同步發(fā)電機勵磁控制實驗

1、專業(yè)： 電氣工程及其自動化姓名：實驗報告學號：日期：地點：教 2-105課程名稱：電力系統(tǒng)分析綜合實驗指導老師：成績： _實驗名稱：同步發(fā)電機勵磁控制實驗實驗類型： _ 同組學生姓名： _一、實驗目的1. 加深理解同步發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)原理和勵磁控制系統(tǒng)的基本任務；2. 了解自并勵勵磁方式和它勵勵磁方式的特點；3. 熟悉三相全控橋整流、逆變的工作波形；觀察觸發(fā)脈沖及其相位移動；4. 了解微機勵磁調(diào)節(jié)器的基本控制方式；5. 掌握勵磁調(diào)節(jié)器的基本使用方法；6. 了解電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用；觀察強勵現(xiàn)象及其對穩(wěn)定的影響。二、原理與說明同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩部分組成，它們和同步發(fā)電

2、機結合在一起就構成一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，稱為勵磁控制系統(tǒng)。勵磁控制系統(tǒng)的三大基本任務是：穩(wěn)定電壓，合理分配無功功率和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。圖 1勵磁控制系統(tǒng)示意圖實驗用的勵磁控制系統(tǒng)示意圖如圖l 所示?？晒┻x擇的勵磁方式有兩種：自并勵和它勵。當三相全控1橋的交流勵磁電源取自發(fā)電機機端時，構成自并勵勵磁系統(tǒng)。而當交流勵磁電源取自380V 市電時，構成它勵勵磁系統(tǒng)。兩種勵磁方式的可控整流橋均是由微機自動勵磁調(diào)節(jié)器控制的，觸發(fā)脈沖為雙脈沖，具有最大最小角限制。微機勵磁調(diào)節(jié)器的控制方式有四種：恒 UF (保持機端電壓穩(wěn)定)、恒 IL(保持勵磁電流穩(wěn)定)、恒 Q(保持發(fā)電機輸出無功功率穩(wěn)定)和恒(保持控制

3、角穩(wěn)定)。其中，恒方式是一種開環(huán)控制方式，只限于它勵方式下使用。同步發(fā)電機并入電力系統(tǒng)之前，勵磁調(diào)節(jié)裝置能維持機端電壓在給定水平。當 操作勵磁調(diào)節(jié)器的增減磁按鈕，可以升高或降低發(fā)電機電壓；當發(fā)電機并網(wǎng)運行時，操作勵磁調(diào)節(jié)器的增減磁按鈕，可以增加或減少發(fā)電機的無功輸出，其機端電壓按調(diào)差特性曲線變 化 。發(fā)電機正常運行時，三相全控橋處于整流狀態(tài)，控制角小于 90；當正常停機或事故停機時，調(diào)節(jié)器使控制角大于 90，實現(xiàn)逆變滅磁。三、實驗項目和方法(一) 不同角(控制角 )對應的勵磁電壓波形觀測(1) 合上操作電源開關，檢查實驗臺上各開關狀態(tài)：各開關信號燈應綠燈亮、紅燈熄；(2) 勵磁系統(tǒng)選擇它勵勵磁

4、方式：操作“勵磁方式開關”切到“微機它勵”方式，調(diào)節(jié)器面板“它勵”指示燈亮；(3) 勵磁調(diào)節(jié)器選擇恒運行方式：操作調(diào)節(jié)器面板上的“恒”按鈕選擇為恒方式，面板上的“恒”指示燈亮；(4) 合上勵磁開關，合上原動機開關；(5) 在不啟動機組的狀態(tài)下，松開微機勵磁調(diào)節(jié)器的滅磁按鈕，操作增磁按鈕或減磁按鈕即可逐漸減小或增加控制角 ，從而改變?nèi)嗳貥虻碾妷狠敵黾捌洳ㄐ?。注意：微機自動勵磁調(diào)節(jié)器上的增減磁按鈕鍵只持續(xù) 5 秒內(nèi)有效，過了 5 秒后如還需2要調(diào)節(jié)，則松開按鈕，重新按下。表 2-1勵 磁 電 流 Ifd0.0A0.5A1.5A2.5A顯示控制角84.578.166.252.1勵 磁 電 壓 U

5、fd6.016.436.458.4交流輸入電壓UAC76767574由公式計算的85.076.257.428.7(6) 調(diào)節(jié)控制角大于 90 度但小于 120 度，觀察全控橋輸出電壓波形，與課本所畫波形有何不同？為什么 ？(7) 調(diào)節(jié)控制角大于 120 度，觀察全控橋輸出電壓波形，與課本所畫波形有何不同?為什么？(二) 同步發(fā)電機起勵實驗同步發(fā)電機的起勵有三種：恒UF方式起勵，恒方式起勵和恒IL 方式起勵。其中，除了恒方式起勵只能在它勵方式下有效外，其余兩種方式起勵都可以分別在它勵和自并勵兩種勵磁方式下進行。恒 UF方式起勵，現(xiàn)代勵磁調(diào)節(jié)器通常有“設定電壓起勵”和“跟蹤系統(tǒng)電壓起勵”的兩種起勵

6、方式。設定電壓起勵，是指電壓設定值由運行人員手動設定，起勵后的發(fā)電3機電壓穩(wěn)定在手動設定的電壓水平上；跟蹤系統(tǒng)電壓起勵，是指電壓設定值自動跟蹤系統(tǒng)電壓，人工不能干預，起勵后的發(fā)電機電壓穩(wěn)定在與系統(tǒng)電壓相同的電壓水平上，有效跟蹤范圍為85115額定電壓；“跟蹤系統(tǒng)電壓起勵”方式是發(fā)電機正常發(fā)電運行默認的起勵方式，而“設定電壓起勵”方式通常用于勵磁系統(tǒng)的調(diào)試試驗。恒 IL方式起勵，也是一種用于試驗的起勵方式，其設定值由程序自動設定，人工不能干預，起勵后的發(fā)電機電壓一般為 20額定電壓左右；恒方式起勵只適用于它勵勵磁方式，可以做到從零電壓或殘壓開始由人工調(diào)節(jié)逐漸增加勵磁，完成起勵建壓任務。1恒 UF

7、方式起勵步驟(1) 將“勵磁方式開關”切到“微機自勵”方式，投入“勵磁開關”；(2) 按下“恒 UF”按鈕選擇恒 UF控制方式，此時恒 UF指示燈亮；將調(diào)節(jié)器操作面板上的“滅磁”按鈕按下，此時滅磁指示燈亮，表示處于滅磁位置；(3) 啟動機組；(4) 當 轉 速 接 近 額 定 時 ， ( 頻 率 47Hz) ，將“ 滅 磁 ”按 鈕 松 開 ，發(fā) 電 機 起 勵 建 壓 。注 意 觀 察在起勵時勵磁電流和勵磁電壓的變化(看勵磁電流表和電壓表)。觀察起勵時間，上升速度，超調(diào)，振蕩次數(shù)，穩(wěn)定時間等指標，記錄起勵后的穩(wěn)態(tài)電壓和系統(tǒng)電壓。上述的這種起勵方式是通過手動解除“滅磁”狀態(tài)完成的，實際上還可以

8、讓發(fā)電機自動完成起勵，其操作步驟如下：(1) 將“勵磁方式開關”切到“微機自勵”方式，投入“勵磁開關”；(2) 按下“恒 UF”按鈕選擇恒 UF控制方式，此時恒 UF指示燈亮；(3) 使調(diào)節(jié)器操作面板上的“ 滅磁”按 鈕為彈起松開狀態(tài)(注意，此時滅磁指示燈仍然是亮的 ) ；(4) 啟動機組；(5)注 意 觀 察 ，當 發(fā) 電 機 轉 速 接 近 額 定 時 ( 頻 率 47Hz) ，滅 磁 燈 自 動 熄 滅 ，機 組 自 動 起 勵 建壓，整個起勵過程由機組轉速控制，無需人工干預，這就是發(fā)電廠機組的正常起勵方式。同理，發(fā)電機停機時，也可由轉速控制逆變滅磁。改變系統(tǒng)電壓，重復起勵(無需停機、開

9、機，只需滅磁、解除滅磁)，觀察記錄發(fā)電機電壓的跟蹤精度和有效跟蹤范圍以及在有效跟蹤范圍外起勵的穩(wěn)定電壓。按下滅磁按鈕并斷開勵磁開關，將“勵磁方式開關”改切到“微機它勵”位置，恢復4投入“勵磁開關”(注意：若改換勵磁方式時，必須首先按下滅磁按鈕并斷開勵磁開關！否則將可能引起轉子過電壓，危及勵磁系統(tǒng)安全。)本勵磁調(diào)節(jié)器將它勵恒 UF運行方式下的起勵模式設計成“設定電壓起勵”方式(這里只是為了試驗方便，實際勵磁調(diào)節(jié)器不論何種勵磁方式均可有兩種恒 UF起勵方式)，起勵前允許運行人員手動借助增減磁按鈕設定電壓紿定值，選擇范圍為 0110額定電壓。用滅磁和解除滅磁的方法，重復進行不同設定值的起勵試驗，觀察

10、起勵過程，記錄設定值和起勵后的穩(wěn)定值。2恒 IL方式起勵步驟(1) 將“ 勵磁方式開關”切 到“ 微機自勵”方式或者“微機它勵”方 式，投入“ 勵磁開關”；(2) 按下“恒 IL”按鈕選擇恒 IL控制方式，此時恒 IL指示燈亮；(3) 將調(diào)節(jié)器操作面板上的“滅磁”按鈕按下，此時滅磁指示燈亮，表示處于滅磁位置；(4) 啟動機組；(5) 當 轉 速 接 近 額 定 時 ( 頻 率 >=47Hz) ， 將 “ 滅 磁 ” 按 鈕 松 開 ， 發(fā) 電 機 自 動 起 勵 建 壓 ， 記 錄起勵后的穩(wěn)定電壓。起勵完成后，操作增減磁按鈕可以自由調(diào)整發(fā)電機電壓。3恒方式起勵步驟(1) 將“勵磁方式開關

11、”切到“微機它勵”方式，投入“勵磁開關”；(2) 按下恒按鈕選擇恒控制方式，此時恒指示燈亮；(3) 將調(diào)節(jié)器操作面板上的“滅磁”按鈕按下，此時滅磁指示燈亮，表示處于滅磁位置；(4) 啟動機組；(5) 當 轉 速 接 近 額 定 時 ( 頻 率 >=47Hz) ， 將 “ 滅 磁 ” 按 鈕 松 開 ， 然 后 手 動 增 磁 ， 直 到 發(fā) 電 機起勵建壓；(6) 注意比較恒 方式起勵與前兩種起勵方式有何不同。(三) 控制方式及其相互切換本型微機勵磁調(diào)節(jié)器具有恒 UF，恒 IL，恒 Q，恒等四種控制方式，分別具有各自特點，請通過以下試驗自行體會和總結。51恒 UF方式選擇它勵恒 UF方式

12、，開機建壓不并網(wǎng)，改變機組轉速 45HZ 55HZ ，記錄頻率與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角 的關系數(shù)據(jù)：表 2-2發(fā)電機頻率發(fā)電機電壓勵磁電流勵磁電壓控 制 角46Hz380.01.1230.270.348Hz380.00.9726.872.350Hz380.00.8524.073.852Hz381.10.7622.474.954Hz381.10.6820.676.02恒 IL方式選擇它勵恒 IL方式，開機建壓不并網(wǎng)，改變機組轉速 45HZ 55HZ，記錄頻率與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角 的關系數(shù)據(jù)：表 2-3發(fā)電機頻率發(fā)電機電壓勵磁電流勵磁電壓控制角46Hz346.60.8624.673

13、.748Hz362.40.8724.674.150Hz380.00.8725.173.552Hz394.00.8724.873.954Hz409.20.8624.873.83 恒方 式選擇它勵恒 方式，開機建壓不并網(wǎng)，改變機組轉速 45HZ55HZ ，記錄頻率與發(fā)電機 電 壓 、 勵 磁 電 流 、 控 制 角 a 的 關 系 數(shù) 據(jù) ：表 2-4發(fā)電機頻率發(fā)電機電壓勵磁電流勵磁電壓控 制 角646Hz349.60.9025.473.348Hz365.90.9025.673.3續(xù)表50Hz380.00.8825.373.3發(fā)電機頻率發(fā)電機電壓勵磁電流勵磁電壓控 制 角52Hz395.70.88

14、25.373.354Hz410.90.8825.573.34恒 Q方式選擇它勵恒 UF方式，開機建壓，并網(wǎng)后選擇恒 Q方式(并網(wǎng)前恒 Q 方式非法，調(diào)節(jié)器拒絕接受恒 Q 命令)，帶一定的有功、無功負荷后，記錄下系統(tǒng)電壓為 380V 時發(fā)電機的初始狀態(tài)，注意方式切換時，要在此狀態(tài)下進行。改變系統(tǒng)電壓，記錄系統(tǒng)電壓與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角 ，無功功率的關系數(shù)據(jù)：表 2-5發(fā)電機電發(fā)電機電系統(tǒng)電壓勵磁電流控制角有功功率無功功率壓流360V384.61.131.0570.7660200370V395.21.041.1169.0633200380V408.00.981.2368.864220039

15、0V413.90.971.2668.3604198400V415.60.951.2368.260695將系統(tǒng)電壓恢復到 380V ，勵磁調(diào)節(jié)器控制方式選擇為恒 UF方式，改變系統(tǒng)電壓，記錄系統(tǒng)電壓與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角 ，無功功率的關系數(shù)據(jù)：表 2-6系統(tǒng)電壓發(fā)電機電發(fā)電機電勵磁電流控制角有功功率無功功率7壓流360V377.01.080.9572.2636118續(xù)表370V381.11.130.8573.4640-198380V380.01.040.8873.0604-70發(fā)電機電發(fā)電機電系統(tǒng)電壓壓流勵磁電流控制角 有功功率無功功率390V377.61.050.9172.862444

16、00V381.71.150.8373.8647-243將系統(tǒng)電壓恢復到 380V ，勵磁調(diào)節(jié)器控制方式選擇為恒 IL方式，改變系統(tǒng)電壓，記錄系統(tǒng)電壓與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角 ，無功功率的關系數(shù)據(jù)：表 2-7發(fā)電機電發(fā)電機電系統(tǒng)電壓勵磁電流控制角有功功率無功功率壓流360V372.41.070.9272.264279370V376.41.060.9072.463818380V380.51.090.9272.9650-75390V386.40.980.9172.5585-125400V389.91.000.9272.5581-184將系統(tǒng)電壓恢復到 380V ，勵磁調(diào)節(jié)器控制方式選擇為恒 方

17、式，改變系統(tǒng)電壓，記錄系統(tǒng)電壓與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角 ，無功功率的關系數(shù)據(jù)：表 2-8系統(tǒng)電壓發(fā)電機電發(fā)電機電勵磁電流控制角有功功率無功功率8壓流360V369.41.110.9072.864998370V375.31.060.9072.862710380V380.51.020.9172.8599-41390V382.91.020.9072.8597-123400V386.41.010.9072.8567-191注意：四種控制方式相互切換時，切換前后運行工作點應重合。5負荷調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)調(diào)速器的增速減速按鈕，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出有功功率，調(diào)節(jié)勵磁調(diào)節(jié)器的增磁減磁按鈕，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出無功功率

18、。由于輸電線路比較長，當有功功率增到額定值時，功角較大(與電廠機組相比)，必要時投入雙回線；當無功功率到額定值時，線路兩端電壓降落較大，但由于發(fā)電機電壓具有上限限制，所以需要降低系統(tǒng)電壓來使無功功率上升，必要時投入雙回線。記錄發(fā)電機額定運行時的勵磁電流，勵磁電壓和控制角。將有功、無功減到零值作空載運行，記錄發(fā)電機空載運行時的勵磁電流，勵磁電壓和控制角。了解額定控制角和空載控制角的大致度數(shù)，了解空載勵磁電流與額定勵磁電流的大致比值。表 2-9發(fā)電機狀態(tài)勵磁電流勵磁電壓控 制 角空 載0.7122.675.2半 負 載1.3035.568.0額定負載1.1745.362.29(四) 停機滅磁發(fā)電機

19、解列后，直接控制調(diào)速器停機，勵磁調(diào)節(jié)器在轉速下降到 43HZ以下時自動進行逆變滅磁。待機組停穩(wěn)，斷開原動機開關，跳開勵磁和線路等開關，切除操作電源總開 關 。四 分析與思考1三相可控橋對觸發(fā)脈沖有什么要求?答：上橋臂觸發(fā)脈沖各差120°， 下橋臂觸發(fā)脈沖各差 120°， 同一相上下橋臂觸發(fā)脈沖差180°， 可以采用80°100°的 寬脈沖觸發(fā)，也可以采用兩個香味相差60°的 寬度為20°的 雙窄脈沖觸發(fā)。2為什么在恒方式下，必須手動“增磁”才能起勵建壓?答 ： 恒 方 式 是 一 種 開 環(huán) 控 制 方 式 ， 只 限 于

20、它 勵 方 式 下 使 用 。 由 公 式 U d2.34U 2 cos得，在不變的情況下，必須通過增磁從而增加U2 達到起勵建壓的目的。3比較恒 UF方式起勵、恒 IL方式起勵和恒方式起勵有何不同?答：恒UF 方式起勵：由系統(tǒng)或者人為設定一個電壓值，起勵后發(fā)電機能夠自動穩(wěn)定在該電壓水平上。恒 IL 方式起勵：是一種試驗的起勵方式，其設定值由程序自動設定，起勵后發(fā)電機電壓一般為額定電壓的 20%左右，電流恒定在設定值水平。恒 方 式 起 勵 ： 是 一 種 開 環(huán) 控 制 方 式 ， 只 適 用 于 他 勵 勵 磁 方 式 ， 可 以 從 零 電 壓 或 者 殘 壓開始由人工調(diào)節(jié)逐漸增加勵磁，完成建壓任務。4逆變滅磁與跳勵磁開關滅磁主要有什么區(qū)別?答：若發(fā)電機利用全控橋進行逆變滅磁，必須使最小逆變角大于換流角及晶閘管關斷角之和，而跳勵磁開關是由相應的繼保裝置檢測到某種值超過負荷整定值范圍時，迅速關10斷 。5比較在它勵方式下逆變滅磁與在自并勵下逆變滅磁有什么差別？答：它勵是針對直流發(fā)電機作為勵磁機向交流發(fā)電機提供勵磁電流，那么它勵下的逆變滅磁是滅掉直流發(fā)電機的勵磁電流，從而使直流發(fā)電機無法向交流發(fā)電機提供勵磁電流。這種勵磁方式一般適用于50MW以下的機組。自并勵是交流發(fā)電機增設勵磁變壓器提供勵磁，他是直接通過可控硅整流輸出到交流發(fā)電機的轉子。6 比較四種運行方式：恒UF