自动装置原理

自动装置原理第1页，课件共40页，创作于2023年2月1.概述

励磁控制系统动态特性的指标

上升时间tr

超调量发电机端电压的最大瞬时值与稳态值之差对稳态值之比的百分数。调整时间ts输出量与稳态值之差达到并不再超过某一允许误差范围的时间(通常取稳态值的5%或2%）从稳态值10%上升到90%或从5%上升到95%或从0到100%的上升时间。第2页，课件共40页，创作于2023年2月1.概述

大、中型发电机励磁基本技术条件（GB7409-87）规定1、空载额定电压情况下：电压给定阶跃响应为10％时，超调发电机电压超调量不大于阶跃量的50％，摆动次数不大于3次，调整时间不超过10s。2、同步发电机零起升压：自动电压调节器应保证端电压超调量不得超过额定值的15％、摆动次数不大于3次、调整时间不大于10s。第3页，课件共40页，创作于2023年2月第二节励磁控制系统的传递函数

典型励磁系统的结构框图第4页，课件共40页，创作于2023年2月一、励磁机的传递函数他励直流励磁机第5页，课件共40页，创作于2023年2月励磁电流与励磁机电压是非线性关系，通常采用励磁机的饱和特性曲线计及其饱和影响。气隙特性的斜率是1/G.饱和函数---第6页，课件共40页，创作于2023年2月恒速下电压与气隙磁通成正比漏磁通与气隙磁通成正比C为常数，(1+c)定义为分散系数，一般假设为常数第7页，课件共40页，创作于2023年2月他励直流励磁机传递函数框图他励直流励磁机规格化框图第8页，课件共40页，创作于2023年2月交流励磁机的传递函数交流励磁机等效电路第9页，课件共40页，创作于2023年2月交流励磁机I型模型等效框图适用于励磁电压响应比较低的励磁系统，强励时交流机电压的变化比较缓慢。Te:励磁机不饱和时间常数TE:励磁机时间常数，随励磁机饱和程度变化SE不仅考虑空载饱和系数，还包括励磁机电枢反应和整流换弧压降的效应。第10页，课件共40页，创作于2023年2月高响应比的励磁系统

应用I型模型不合适，用AC-I模型。

主要区别：

对饱和系数SE、电枢反应KD、整流器换弧压降KC分别考虑，且SE只计及空载饱和因素。由于SE、KD、KC分别考虑，并引入了发电机励磁电流IEF,所以能更恰当地反映交流励磁机的电磁关系。

交流励磁机AC-I模型框图第11页，课件共40页，创作于2023年2月二、励磁调节器各单元的传递函数（模拟式）电压测量比较、综合放大、功率放大等环节构成。（一）电压测量比较单元的传递函数考虑延时，用一阶惯性环节来近似描述。时间参数TR是由滤波电路引起的，数值一般为0.02s－0.06s之间。第12页，课件共40页，创作于2023年2月（二）综合放大单元的传递函数

传递函数一般可视为放大系数为KA的一阶惯性环节（电磁型）。对于运算放大器TA可近似为零。放大器的输出电压有工作范围，故输出有一定限制。第13页，课件共40页，创作于2023年2月（三）功率放大单元的传递函数电子型励磁调节器的功率放大单元为晶闸管整流器。输出与控制信号存在着时滞。m:整流电路控制的相数F：电源频率第14页，课件共40页，创作于2023年2月第15页，课件共40页，创作于2023年2月四、励磁控制系统的传递函数

发电机测量单元综合放大单元励磁机第16页，课件共40页，创作于2023年2月我国采用较多的励磁系统模型。1交流励磁机系统（采用可控功率整流器）2）、3）调节器测量滤波部分4）综合放大和移相触发部分5）限制部分1）超前滞后网络部分

第17页，课件共40页，创作于2023年2月1交流励磁机系统（采用不控功率整流器）2）3）调节器测量与调差部分4）综合放大和移相触发5）限制部分6）7）9）组成他励式励磁机环节10）功率整流部分8）发电机励磁电流软反馈部分1）超前滞后网络部分第18页，课件共40页，创作于2023年2月2静止励磁机系统

与采用可控硅整流器的交流励磁机励磁系统的传递函数基本相同2）、3）调节器测量滤波部分4）综合放大和移相触发部分5）限制部分1）超前滞后网络部分第19页，课件共40页，创作于2023年2月第三节励磁控制系统的稳定性对任一线性自动控制，求得传递函数后，可根据特征方程式，按照稳定判据来确定稳定性。根轨迹是较为有用的方法，能迅速地获取近似的结果。为了得到高阶系统动态特性的精确结果，可列出状态方程，直接求取系统的特征值。随着计算机技术的发展，这种方法已得到了广泛的应用。第20页，课件共40页，创作于2023年2月根轨迹法所谓根轨迹法，就是用图解的方法确定出闭环特征根的一种方法。先在复数平面上画出系统某一参数的全部数值下的特征方程的所有根，即根轨迹。然后用图解的方法确定出该参数某一特定数值时的闭环特征根。从而分析出系统所具有的性能。或反之，在根迹上先确定出符合系统性能要求的闭环特征根。从而用图解的方法求出相应的系统应具有的参数值。第21页，课件共40页，创作于2023年2月1根轨迹连续性、对称性根轨迹是连续的，并且对称于实轴2根轨迹的起点，终点及条数根轨迹的n条分支从n个开环极点出发，其中m条最终趋向m个开环零点，另外n-m条趋向∞远处3实轴上有根轨迹的线段在实轴上的线段上存在根轨迹的条件是，其右边开环零、极点数目之和为奇数4根轨迹渐近线的相角n-m条渐近线的相角为5根轨迹渐近线的交点n-m条渐近线交点的坐标为6根轨迹的分离点根轨迹的分离点必须满足方程式7根轨迹的出射角和入射角出射角入射角8根轨迹与虚轴的交点以s=jω代入特征方程式求解或利用劳斯判据确定第22页，课件共40页，创作于2023年2月典型励磁控制系统的稳定计算第23页，课件共40页，创作于2023年2月第24页，课件共40页，创作于2023年2月第25页，课件共40页，创作于2023年2月根轨迹与与虚轴的交叉点根轨迹在实轴上的分离点根轨迹渐近线与实轴的交点和傾角-25-1.45-0.12为三个极点系统的动态特性不理想，随着闭环回路增益提高，轨迹变化将趋向转入右半平面。为改善控制系统稳定性需限制调节器的放大倍数，这与系统调节精度要求矛盾。要加校正环节才能适应稳定性要求。第26页，课件共40页，创作于2023年2月

二、励磁控制系统空载稳定性改善

通常用电压速率反馈环节提高励磁控制系统的稳定性。将励磁系统输出电压微分后，再反馈到综合放大器的输入端。这种并联校正的微分复反馈网络为励磁系统稳定器。

在发电机转子电压处增加一条电压速率负反馈回路。

第27页，课件共40页，创作于2023年2月第28页，课件共40页，创作于2023年2月第29页，课件共40页，创作于2023年2月第30页，课件共40页，创作于2023年2月开环传递函数的根轨迹图第31页，课件共40页，创作于2023年2月第32页，课件共40页，创作于2023年2月三、励磁系统稳定器电路改变电位器R1、R3（同轴且阻值相等），可改变微分时间常数，改变R5可改变励磁稳定器的增益。一级微分放大器励磁机磁场电流第33页，课件共40页，创作于2023年2月第4节励磁自动控制系统对电力系统

稳定的影响

一、励磁控制对电力系统静态稳定的影响

1）励磁提供负阻尼分析

2）电力系统低频振荡

二、改善电力系统稳定性的措施－PSS1）电力系统稳定器原理2）电力系统稳定器的实现第34页，课件共40页，创作于2023年2月

一、励磁控制对电力系统静态稳定的影响

1）励磁提供负阻尼分析

同步转矩：由定子绕组和气隙磁通的基波分量在同步转速的情况下相互作用而产生的转矩。

阻尼转矩：由于定子绕组磁场有了相对运动，产生转速增量，因而在转子绕组、阻尼绕组中感应电流而产生的转距。

转速超前功角90度同步转矩与功角同相位阻尼转矩与转速同相位第35页，课件共40页，创作于2023年2月励磁系统提供负阻尼的分析

1）定性分析（矢量分析）

2）定量分析(复转矩系数法）

首先建立系统的传递函数表达式，然后将S用j代替，重新整理得到传递函数的表达式，含j为阻尼转矩分量，不含为同步转矩分量，可算出两个分量的大小。发电机原同步转矩第36页，课件共40页，创作于2023年2月2）电力系统低频

在电力系统联系薄弱、重负荷工况，且发电机采用快速高放大倍数的励磁系统时，电力系统可能发生低频振荡

发电机转子的相对摇摆振荡频率大约在0.1－2.5Hz之间机电振荡第37页，课件共40页，创作于2023年2月励磁调节器提供负阻尼的原因：第38页，课件共40页，创作于2023年2月2