第三章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)

第三章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)

第一節(jié)概述基本概念同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流：轉(zhuǎn)子電流同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)：一般指與同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的建立、調(diào)整、消滅有關(guān)的部件、設(shè)備及其接線所構(gòu)成的一整套裝置。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)組成：勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)：同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)+同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)：具有自動(dòng)調(diào)節(jié)、控制的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)（反饋系統(tǒng)）同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)

勵(lì)磁功率單元

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

G發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)一勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成控制同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)的空載電動(dòng)勢(shì)的大小發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流二同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)

電壓控制控制無功功率的分配提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)行強(qiáng)行減磁GIEF

負(fù)荷中的無功電流是造成Eq和UG幅值差的主要原因。1電壓控制（目的維持機(jī)端電壓在給定的水平）GEWxdIEF1UGUG2UGNIQIEF2IQ2IQ1同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)就是通過不斷地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來維持端電壓在給定水平的。曲線1的A到B：保持不變勵(lì)磁不變曲線1的A到曲線2的C：要保持不變勵(lì)磁增加ABC

要使發(fā)電機(jī)端電壓上升至額定值，則可增加勵(lì)磁電流UG3DIQ3E曲線1的A到曲線3的E：IEF3要保持端電壓不變，則可減少勵(lì)磁電流勵(lì)磁減少GIGUG=Constant2控制無功功率的分配(a)設(shè)同步發(fā)電機(jī)與無限大母線并列運(yùn)行，則發(fā)電機(jī)端電壓不隨負(fù)荷大小而變化，是一個(gè)恒定值發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率只受調(diào)速器控制，與勵(lì)磁電流的大小無關(guān)。無論勵(lì)磁電流如何變化，發(fā)電機(jī)的有功功率,均為常數(shù)的端點(diǎn)則沿著虛線變化的端點(diǎn)則沿著虛線變化。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化改變了機(jī)組的無功功率和功率角的大小。調(diào)節(jié)與無限大母線并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組的勵(lì)磁電流可以改變發(fā)電機(jī)無功功率的數(shù)值。則無功電流也隨之發(fā)生變化。則勵(lì)磁電流也隨之變化。電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，經(jīng)受微小擾動(dòng)后恢復(fù)到原來運(yùn)行狀態(tài)的能力。

(用微分方程建立該動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行方式下突然遭受大擾動(dòng)后，能否過渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)、或者恢復(fù)到原來運(yùn)行狀態(tài)的能力。(用微分－代數(shù)方程建立該動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)受到小的或大的干擾后，計(jì)及自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制裝置作用的長過程的運(yùn)行穩(wěn)定問題稱為動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

3提高同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定:電力系統(tǒng)在運(yùn)行中隨時(shí)都可能遭受各種擾動(dòng)后，發(fā)電機(jī)組能夠恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者過渡到另一個(gè)新的運(yùn)行狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。電力系統(tǒng)穩(wěn)定分：靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定PP1）勵(lì)磁對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響內(nèi)功率特性外功率特性無勵(lì)磁調(diào)節(jié)，Eq=常數(shù)有勵(lì)磁調(diào)節(jié)，UG=常數(shù)2）勵(lì)磁對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響PPG0bacdF123功角特性曲線I：對(duì)應(yīng)于故障前雙回線運(yùn)行；功角特性曲線2：對(duì)應(yīng)于一回線故障時(shí)的運(yùn)行狀況；功角特性曲線3：對(duì)應(yīng)于故障切除后一回線運(yùn)行。加速面積abFa等于減速面積FEdF，系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。EPGmax*0.750.700.650.500.3500.20.40.60.8Te(s)K=4K=1K=2PGmax*0.750.700.650.500.3501234KTe=0.1STe=0.8S要使勵(lì)磁系統(tǒng)在短暫過程中完成符合要求的控制必須要求勵(lì)磁系統(tǒng)具備快速響應(yīng)的條件。為此，一方面縮小勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，另一方面盡可能提高強(qiáng)行勵(lì)磁的倍數(shù)。時(shí)間常數(shù)與暫態(tài)穩(wěn)定極限功率的關(guān)系強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)與暫態(tài)穩(wěn)定極限功率的關(guān)系快速響應(yīng)=縮小勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)+提高強(qiáng)行勵(lì)磁的倍數(shù)1）改善異步電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)條件

1201008060402000102030t(s)U(%)4改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件3）提高繼電保護(hù)裝置工作的正確性當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障突然跳閘時(shí)，由于它的調(diào)速系統(tǒng)具有較大的慣性，不能迅速關(guān)閉導(dǎo)水葉，因而會(huì)使轉(zhuǎn)速急劇上升。如果不采取措施迅速降低發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，則發(fā)電機(jī)電壓有可能升高到危及定子絕緣的程度，所以，在這種情況下，要求勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行減磁。2）為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)造條件5水輪發(fā)電機(jī)組要求實(shí)行強(qiáng)行減磁12三對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器:檢測(cè)和綜合系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息,以產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào),經(jīng)放大后控制勵(lì)磁功率單元以得到所要求的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。其基本要求：1對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求1）系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能反映發(fā)電機(jī)電壓高低以維持發(fā)電機(jī)電壓在給定水平；2）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能合理分配機(jī)組的無功功率；3）對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行，要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器沒有失靈區(qū)；4）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵(lì)磁等控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件；5）具有較小的時(shí)間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。6）要求能長期可靠地工作。7)機(jī)組突然故障跳閘時(shí)，能快速滅磁

2對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求

1）要求勵(lì)磁功率單元有足夠的可靠性并具有一定的調(diào)節(jié)容量。2）具有足夠的勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度勵(lì)磁功率單元:受勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制，并向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流。其基本要求勵(lì)磁頂值電壓：是勵(lì)磁功率單元在強(qiáng)行勵(lì)磁時(shí)可能提供的最高輸出電壓值。

強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)：勵(lì)磁頂值電壓與額定勵(lì)磁電壓之比稱為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)?；騽?lì)磁頂值電流與額定勵(lì)磁電流之比。一般取1.6~2勵(lì)磁電壓響應(yīng)比：通常將勵(lì)磁電壓在最初0.5S內(nèi)上升的平均速度定義為勵(lì)磁電壓響應(yīng)比。它粗略反映勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)勵(lì)磁電壓上升速度是衡量勵(lì)磁功率單元?jiǎng)討B(tài)行為的一項(xiàng)指標(biāo)勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時(shí)間(勵(lì)磁電壓達(dá)到95％頂值電壓所需時(shí)間)為0.1s或更短的勵(lì)磁系統(tǒng)，稱為高初始響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)。第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

一勵(lì)磁系統(tǒng)的歷史直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

換流困難交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)(交流發(fā)電機(jī)和半導(dǎo)體整流元件）靜止勵(lì)磁系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng))

為縮短主軸長度，降低造價(jià)，減少環(huán)節(jié)。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源實(shí)質(zhì)上是一個(gè)可控的直流電源，為滿足正常運(yùn)行要求，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源必須具備足夠的調(diào)節(jié)容量，且有一定的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)和勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度幾種常用的勵(lì)磁系統(tǒng)

二直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（100MW以下）

按勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組供電方式的不同

自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)1自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)=G勵(lì)磁調(diào)節(jié)器IAVRIEEIRIE發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組由專用的直流勵(lì)磁機(jī)DE供電，調(diào)整勵(lì)磁機(jī)磁場電阻RC可改變勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流DERC2他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

G勵(lì)磁調(diào)節(jié)器IEEIR=IE=IAVRPEDE他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組是由副勵(lì)磁機(jī)供電的，比自勵(lì)多用了一臺(tái)副勵(lì)磁機(jī)三交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（100MW以上）

交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)勵(lì)磁機(jī)電源整流方式及整流器狀態(tài)的不同可分為以下幾種。1）他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)(無刷勵(lì)磁)自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)2）自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)1他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)G自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器放大器觸發(fā)器電壓檢測(cè)調(diào)差勵(lì)磁調(diào)節(jié)器交流發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)交流副勵(lì)磁機(jī)可控整流器滑環(huán)起勵(lì)電源V發(fā)電機(jī)G的勵(lì)磁電流由交流勵(lì)磁機(jī)AE經(jīng)硅整流器V供給，交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由晶閘管可控整流器供給，其電源由副勵(lì)磁機(jī)提供。AE2他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)(無刷勵(lì)磁)G勵(lì)磁調(diào)節(jié)器交流發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)元件永磁副勵(lì)磁機(jī)晶閘管整流器NS它的副勵(lì)磁機(jī)是永磁發(fā)電機(jī)，其磁極是旋轉(zhuǎn)的，電樞是靜止的，而交流勵(lì)磁機(jī)正好相反。交流勵(lì)磁機(jī)電樞、硅整流元件、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組都在同一根軸上旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)與電刷等接觸元件，這就實(shí)現(xiàn)了無刷勵(lì)磁。AE3自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)GAVR滑環(huán)自動(dòng)恒壓元件電壓起勵(lì)元件VSAE起勵(lì)電源發(fā)電機(jī)G的勵(lì)磁電流由交流勵(lì)磁機(jī)AE經(jīng)晶閘管整流裝置VS供給。交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁一般采用晶閘管自勵(lì)恒壓方式。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AVR直接控制晶閘管整流裝置。TRTV4自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)G

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器滑環(huán)電壓起勵(lì)元件VAE起勵(lì)電源VS發(fā)電機(jī)G的勵(lì)磁電流由交流勵(lì)磁機(jī)AE經(jīng)硅整流裝置V供給，半導(dǎo)體型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制晶閘管整流裝置VS，以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的目的。增加了交流勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)回路環(huán)節(jié)四靜止勵(lì)磁系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng))G

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器滑環(huán)電壓起勵(lì)元件VS起勵(lì)電源靜止勵(lì)磁系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng))中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源不用勵(lì)磁機(jī)，而由機(jī)端勵(lì)磁變壓器供給整流裝置。這類勵(lì)磁裝置采用大功率晶閘管元件，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分，故稱靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。由于勵(lì)磁電源是發(fā)電機(jī)本身提供，故又稱為發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)。第三節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)中的整流電路

三相橋式不可控整流電路三相橋式半控整流電路三相橋式全控整流電路一三個(gè)基本整流電路同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中整流電路的主要任務(wù)是將交流電壓整流成直流電壓供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組或勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組。一）三相橋式不可控整流電路+-RfeaebecV1V3V5V4V6V2HLeaecebteabacbcbacacbabacbc161232345456161232ut1工作原理共陰極連接的二極管，在t=30-150之間是V1導(dǎo)通，V3、V5承受反壓而關(guān)斷；在t=150-270之間是V3導(dǎo)通；在t=270-390之間是V5導(dǎo)通。共陽極連接的二極管，在t=90-210之間是V2導(dǎo)通，V4、V6承受反壓而關(guān)斷；在t=210-330之間是V4導(dǎo)通；在t=330-450之間是V6導(dǎo)通。13512462ωt0ωt1ωt22輸出電壓負(fù)載電壓時(shí)線電壓波形的包絡(luò)線，以2π/6為其脈動(dòng)周期，輸出空載電壓平均值3使用場合1）具有交流勵(lì)磁機(jī)他勵(lì)系統(tǒng)中主勵(lì)出口整流器2）主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路手動(dòng)控制單元3）交流起勵(lì)裝置

二）三相橋式半控整流電路1工作原理如圖所示，整流二極管V2、V4、V6共陽極連接，晶閘管VS1、VS3、VS5共陰極連接，V1為續(xù)流二極管。在電路中僅在橋的一側(cè)用可控的晶閘管，故稱為半控整流橋。三個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序與三相電源相序的順序相同為VS1、VS3、VS5。因?yàn)槭侨嚯娫?，所以觸發(fā)脈沖間相位也依次相差120。eaecebteugabacbcbacacbabacbc161232345456161232tut1）脈沖控制角=0135ug1ug3ug5113355113622446622t0t1t22463eabeacebcebaecaecbeab2）脈沖控制角=30°euguLttt135=30°eaebecug1ug3ug5t0t1246t2ecbeabeacebcebaecaecb3）脈沖控制角=60°uguLtteteaebec=60°ug1ug3ug5135電路受觸發(fā)的晶閘管和最低電壓相的二極管導(dǎo)通。各元件持續(xù)導(dǎo)通時(shí)間仍為120，輸出電壓仍以2/3為周期。VS5VS1VS3VS5V6V2V4V6t0t2246ecbeacebaecb4)脈沖控制角=120°uguLtteteaebec=120°ug1ug3ug5ug5輸出電壓波形不連續(xù)，各整流元件導(dǎo)通時(shí)間小于120。

135246

VS5

VS1

VS3

V6

V2

V4

t0t3t4ecbeacebaecbt55)脈沖控制角=180°uguLtteteaebec135=180°ug1ug3ug5各相觸發(fā)脈沖都在負(fù)側(cè)自然換相點(diǎn)出現(xiàn)，晶閘管因正向電壓為零而不能導(dǎo)通，輸出平均電壓為零。2462輸出電壓與控制角關(guān)系時(shí)，輸出波形連續(xù)，周期為2π/3時(shí)，輸出波形不連續(xù)，周期為2π/3三相半控整流電路輸出電壓與控制角α的關(guān)系式為：結(jié)論：1）2）3失控現(xiàn)象和續(xù)流二極管的作用

uguLttett3t4t5RfeaebecVS1VS3VS5V4V6V2VeaecVS1V2V+(-)-(+)ug5ug1ug3ug5135

VS5

VS1

VS3

V6

V2

V4

24三）三相橋式全控整流電路

ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L1工作原理六個(gè)整流元件全部采用晶閘管，VS1、VS3、VS5為共陰極組連接，VS2、VS4、VS6為共陽極連接。共陰極組、共陽極組的晶閘管皆需由觸發(fā)脈沖控制換流。上、下兩組晶閘管必須各有一只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通電路才能工作，六只晶閘管的導(dǎo)通順序應(yīng)為1，2，3，4，5，6。它們的觸發(fā)脈沖相位依次相差60

若把上面的雙窄脈沖連成一個(gè)寬脈沖，電路當(dāng)然也可正常工作，這種觸發(fā)方式稱之為“寬脈沖觸發(fā)”

2三相橋式全控整流電路觸發(fā)脈沖的形式在晶閘管需導(dǎo)通的區(qū)域僅用初始的一個(gè)窄脈沖去觸發(fā)的方式稱“單窄脈沖觸發(fā)”

每個(gè)元件除了在各自的換流點(diǎn)處有一個(gè)脈沖之外，還在60度電角度之后的下一個(gè)導(dǎo)通元件的導(dǎo)通時(shí)刻補(bǔ)了一個(gè)脈沖。所補(bǔ)的脈沖在電流連續(xù)的穩(wěn)態(tài)工作時(shí)并不起任何作用，但它卻是電路啟動(dòng)及在電流斷續(xù)時(shí)使電路正常工作所不可缺少的，這種觸發(fā)方式稱之為“雙窄脈沖觸發(fā)”。雙脈沖、寬脈沖波形圖euLugtttugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L1）脈沖控制角=0°各晶閘管的觸發(fā)脈沖在它們對(duì)應(yīng)自然換向點(diǎn)時(shí)刻發(fā)出，輸出電壓波形與不可控橋的一樣，各元件每周導(dǎo)通持續(xù)120。eaebecug1ug3ug5ug2ug4ug6135246eabeacebcebaecaecbecbReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L2）脈沖控制角=60°euLugtttugtug1ug3ug5ug2ug4ug62各相正、負(fù)側(cè)晶閘管的觸發(fā)脈沖滯后于自然換相點(diǎn)60出現(xiàn)eaebec當(dāng)控制角

<60時(shí)，共陰極組輸出的陰極電位在每一瞬間都高于共陽極組的陽極電位，輸出電壓的瞬時(shí)值都大于零，波形是連續(xù)的。

13546eabeacebcebaecaecbecbReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L3）脈沖控制角=90°uLtugtugtett1t2eaebecug1ug3ug5ug2ug4ug6當(dāng)電流連續(xù)＝90時(shí)輸出電壓的波形面積正負(fù)兩部分相等，電壓的平均值為零。ecaecbeabeacebcebaeca135246>60時(shí)，當(dāng)線電壓瞬時(shí)值為零并轉(zhuǎn)負(fù)值時(shí)，由于電感的作用，導(dǎo)通著的晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，整流輸出為負(fù)的電壓波形，從而使整流電壓的平均值降低ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2L4）脈沖控制角=60°150°eugtttugtuLt1t2VS6VS1VS3VS2VS4ecbecbeabeacebcebaeca突轉(zhuǎn)為=150°135246eaebec3輸出電壓與控制角關(guān)系電感性負(fù)載逆變角

=180°-在

<90時(shí)，輸出平均電壓Ud為正,三相全控橋工作在整流狀態(tài)，將交流轉(zhuǎn)為直流.90<

≤180時(shí)，輸出平均電壓Ud為負(fù)值，三相全控橋工作在逆變狀態(tài)，將直流轉(zhuǎn)為交流.電阻性負(fù)載電流連續(xù)輸出波形出現(xiàn)間斷當(dāng)=120°時(shí)，Ud=0所以電阻性負(fù)載的最大移相范圍是0~120°ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2Leidugtttugtt1二整流電路的換流壓降及外特性

換流角只要小于60，整流橋總是處于兩臂導(dǎo)通與三臂導(dǎo)通的交替工作狀態(tài)，簡稱2—3工作狀態(tài)。ug1ug3ug5ug2ug4ug6ug6eaebeciaibiciciaibic135t2ReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2LeaebecVS1VS3VS2LLLi以上討論中均假設(shè)換流角＜60，當(dāng)交流回路中電抗較大，并且直流負(fù)載電流較大時(shí)，換流角也會(huì)增大。當(dāng)＞60時(shí)，整流回路中換流過程將發(fā)生變化，此時(shí)不能用上式來計(jì)算整流電路輸出的直流電壓。

換流期間的等值電路etugtReaebecVS1VS3VS5VS4VS6VS2Lugtt0t1Vg1Vg3Vg5Vg2Vg6Vg4三最小逆變角

晶閘管關(guān)斷角

>90是逆變區(qū)，負(fù)載輸出直流平均電壓為負(fù)值。當(dāng)＝180時(shí)，負(fù)載輸出直流平均電壓為負(fù)最大值。逆變角總小于90°

實(shí)際上全控橋不能工作在＝180工況，須留出一定裕度角，否則會(huì)造成逆變失控或顛復(fù)=180°eaebec第四節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性和并聯(lián)機(jī)組間的無功分配

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率單元自動(dòng)手動(dòng)其它信號(hào)UIIE基準(zhǔn)勵(lì)磁系統(tǒng)一勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的概念勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是一個(gè)閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器。輸入量：發(fā)電機(jī)電壓UG、電流或其它狀態(tài)量輸出量：勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流或轉(zhuǎn)子電流勵(lì)磁調(diào)節(jié)器功能：1）保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變；2）保持并聯(lián)機(jī)組無功電流的合理分配IEF=IEEG二勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本特性1人工改變Rc值調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流（以維持其端電壓不變）2比例式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器G勵(lì)磁機(jī)UGIEEabIEEIEFUG勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(無自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，人工調(diào)節(jié)）(有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，自動(dòng)調(diào)節(jié)）RC基準(zhǔn)電壓前置放大功率放大測(cè)量元件調(diào)差元件手動(dòng)控制勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)電源電源電源++--勵(lì)磁調(diào)節(jié)器手控勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)3自動(dòng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的構(gòu)成環(huán)節(jié)

半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本環(huán)節(jié)及構(gòu)成勵(lì)磁自動(dòng)控制的核心部分由基本-控制和輔助控制兩大部分組成?；究刂朴烧{(diào)差、測(cè)量比較、綜合放大和移相觸發(fā)單元組成，實(shí)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。輔助控制是為滿足發(fā)電機(jī)不同工況，改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善勵(lì)磁控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能而設(shè)置的單元，包括勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和勵(lì)磁限制器等。

1測(cè)量比較單元基本任務(wù)把發(fā)電機(jī)電壓變換為直流電壓信號(hào)與給定的直流基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到兩者的偏差信號(hào)。2綜合放大單元（基本任務(wù)按輸入控制信號(hào)分）基本控制量：被調(diào)量控制量。反饋控制量：為改善控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的輔助控制量。

前兩種正常情況下按預(yù)定調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)施控制。限制控制量：按發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況要求的特殊限制量。

在異常情況時(shí)(危及發(fā)電機(jī)或系統(tǒng)運(yùn)行)才進(jìn)行限制控制。3移相觸發(fā)單元任務(wù)是產(chǎn)生相位移動(dòng)的觸發(fā)脈沖，用來改變整流橋中晶閘管元件的控制角，使其輸出電壓隨控制電壓的大小而改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)勵(lì)磁目的。4可控整流電路主要任務(wù)是將交流電壓整流成直流電壓供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組或勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組三勵(lì)磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)工作特性

1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)工作特性的合成綜合放大K2移相觸發(fā)K3測(cè)量比較K1可控整流K4UGUAVRUdeUSMUREF勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性

UdeUGUSMUAVRUGUSMUAVRUde調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)

UGUG1UG2=UGeUG3UG3>UG2>

UG1IEFIQ0發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流與無功負(fù)荷電流的關(guān)系(額定電壓附近)2發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性

IQIEE(IEF)ab發(fā)電機(jī)無功調(diào)節(jié)特性曲線IQUGIQIQNUG2UG1調(diào)差系數(shù)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的調(diào)差單元

可設(shè)定不同的調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)表示無功電流從零增加到額定值時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓的相對(duì)變化左邊曲線說明發(fā)電機(jī)帶自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器后無功電流IQ變動(dòng)時(shí)。電壓UG基本維持不變。調(diào)節(jié)特性稍有下傾。3發(fā)電機(jī)調(diào)整特性的三種類型

UGIQ<0=0>0當(dāng)>0為正調(diào)差系數(shù)，其調(diào)節(jié)特性下傾，發(fā)電機(jī)端電壓隨無功電流增大而降低當(dāng)<0為負(fù)調(diào)差特性，其調(diào)節(jié)特性上翹，發(fā)電機(jī)端電壓隨無功電流增大而上升當(dāng)=0為無差特性，發(fā)電機(jī)端電壓為恒值。4勵(lì)磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性調(diào)整的目的

1)發(fā)電機(jī)投入和退出運(yùn)行時(shí)，能平穩(wěn)地改變無功負(fù)荷，不致發(fā)生無功功率的沖擊2)保證并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組間無功功率的合理分配。

123IQ1IQ2IQUG退出運(yùn)行投入運(yùn)行移動(dòng)發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性的操作是通過改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的整定值來實(shí)現(xiàn)的。發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行：無功電流從IQ1減小到IQ2,調(diào)節(jié)特性從1平移到2、若繼續(xù)平移到3，則它的無功電流將減小到0,這樣機(jī)組能夠退出運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生無功功率的突變。發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行：待并發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，調(diào)節(jié)特性從3的位置向上移動(dòng)，使無功電流逐漸增加到運(yùn)行的要求值。5發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性的平移四并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率的分配

1一臺(tái)無差調(diào)節(jié)特性的機(jī)組與正有差調(diào)節(jié)特性機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行UGIQU1U212IQ2一臺(tái)無差調(diào)節(jié)特性的發(fā)電機(jī)可以和多臺(tái)正調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于具有無差調(diào)節(jié)特性的發(fā)電機(jī)將承擔(dān)無功功率的全部增量，機(jī)組間無功功率的分配很不合理，這種運(yùn)行方式很少采用。（一）無差調(diào)節(jié)特性1）移動(dòng)第二臺(tái)發(fā)電機(jī)特性曲線，可改變發(fā)電機(jī)之間無功負(fù)荷的分配2）如果需要改變母線電壓，可移動(dòng)第一臺(tái)機(jī)組特性曲線UGIQ不能穩(wěn)定運(yùn)行（二）一臺(tái)無差調(diào)節(jié)特性的機(jī)組與負(fù)有差調(diào)節(jié)特性機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行具有負(fù)調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)是不能在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行的UGIQU2U1（三）兩臺(tái)無差調(diào)節(jié)特性的機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行不能并聯(lián)運(yùn)行1、UI：為第一臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓整定值，UII：為第二臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓整定值；在實(shí)際調(diào)試中很難做到UI和UII正好重合。2、做到UI和UII正好重合，無功電流增加或減小，機(jī)組間的無功功率也無法保證正確按比例分配。（四）正調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)組的并列運(yùn)行

UG2UG1IQB1IQA1IQB2IQA2ABUG機(jī)組A和機(jī)組B分別承擔(dān)一部分增加的無功負(fù)荷，機(jī)組間無功電流的分配取決于各自的調(diào)差系數(shù)

假定無功負(fù)荷增加，于是母線電壓下降，調(diào)節(jié)器動(dòng)作，增加勵(lì)磁電流，母線電壓上升。

可并列運(yùn)行1）兩臺(tái)正差調(diào)節(jié)特性的機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行IQUG2UG0IQNUGUGNIQIQ2U

I結(jié)論：1當(dāng)母線電壓波動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)無功電流的增量與電壓偏差成正比，與調(diào)差系數(shù)成反比，而與電壓整定值無關(guān)。2式中負(fù)號(hào)表示在正調(diào)差情況下，當(dāng)母線電壓降低時(shí)，發(fā)電機(jī)無功電流將增加。

2、n臺(tái)正差調(diào)節(jié)特性的機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行總結(jié)UGIQUGIQUGIQU1U2與正調(diào)差調(diào)節(jié)特性的機(jī)組的并列運(yùn)行與負(fù)調(diào)差調(diào)節(jié)特性的機(jī)組的并列運(yùn)行一臺(tái)無差調(diào)節(jié)特性的機(jī)組與有差調(diào)節(jié)特性機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行不能很少采用具有負(fù)調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)是不能在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行不能兩臺(tái)無差調(diào)節(jié)特性的機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行例題分析見74-75

機(jī)電型電壓(勵(lì)磁)調(diào)節(jié)器

電磁型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器數(shù)字式電壓調(diào)節(jié)器

按調(diào)節(jié)原理來劃分勵(lì)磁調(diào)節(jié)器反饋型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器：按被調(diào)量與給定量的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，使被調(diào)量接近于給定值，因此能較好地維持電壓水平。補(bǔ)償型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器：補(bǔ)償某些因素所引起被調(diào)量的變動(dòng)，使被調(diào)量維持在所要求的定值附近。第五節(jié)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置原理一勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展及分類

（一）測(cè)量比較單元電壓測(cè)量環(huán)節(jié)原理圖作用：測(cè)量發(fā)電機(jī)電壓并變換為直流電壓，與給定的基準(zhǔn)電壓相比較，得出電壓的偏差信號(hào)。測(cè)量比較單元由電壓測(cè)量、比較整定環(huán)節(jié)組成。1電壓測(cè)量電壓測(cè)量是將機(jī)端三相合成電壓降壓、整流、濾波后轉(zhuǎn)換成一正比于發(fā)電機(jī)電壓的直流電壓2比較整定電路直流電壓與來自電壓整定器的給定電壓進(jìn)行比較，取得偏差信號(hào)，送綜合放大單元。加法器輸入量：其中:

是取自穩(wěn)壓管VZ的恒定負(fù)電壓是可變的整定電壓

比較整定電路(a)原理電路；(b)輸出特性設(shè)

則：

其中特性為①＋②所示。設(shè)則：其中

特性向右平移，如圖中虛線所示。因此調(diào)節(jié)電位器可改變發(fā)電機(jī)整定電壓的作用。

將各通道增益進(jìn)行歸算：其中

可見，整定電壓隨而變化（二）綜合放大單元輸入控制信號(hào)：1被調(diào)量控制量：基本控制量（正常情況）

2反饋控制量：為改善控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的輔助控制量勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定信號(hào)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定信號(hào)（正常情況）3限制控制量：按發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況要求的特殊限制量最大、最小勵(lì)磁限制信號(hào)（異常情況）

綜合放大單元的輸入信號(hào)控制信號(hào)綜合放大單元原理接線圖由正競比電路、負(fù)競比電路、信號(hào)綜合放大電路和互補(bǔ)輸出電路組成。

（1）正競比電路:它由VT1、V1~V2、R11~R13所組成輸入信號(hào)正值競比：V1測(cè)量比較電路輸出信號(hào)：V2低勵(lì)限制信號(hào)

正競比門工作區(qū)別于一般邏輯門，電路受輸入信號(hào)中最高電平信號(hào)控制，即正值競比。控制信號(hào)綜合放大單元原理接線1在正常情況下：為正V1導(dǎo)通

2勵(lì)磁電流小于最小勵(lì)磁限制單元起動(dòng)值時(shí)，由小于零變?yōu)檎娖?且這時(shí)V2導(dǎo)通V1受反向電壓而阻斷，將信號(hào)閉鎖，勵(lì)磁控制由決定.（2）負(fù)競比電路

由VT2、V5~V7、V3、V8、R5、R6、R10組成輸入信號(hào)負(fù)值競比（都屬限制信號(hào)）：V6:最大勵(lì)磁限制信號(hào)

V7:瞬時(shí)過電流限制信號(hào)

V5:電壓/頻率限制器信號(hào)1．正常情況，這些限制信號(hào)都處正電平，V5、V6、V7均阻斷2、只要其中有一個(gè)限制信號(hào)動(dòng)作，由正電平變?yōu)樨?fù)電平，相應(yīng)二極管導(dǎo)通，就使B點(diǎn)電位變負(fù)。正競比門輸出就被封鎖，即V3受反壓阻斷，使正競比門所有輸入信號(hào)都被閉鎖住。3、顯然負(fù)競比門所有限制信號(hào)級(jí)別高于正競比門的控制信號(hào)。負(fù)競比門的輸入信號(hào)均應(yīng)為負(fù)電平，即輸入信號(hào)中最低者能準(zhǔn)予通過，它是進(jìn)行負(fù)值競比。（3）信號(hào)綜合（運(yùn)算