第2章同步發(fā)電機(jī)自動勵磁課件

1、4 44E.fN勵磁功率單元勵磁調(diào)節(jié)器勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)qGGdjEUI XIG發(fā)電機(jī)定子電流發(fā)電機(jī)定子電流(亦是負(fù)荷電流亦是負(fù)荷電流)Xd發(fā)電機(jī)直軸同步電抗發(fā)電機(jī)直軸同步電抗 IGUGEqXd等值電路圖等值電路圖GEWdQGGXIU cosEqdQGXIU qEG G 發(fā)電機(jī)功角，即發(fā)電機(jī)功角，即EqEq與與U UG G的相位差；的相位差；I IQ Q發(fā)電機(jī)定子電流無功分量；發(fā)電機(jī)定子電流無功分量； 發(fā)電機(jī)功率因數(shù)發(fā)電機(jī)功率因數(shù)( (亦是負(fù)荷功率因數(shù)亦是負(fù)荷功率因數(shù)) )。一般一般G值很小，可近似認(rèn)為值很小，可近似認(rèn)為cosG1qGGdjEUI X 上式說明，負(fù)荷的無功電流是造成上式說明，負(fù)

2、荷的無功電流是造成Eq和和UG幅值差的主要原幅值差的主要原因，發(fā)電機(jī)的無功電流越大，兩者間的差值也越大。因，發(fā)電機(jī)的無功電流越大，兩者間的差值也越大。EFqIE 結(jié)論：結(jié)論：dQGXIU qE同步發(fā)電機(jī)的外特性同步發(fā)電機(jī)的外特性 結(jié)論結(jié)論:勵磁控制系統(tǒng)通過不斷調(diào)節(jié)勵磁電流來維持勵磁控制系統(tǒng)通過不斷調(diào)節(jié)勵磁電流來維持機(jī)端電壓為給定值。機(jī)端電壓為給定值。曲線曲線1：IEF1不變，曲線不變，曲線2：IEF2不變不變勵磁不變勵磁不變:(UGe，IQ1) (UG2，IQ2)勵磁增加勵磁增加:(UGe，IQ1) (UGe，IQ2)dQGXIU qEGXL()QBUUIXXGqdQUEI XqXdBLQEU

3、IXXX-BXLXXUBUBXLQUUI XQ QGXqBL()UUIXXGXUU、若同步發(fā)電機(jī)接于無窮大電力系統(tǒng)、若同步發(fā)電機(jī)接于無窮大電力系統(tǒng)qGGdsinGGE UPC O SXUI 常 數(shù)q2sinEK常 數(shù)G1cosIK常數(shù)q2sinEK常數(shù)G1cosIK常數(shù)不變；不變；變；變變，變變sinsincoscosdGGqdGqGGqqEFXUPEXUEUQEEI*qI可采取的方法可采取的方法*QG-I-U*QI1 1、勵磁對靜態(tài)穩(wěn)定的影響、勵磁對靜態(tài)穩(wěn)定的影響對于某一固定的空載電動勢對于某一固定的空載電動勢Eq值，發(fā)電機(jī)傳輸功率值，發(fā)電機(jī)傳輸功率PG是功角是功角的正弦函數(shù)。的正弦函數(shù)。2

4、 2、勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響、勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響單機(jī)無限大母線系統(tǒng)單機(jī)無限大母線系統(tǒng)(b)(b)短路故障下，功率特性曲線的變化：短路故障下，功率特性曲線的變化： 初始工作曲線初始工作曲線1 1；短路后短路后3 3；故障切除故障切除2 2 暫態(tài)穩(wěn)定性決定于加速面積暫態(tài)穩(wěn)定性決定于加速面積abedabcdabedabcd是否小于或等于減速面積是否小于或等于減速面積dfeddfed提高暫態(tài)穩(wěn)定性有兩種方法提高暫態(tài)穩(wěn)定性有兩種方法1 1、減小加速面積減小加速面積：加快故障切除時間加快故障切除時間2 2、增大減速面積增大減速面積：提高勵磁電壓響應(yīng)比提高勵磁電壓響應(yīng)比；提提高強(qiáng)勵電壓倍數(shù)，使故障切除后的發(fā)

5、電機(jī)內(nèi)電高強(qiáng)勵電壓倍數(shù)，使故障切除后的發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢勢EqEq迅速上升，增加功率輸出，以達(dá)到增加減迅速上升，增加功率輸出，以達(dá)到增加減速面積的目的。速面積的目的。正常工作曲線正常工作曲線1 1；短路曲線；短路曲線3 3；強(qiáng)勵使功率特性；強(qiáng)勵使功率特性曲線增加到曲線增加到bcbc段（段（減少了加速面積減少了加速面積）；）；22時時故障切除；強(qiáng)勵使故障切除；強(qiáng)勵使曲線曲線2 2的的dehgdehg增加到增加到dedeh hg g （增大減速面積增大減速面積）；）；轉(zhuǎn)子功角最大值由轉(zhuǎn)子功角最大值由mm降降到到mm。 勵磁頂值電壓越高，電壓響應(yīng)越快，勵磁調(diào)節(jié)勵磁頂值電壓越高，電壓響應(yīng)越快，勵磁調(diào)節(jié)對改善

6、暫態(tài)穩(wěn)定的效果越明顯。但負(fù)面影響越對改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果越明顯。但負(fù)面影響越大。正確的思路是在不影響勵磁可靠性的基礎(chǔ)大。正確的思路是在不影響勵磁可靠性的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)勵磁強(qiáng)勵倍數(shù)。上強(qiáng)調(diào)勵磁強(qiáng)勵倍數(shù)。（水電（水電2 2倍倍; ;國標(biāo)國標(biāo)2 2倍倍+80%=2.5;+80%=2.5;三峽三峽2.5+80%=3.125;1000V,OK2.5+80%=3.125;1000V,OK）IIII 圖圖5.9 短路切除后電壓的恢復(fù)短路切除后電壓的恢復(fù)1無勵磁自動控制無勵磁自動控制 2有勵磁自動控制有勵磁自動控制發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵磁的作用可以加發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵磁的作用可以加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，有效地改速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，有效地

7、改善電動機(jī)的自啟動條件。善電動機(jī)的自啟動條件。勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖G發(fā)電機(jī)率單元勵磁功勵磁調(diào)節(jié)器輸入信息統(tǒng)系力電G勵磁系統(tǒng)的組成如圖勵磁系統(tǒng)的組成如圖: :勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖G發(fā)電機(jī)率單元勵磁功勵磁調(diào)節(jié)器輸入信息統(tǒng)系力電G勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖G發(fā)電機(jī)率單元勵磁功勵磁調(diào)節(jié)器輸入信息統(tǒng)系力電G。LLAVREEIIII ILLLL勵磁機(jī)的勵磁電流勵磁機(jī)的勵磁電流I IAVRAVR自動勵磁調(diào)節(jié)器輸出的電流自動勵磁調(diào)節(jié)器輸出的電流I IEEEE勵磁機(jī)提供的勵磁機(jī)的勵磁電流勵磁機(jī)提供的勵磁機(jī)的勵磁電流勵磁電流的調(diào)節(jié)方法：勵磁電流的調(diào)節(jié)方法：通過

8、人工調(diào)節(jié)勵磁機(jī)磁場電阻通過人工調(diào)節(jié)勵磁機(jī)磁場電阻R RC C來改變來改變勵磁機(jī)的勵磁電流勵磁機(jī)的勵磁電流I IEEEE，從而達(dá)到人工調(diào)整從而達(dá)到人工調(diào)整發(fā)電機(jī)勵磁電流發(fā)電機(jī)勵磁電流的目的，實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)勵磁的目的，實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)勵磁電流的電流的手動調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)。通過自動勵磁調(diào)節(jié)器實現(xiàn)對勵磁機(jī)的勵磁電流通過自動勵磁調(diào)節(jié)器實現(xiàn)對勵磁機(jī)的勵磁電流I IAVRAVR自動調(diào)節(jié)自動調(diào)節(jié)。不能實現(xiàn)全自動調(diào)節(jié)，而是手動與自動聯(lián)合調(diào)節(jié)。不能實現(xiàn)全自動調(diào)節(jié)，而是手動與自動聯(lián)合調(diào)節(jié)。交流勵磁機(jī)交流勵磁機(jī)交流副勵磁機(jī)交流副勵磁機(jī)同軸同軸副勵磁機(jī)：電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉(zhuǎn)副勵磁機(jī)：電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉(zhuǎn)主勵磁機(jī)：主勵

9、磁機(jī)：電樞旋轉(zhuǎn)，磁極（勵磁）靜止電樞旋轉(zhuǎn)，磁極（勵磁）靜止發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)： 電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉(zhuǎn)電樞靜止，磁極（勵磁）旋轉(zhuǎn)靜止靜止旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)勵磁變壓器勵磁變壓器勵磁變勵磁變壓器壓器靜止靜止 電力系統(tǒng)自動化55 式中式中REE、LEE勵磁機(jī)勵勵磁機(jī)勵磁線圈的電阻和電感。磁線圈的電阻和電感。IEE是按指數(shù)曲線增長的，其時間常數(shù)為：是按指數(shù)曲線增長的，其時間常數(shù)為：由于勵磁機(jī)電勢由于勵磁機(jī)電勢UEF正比于正比于IEE，UEF也是按指數(shù)曲線增加的。也是按指數(shù)曲線增加的。式中式中 E0自勵直流發(fā)電機(jī)的殘余電勢值自勵直流發(fā)電機(jī)的殘余電勢值U1勵磁機(jī)的工作電壓值勵磁機(jī)的工作電壓值IEE1 勵磁機(jī)的工作電

10、流值勵磁機(jī)的工作電流值 k比例常數(shù)比例常數(shù)交點交點1代表了自勵直流發(fā)電機(jī)的電壓建立條件和過程。代表了自勵直流發(fā)電機(jī)的電壓建立條件和過程。虛線代表了虛線代表了勵磁線圈的磁化曲線勵磁線圈的磁化曲線，在這條虛線上任一點的勵磁機(jī)電動勢為：，在這條虛線上任一點的勵磁機(jī)電動勢為：EFEEUdtIdLRIEEEEEE代入EEEFEEIUdtIkEdLRI0EEEEEE整理之，得整理之，得由此得自勵系統(tǒng)的時間常數(shù)由此得自勵系統(tǒng)的時間常數(shù):得 EEEEEEEECRLkRLT通常將勵磁電壓在最初通常將勵磁電壓在最初0.5s內(nèi)上升的平均速率定義為電壓響應(yīng)比。內(nèi)上升的平均速率定義為電壓響應(yīng)比。為強(qiáng)勵倍數(shù)aEFUUma

11、x. 勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時間為勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時間為0.1s或更短的勵磁系統(tǒng)，或更短的勵磁系統(tǒng)，稱為高初始響應(yīng)勵磁系統(tǒng)。稱為高初始響應(yīng)勵磁系統(tǒng)。 要求：要求： 1、滅磁時間短、滅磁時間短 2、滅磁過程中轉(zhuǎn)子電壓不應(yīng)超過允許值、滅磁過程中轉(zhuǎn)子電壓不應(yīng)超過允許值 （額定電壓的（額定電壓的45倍）倍） 轉(zhuǎn)子繞組端電壓的最大值與電阻轉(zhuǎn)子繞組端電壓的最大值與電阻Rm有關(guān)，電阻有關(guān)，電阻Rm越大，滅磁越大，滅磁過程越快，但過程越快，但eGEW0也就越大；電阻也就越大；電阻Rm越小，滅磁過程越慢，越小，滅磁過程越慢，但轉(zhuǎn)子繞組比較安全。但轉(zhuǎn)子繞組比較安全。 這就是說，在滅磁過程中，轉(zhuǎn)子回路的電流應(yīng)始終以等這就

12、是說，在滅磁過程中，轉(zhuǎn)子回路的電流應(yīng)始終以等速度減小，直至為零（而不是按指數(shù)曲線減小了）。速度減小，直至為零（而不是按指數(shù)曲線減小了）。 輸入量：發(fā)電機(jī)電壓輸入量：發(fā)電機(jī)電壓U UG G輸出量：勵磁機(jī)的勵磁電流或輸出量：勵磁機(jī)的勵磁電流或是轉(zhuǎn)子電流，通稱為是轉(zhuǎn)子電流，通稱為I IAVRAVR 基本環(huán)節(jié)基本環(huán)節(jié)：測量、放大、同步、觸發(fā)，實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)：測量、放大、同步、觸發(fā)，實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)和無功功率分配等最基本的調(diào)節(jié)功能。和無功功率分配等最基本的調(diào)節(jié)功能。 輔助控制輔助控制：是為滿足發(fā)電機(jī)不同工況，改善電力系統(tǒng)：是為滿足發(fā)電機(jī)不同工況，改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善勵磁控制系統(tǒng)動態(tài)特性而設(shè)置的單元。穩(wěn)定性

13、，改善勵磁控制系統(tǒng)動態(tài)特性而設(shè)置的單元。 當(dāng)自動勵磁調(diào)節(jié)器退出后，由自動切換裝置將手控單當(dāng)自動勵磁調(diào)節(jié)器退出后，由自動切換裝置將手控單元投入。元投入。 直流電壓直流電壓U Usese與來自電壓整定器與來自電壓整定器R RP P 的給定電壓進(jìn)行比較，取得的給定電壓進(jìn)行比較，取得偏差信號偏差信號U Udede，送綜合放大單元。，送綜合放大單元。加法器輸入量：加法器輸入量：U Usese+ +U UVZ1VZ1+ +U UVZ2VZ2 ， 其中：其中：U UVZ1VZ1是取自穩(wěn)壓管是取自穩(wěn)壓管VZ VZ 的的恒定負(fù)電壓，恒定負(fù)電壓，U UVZ2VZ2 是可變的整是可變的整定電壓。定電壓。 561kR

14、RRfc92kRRfc)(U121deVZcsecUKUK 特性為所示。特性為所示。873RkRRfc）（REF123121de)(UUUKUKUKUKsecVZcVZcsec 特性曲線可向右平移，如圖中虛線所示：特性曲線可向右平移，如圖中虛線所示：，則設(shè)0UVZ2因此調(diào)節(jié)電位器因此調(diào)節(jié)電位器RP 可改變發(fā)電機(jī)整定電壓的作用?？筛淖儼l(fā)電機(jī)整定電壓的作用。 由正競比電路，負(fù)競比電路、信號綜合放大電路和互補(bǔ)由正競比電路，負(fù)競比電路、信號綜合放大電路和互補(bǔ)輸出電路組成。輸出電路組成。（1）正競比電路：勵磁信號控制）正競比電路：勵磁信號控制（2）負(fù)競比電路：電壓）負(fù)競比電路：電壓/頻率限制器信號頻率限

15、制器信號（3）信號綜合放大電路：線性放大，雙向限幅）信號綜合放大電路：線性放大，雙向限幅（4）互補(bǔ)輸出電路：提高與下一級負(fù)載阻抗匹配能力）互補(bǔ)輸出電路：提高與下一級負(fù)載阻抗匹配能力 。 脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器則根據(jù)綜合放大單元送則根據(jù)綜合放大單元送來的綜合控制信號來的綜合控制信號USM和同步信號和同步信號比較，產(chǎn)生與主回路同步且相位可比較，產(chǎn)生與主回路同步且相位可控的觸發(fā)脈沖，并加以放大，最后控的觸發(fā)脈沖，并加以放大，最后輸出具有合適電壓幅值、合適脈沖輸出具有合適電壓幅值、合適脈沖寬度和足夠驅(qū)動能力的觸發(fā)脈沖，寬度和足夠驅(qū)動能力的觸發(fā)脈沖，送至晶閘管整流橋，以觸發(fā)晶閘管送至晶閘管整流橋，以觸發(fā)晶

16、閘管整流橋。整流橋。 脈沖給定基準(zhǔn)器脈沖給定基準(zhǔn)器用來平移綜合控制電壓用來平移綜合控制電壓USM與控制角與控制角的關(guān)系的關(guān)系(即移相特即移相特性性)，以使運行中的控制電壓，以使運行中的控制電壓USM在合適的范圍內(nèi)，而不致產(chǎn)生飽和失控。在合適的范圍內(nèi)，而不致產(chǎn)生飽和失控。勵磁調(diào)節(jié)器的特性曲線在工作區(qū)的陡度勵磁調(diào)節(jié)器的特性曲線在工作區(qū)的陡度是調(diào)節(jié)器的主要指標(biāo)之一是調(diào)節(jié)器的主要指標(biāo)之一AVRUGU測量比較K1綜合放大K2移相觸發(fā)K3可控整流K4REFUGUdeUSMUAVRU4321KKKKUUUUUUUUUUKAVRSMdeSMGREFdeGREFAVRGUREFUdeUdeUSMUAVRUAVR

17、UGUSMU1234AVRREFGUK K K KUUG勵勵磁磁機(jī)機(jī)baEFIGUEFIEEIGUGIEFIQI1GUGNGUU23GU321GGGUUU發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性：發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性： IEF= f（IQ）勵磁機(jī)定子電流勵磁機(jī)定子電流IEF （發(fā)電機(jī)（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流）與勵磁機(jī)的勵磁電轉(zhuǎn)子電流）與勵磁機(jī)的勵磁電流流IEE 之間是線性關(guān)系之間是線性關(guān)系dQGGqXIUEcos勵磁調(diào)解器勵磁調(diào)解器 調(diào)節(jié)特性稍有下傾，下傾調(diào)節(jié)特性稍有下傾，下傾的程度表征了發(fā)電機(jī)勵磁的程度表征了發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)運行特性的一個控制系統(tǒng)運行特性的一個重要參數(shù)：重要參數(shù)：調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù).發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流

18、直接用勵磁機(jī)的直接用勵磁機(jī)的勵磁電流來表示。勵磁電流來表示。*GG2G1GNG2G1UU-UUU-U 調(diào)差系數(shù)的定義：調(diào)差系數(shù)的定義：調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)表示了無功電流從零增加表示了無功電流從零增加到額定值時，發(fā)電機(jī)電壓的相對變化。到額定值時，發(fā)電機(jī)電壓的相對變化。調(diào)差系數(shù)越小，無功電流變化時發(fā)電調(diào)差系數(shù)越小，無功電流變化時發(fā)電機(jī)電壓機(jī)電壓變化越小。變化越小。所以，調(diào)差系數(shù)所以，調(diào)差系數(shù)表征了勵磁控制系表征了勵磁控制系統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)電壓的能力。統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)電壓的能力。UGIQIQNUG2UG1 在實際運行中，發(fā)電機(jī)一般采用正在實際運行中，發(fā)電機(jī)一般采用正調(diào)差系數(shù)。調(diào)差系數(shù)。 負(fù)調(diào)差系數(shù)主要是用來補(bǔ)償

19、變壓器負(fù)調(diào)差系數(shù)主要是用來補(bǔ)償變壓器阻抗上的壓降，使發(fā)電機(jī)阻抗上的壓降，使發(fā)電機(jī)-變壓器組變壓器組的外特性下傾度不致太厲害，這對的外特性下傾度不致太厲害，這對于大型機(jī)組是必要的。于大型機(jī)組是必要的。（1 1）當(dāng)發(fā)電機(jī)帶純無功負(fù)荷）當(dāng)發(fā)電機(jī)帶純無功負(fù)荷(cos=0(cos=0、=90=90) )時，作出相量圖時，作出相量圖由相量圖可以看出，由相量圖可以看出，在在cos=0cos=0時，勵磁調(diào)節(jié)器中增加調(diào)差單元之后，輸入勵磁調(diào)節(jié)時，勵磁調(diào)節(jié)器中增加調(diào)差單元之后，輸入勵磁調(diào)節(jié)器測量比較單元的電壓器測量比較單元的電壓U Ua a、U Ub b、U Uc c會隨發(fā)電機(jī)輸出電流的會隨發(fā)電機(jī)輸出電流的增加而

20、增加。增加而增加。結(jié)論：結(jié)論：綜上分析可知，勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差單元綜上分析可知，勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差單元只反映發(fā)電機(jī)無功功率的變化而基本不只反映發(fā)電機(jī)無功功率的變化而基本不反映有功功率的變化。反映有功功率的變化。結(jié)論：結(jié)論：兩相式調(diào)差單元接線會使發(fā)電機(jī)端電壓隨發(fā)電機(jī)輸出兩相式調(diào)差單元接線會使發(fā)電機(jī)端電壓隨發(fā)電機(jī)輸出電流的增加而下降。從而形成了正調(diào)差特性。電流的增加而下降。從而形成了正調(diào)差特性。改變改變R Ra a和和R Rc c的大小就可調(diào)整調(diào)差率的大小就可調(diào)整調(diào)差率的大小。的大小。對于負(fù)調(diào)差系數(shù)，其極性關(guān)系變?yōu)椋簩τ谪?fù)調(diào)差系數(shù)，其極性關(guān)系變?yōu)椋赫?fù)調(diào)差系數(shù)通過改變調(diào)差接線極性獲得。正負(fù)調(diào)差系數(shù)通過

21、改變調(diào)差接線極性獲得。caaaUUI RacccUUI RbbUU1 1、發(fā)電機(jī)退出電網(wǎng)時：、發(fā)電機(jī)退出電網(wǎng)時：若電網(wǎng)的無功電流從若電網(wǎng)的無功電流從I IQ1Q1減小到減小到I IQ2Q2時，再減小到時，再減小到I IQ3Q3, ,只需將發(fā)電只需將發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線從機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線從1 1平移到平移到2 2，再將調(diào)節(jié)特性繼續(xù)下移到，再將調(diào)節(jié)特性繼續(xù)下移到3 3的的位置，則發(fā)電機(jī)輸出的無功電流將減小到位置，則發(fā)電機(jī)輸出的無功電流將減小到0 0。這樣在機(jī)組退出運行時，就不會發(fā)生無功功率的突變，從而避這樣在機(jī)組退出運行時，就不會發(fā)生無功功率的突變，從而避免對電網(wǎng)的沖擊免對電網(wǎng)的沖擊. .2 2、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運行時：、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運行時： 當(dāng)可調(diào)電阻當(dāng)可調(diào)電阻RP的的19點（圖點（圖2-27中）右移，整定值增加時，調(diào)節(jié)器的工作中）右移，整定值增加時，調(diào)