因此都有脉冲放大环节。两种触发脉冲形式：宽脉冲和双窄脉冲。两种触发脉冲形式：宽脉冲和双窄脉冲。形成宽脉冲要增形成宽脉冲要增加调制电路，对脉冲变压器的性能要求更高。多选用双窄脉冲形式。加调制电路，对脉冲变压器的性能要求更高。多选用双窄脉冲形式。脉冲功率放大电路脉冲功率放大电路脉冲形成电路原理图脉冲形成电路原理图双窄脉冲是将双窄脉冲是将120度的宽脉冲经过微度的宽脉冲经过微分电路形成的分电路形成的 。对于全控桥，向某一臂晶闸管送一对于全控桥，向某一臂晶闸管送一窄脉冲的同时向前

39、一臂晶闸管补发窄脉冲的同时向前一臂晶闸管补发一窄脉冲一窄脉冲。4 人机接口人机接口(1） 程序调试：面向软件专职人员程序调试：面向软件专职人员（2） 参数设定与维护：面向电厂技术人员参数设定与维护：面向电厂技术人员（3） 运行操作：面向值班运行人员运行操作：面向值班运行人员数字式励磁调节器的人机接口主要考虑满足现场人员的要数字式励磁调节器的人机接口主要考虑满足现场人员的要求，更具有智能化的优势。求，更具有智能化的优势。人人-机接口电路框图机接口电路框图2）调节和控制的数学模型）调节和控制的数学模型A.概述概述B.励磁调节器的基本调节方式励磁调节器的基本调节方式C.励磁调节器的辅助控制励磁调节器

40、的辅助控制D.调节器的可靠性调节器的可靠性（二）调节和控制的数学模型（二）调节和控制的数学模型1 概述概述按偏差的比例、积分和微分进行控制的按偏差的比例、积分和微分进行控制的PID调节器，是连续调节器，是连续控制系统中技术成熟、应用广泛的一种调节器。控制系统中技术成熟、应用广泛的一种调节器。PID参数可以在线整定。参数可以在线整定。PID调节器的传递函数调节器的传递函数 积分用求和逼近TiTj=000PIDePIDKDjIKDjITTTTTTTTppu(KT)=Ke(KT)e(jT)e(KT)-e(KT-T)为位置式：u(KT)是全量输出，是绝对值大小，与过去的状态值有关。位置式算法的计算量较

41、大，需要对(KT)作累积。另一种是增量式调节，调节量输出是增量 u(KT)。u(KT)=Ke(KT)e(jT)e(KT)-e(KT-T)u(KT-T)=10KDjIDITTTTTTTTppIDpIDIDKe(KT-T)e(jT)e(KT-T)-e(KT-2T)两式相减，得：u(KT)Ke(KT)-e(KT-T)Ke(KT)+K e(KT)-2e(KT-T)+e(KT-2T)Ke(KT)Ke(KT)+K e(KT)- e(KT-T)其中：K；K离散化PID数学模型只输出增量，控制器不会发生大幅度变化且只与近几次采样有关。2 励磁调节器的基本调节方式励磁调节器的基本调节方式维持电压恒定，实现并联机

42、组间的无功功率合理分配，是同步发电机维持电压恒定，实现并联机组间的无功功率合理分配，是同步发电机励磁控制系统的基本任务，也是正常运行的调节方式。励磁控制系统的基本任务，也是正常运行的调节方式。0()()()*Q()()REFGREFGUKTUKTUKTKTUKTIDppp如果：K ；K 0，则“u(KT)Ke(KT)K并联母线上运行的各发电机有相等的无功正调差（约3%4%）.在电压恒定运行方式下，为了实现并联发电机组间的无功功率的分配，考虑调差系数：u(KT)K称为自动运行方式。（只要确定了机端电压的整定值，不需人工干预）3 励磁调节器的辅助控制励磁调节器的辅助控制辅助控制不参与正常情况下的自

43、动控制，仅仅在发生非正常辅助控制不参与正常情况下的自动控制，仅仅在发生非正常状况时，需要励磁调节器某些特有的限制功能起相应的控制状况时，需要励磁调节器某些特有的限制功能起相应的控制左右。左右。励磁调节器中的辅助控制对提高励磁系统的稳定性、提高电励磁调节器中的辅助控制对提高励磁系统的稳定性、提高电力系统稳定及保护发电机、变压器、励磁机的安全运行有极力系统稳定及保护发电机、变压器、励磁机的安全运行有极其重要的作用。其重要的作用。瞬时励磁限制器瞬时励磁限制器:防止高励磁电压危及励磁机和发电机的安全。一旦超出发电机允许的强励顶值，限制器输出立即使励磁电流限制在Ifmax.最大励磁限制器：最大励磁限制器

44、：是防止发电机转子长时间过励磁而采用的安全措施。最小电流限制器：最小电流限制器：防止同步发电机欠励磁运行时，由滞后功率因数变为超前功率因数，从系统吸收无功的进相运行方式时越出静态稳定极限。1)瞬时电流限制瞬时电流限制UE(2)最大励磁电流限制最大励磁电流限制长时间过励磁限制长时间过励磁限制最大励磁限制器反时限特性最大励磁限制器反时限特性 22;TeWdtWRreRK I TKimaxrmaxmaxfmaxmaxf最大励磁限制器有两个不同的设定值：强励顶值电流限制值 I连续运行允许的过热限制值 I过热限制值由转子的等效过热时间常数和转子的等效冷却时间常数控制，励磁绕组的最大允许热能：W正常运行，

45、限制器不起作用。有效控制点是顶值电流限制值。故障强励时，过热电力积分器：W时，励磁电流限值为IW时，励磁电流限值为I ;()()fREFGIKTIKTrRf离散化后的恒励磁调节数学模型为：u(KT)KIfref根据限制条件分别用Ifmax、 Ifr代入。(3)最小励磁电流限制最小励磁电流限制进相功率运行，受静稳限制。进相功率运行，受静稳限制。2c o sc o s()(c o sc o ssinsin)sinsin ()(sinc o sc o ssin)sin(c o sc o s) /c o s(sin) /11() sin (2)sinc2GGGGGGGGGGGGGGeGGdGGGGGe

46、dePUIUIUIQUIUIUIIUUXIUXUUUPXXXdq进 相 运 行 时 ， 发 电 机 有 功 和 无 功 ：同 时 ： I I代 入 得 ：2222222222o s1111()() c o s(2)c o sc o s229 0 c o s0 ,11() sin (2)21111()() c o s(2)221111()()22GGGGGGededeGmGedGGmGededGGmededUUUUQXXXXXUPXXUUQXXXXUUPQXXXX处 于 静 稳 极 限 时 ，则所 以 ：得 到 发 电 机 功 率 圆 图 。222221111()()22GGmededUUPQX

47、XXX圆心圆心半径半径222221PQ1pqGPedGPdGeddGeddGeddpqPQKKUKX XUKXUXQPXXUXQPXXUXQPXXPQKK 实 现 欠 励 限 制 时 ， 用 直 线 作 为 限 制 线 ， 以 考 虑 无 功 储 备 ：对 于 如 图 曲 线 ：无 功 限 制 ：当时 ， 不 加 限 制 ；当时 ， 加 以 限 制 。在 微 机 检 测 中 ， 检 测、值 ， 当时 ， 发 出 欠 励 限 制 信 号阻 止 励 磁 电 流 继 续 变 小 ， 使 进 相 功 率 减 小 到 允 许 范 围 。分别令P=0，Q=0q无功限制在直线EF之內电压电压/频率限制和保护频率限制和保护电压电压/频率限制器称为磁通限制器，作用是限制发电机端电压和频率的频率限制器称为磁通限制器，作用是限制发电机端电压和频率的比值，防止发电机和