勵磁系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)子磁場的建立和滅磁

電力系統(tǒng)自動化電氣信息學院：黃玉龍一、勵磁調(diào)節(jié)器基本功能

保持發(fā)電機端電壓不變；保證并聯(lián)運行的發(fā)電機組間無功功率的合理分配。二、勵磁調(diào)節(jié)器原理

1測量比較單元（1）電壓測量：（2）比較整定：二、勵磁調(diào)節(jié)器原理

2綜合放大單元

（1）正競比電路：勵磁信號控制、低勵限制信號（2）負競比電路：最大勵磁限制信號、瞬時過電流限制信號、電壓/頻率限制器信號。級別高于正競比門控制信號。（3）信號綜合放大電路：線性放大，雙向限幅（4）互補輸出電路：提高與下一級負載阻抗匹配能力

：二、勵磁調(diào)節(jié)器原理

3移向觸發(fā)單元

（1）移向觸發(fā)：

（2）整流輸出

：4自動-手動自動切換

（1）自動勵磁調(diào)節(jié)器（AC），是主勵磁調(diào)節(jié)器。正常時，AC工作，DC做備用。（2）手動勵磁調(diào)節(jié)器（DC）。當AC故障時，由自動-手動自動切換裝置控制，DC投入運行。二、勵磁調(diào)節(jié)器原理

4自動-手動自動切換

（3）設有DC自動跟蹤AC的自動跟隨器，可確保切換沖擊電流最小。（4）手動勵磁調(diào)節(jié)器（DC）。只有測量比較單元、綜合放大單元退出工作，而脈沖觸發(fā)單元則繼續(xù)工作。

DC給出的控制信號與AC電壓相等時，兩種方式的切換才能平滑進行。勵磁調(diào)節(jié)器里設有專門的平衡指示電路保證調(diào)節(jié)方式的平穩(wěn)切換。目錄：勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器43自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制2勵磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性的調(diào)整1勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性三、勵磁調(diào)節(jié)靜態(tài)工作特性勵磁調(diào)節(jié)器簡化框圖1靜態(tài)工作特性的合成余弦觸發(fā)單元全控整流電路三、勵磁調(diào)節(jié)靜態(tài)工作特性1靜態(tài)工作特性的合成UG升高，UAVR急劇減小；反之，UAVR急劇增加。（a,b）內(nèi)電壓變化極小。UVZ2越小，即Rp移向負電源側(cè)，UAVR越大，特性曲線右移。2發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性（1）同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)工作特性是指在沒有人工參與調(diào)節(jié)的情況下，發(fā)電機機端電壓與發(fā)電機電流的無功分量之間的靜態(tài)特性。此特性通常稱為發(fā)電機無功調(diào)節(jié)特性。發(fā)電機的IEF與無功負荷電流IQ之間的關(guān)系轉(zhuǎn)子電流一定的情況下，隨著無功電流的增加機端電壓降低隨著轉(zhuǎn)子電流的增大，發(fā)電機無功電流也增大0IGQIEE(IEF)UG=UG·NIGQUG發(fā)電機的無功調(diào)節(jié)特性abUG=UGNUG=UG0（2）發(fā)電機機端電壓調(diào)差率：在自動勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差單元投入、電壓給定值固定、發(fā)電機功率因數(shù)為零的情況下，發(fā)電機無功負荷從零變化到額定值時，用發(fā)電機額定電壓的百分數(shù)表示的發(fā)電機機端電壓變化率。目錄：勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器43自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制2勵磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性的調(diào)整1勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性保證并聯(lián)運行的發(fā)電機組間無功功率的合理分配，即改變調(diào)差系數(shù)。保證發(fā)電機在投入和退出電網(wǎng)運行時能平穩(wěn)的轉(zhuǎn)移無功負荷，不發(fā)生無功功率的沖擊現(xiàn)象，即上下平移無功調(diào)節(jié)特性。一、勵磁調(diào)節(jié)器基本功能調(diào)整調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)決定于勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)總的放大倍數(shù)。一般自動勵磁調(diào)節(jié)系數(shù)總的放大倍數(shù)是足夠大的，因而帶有勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機調(diào)差系數(shù)一般<1%，近似為無差調(diào)節(jié)。不利于并列運行發(fā)電機無功功率的穩(wěn)定分配，人為地加以調(diào)整，使調(diào)差系數(shù)加大到3~5%左右。負調(diào)差系數(shù)，大型發(fā)電機-變壓器單元接線，補償變壓器阻抗上壓降正調(diào)差系數(shù)，利于維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行無差調(diào)節(jié)

2調(diào)差系數(shù)的調(diào)整（1）改變極性正調(diào)差接線：UG-IQ的下斜度加強負調(diào)差接線（2）改變大?。赫{(diào)整電阻R值可以改變調(diào)差系數(shù)。只改變測量單元輸入信號3發(fā)電機外特性的平移（1）發(fā)電機在退出系統(tǒng)運行時IG.Q2減小到IG.Q1減小到0，只要將發(fā)電機外特性由1下移動到3，這樣機組就可平穩(wěn)退出運行，不會發(fā)生無功功率的突變，不會引起對電網(wǎng)的沖擊。（2）發(fā)電機投入運行時，待機組并入系統(tǒng)后外特性3向上移動，使無功電流逐漸增加到運行要求值。IG·Q0IGQ1IGQ2UGUsys123復習1.對勵磁調(diào)節(jié)器靜特性調(diào)整的基本要求是什么？2.在勵磁調(diào)節(jié)器中為何要設置調(diào)差單元？3.平移發(fā)電機的外特性有何作用？4.勵磁調(diào)節(jié)器引入調(diào)差單元后，是不是其維持機端電壓水平的能力差了？為什么？

目錄：勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器43自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制2勵磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性的調(diào)整1勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性最小勵磁限制：最小勵磁電流值應限制在發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限及發(fā)電機定子端部發(fā)熱允許的范圍。大容量發(fā)電機組對勵磁控制提出了更高的要求：超高壓輸電線路電壓等級很高，輸電線的電容電流大。當傳輸功率較小時，容性電流會使系統(tǒng)電壓過高，發(fā)電機需要進相運行吸收多余的無功功率。進相運行的發(fā)電機允許吸收的無功功率與有功功率有關(guān)。五、自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制輔助控制與勵磁調(diào)節(jié)器正常情況下的自動控制的區(qū)別是：輔助控制僅在發(fā)生非正常運行工況，需要某些特有的限制功能時，通過信號綜合放大電路的竟比電路，閉鎖正常的電壓控制，使相應的限制器啟動控制作用。主要作用：提高勵磁系統(tǒng)響應速度；提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；保護發(fā)電機、變壓器、勵磁機。

發(fā)電機輸出功率五、自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制整理，在靜態(tài)穩(wěn)定極限δ=90°時功率極限如下式。從而確定了發(fā)電機臨界失步曲線。1欠勵磁限制

進相運行，發(fā)電機定子端部漏磁磁密值增高，定子端部元件損耗發(fā)熱嚴重。因此，為了防止定子端部過熱，需要限制發(fā)電機進相運行容量曲線。五、自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制發(fā)電機臨界失步曲線和發(fā)電機進相運行容量曲線兩曲線圍定的公共區(qū)域內(nèi)留有適當?shù)脑Ａ?，整定一條最小勵磁限制曲線。最小勵磁限制器的輸出接到綜合放大環(huán)節(jié)的正竟比端。1欠勵磁限制

由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，大容量的發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)必須具有高起始響應的性能。無刷勵磁通常難以滿足這一要求，唯有采用高勵磁頂值的方法才能夠提高勵磁機輸出電壓的起始增長速度。但會危及到勵磁機、發(fā)電機的安全。為此，當勵磁電壓達到發(fā)電機允許的勵磁頂值電壓倍數(shù)時，立即對勵磁機的勵磁電流加以限制。五、自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制瞬時電流限制器的輸出接到綜合放大環(huán)節(jié)的負竟比端。2瞬時電流限制

由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱的限制，強勵時間不允許超過規(guī)定值。若超過允許時間，勵磁電流仍然不能夠自動降下來，最大勵磁限制器執(zhí)行限制功能。它具有反時限特性。五、自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制定時限限制器可以和反時限限制器配合使用。3最大勵磁限制

發(fā)電機啟動期間，頻率較低；甩負荷時，電壓較高，如果機端電壓及其頻率的比值UG/fG過高，則發(fā)電機及其連接的變壓器的鐵心就會飽和，空載勵磁電流加大，造成鐵心過熱。五、自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制4V/Hz勵磁限制目錄：勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器43自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制2勵磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性的調(diào)整1勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性

勵磁自動控制系統(tǒng)動態(tài)特性，是指在較小的或隨機的干擾下系統(tǒng)的時間響應特性。分析方法有：傳遞函數(shù)法和狀態(tài)變量法。自動控制系統(tǒng)按動態(tài)方程的分類：線性系統(tǒng)的元件都是線性元件，系統(tǒng)的運動過程可用線性微分方程（或差分方程）來描述。非線性系統(tǒng)中含有至少一個非線性元件。非線性元件的輸入-輸出靜態(tài)特性是非線性特性，例如：飽和限幅特性、死區(qū)特性、繼電特性等。系統(tǒng)的運動過程可用非線性微分方程（或差分方程）來描述。

勵磁自動控制系統(tǒng)的動態(tài)方程式一個三階以上的方程：勵磁機一階、發(fā)電機二階。用其中起主導作用的二階系統(tǒng)特性作為其整個系統(tǒng)的基本合理的響應曲線，即用一個二階系統(tǒng)的時域特性曲線表達勵磁系統(tǒng)動態(tài)特性。一、勵磁自動控制系統(tǒng)響應曲線的一般討論描述時域特性響應曲線的三個工程術(shù)語（調(diào)節(jié)過程的質(zhì)量指標）：過調(diào)量a1；上升時間tτ

；穩(wěn)定時間ts，對應一個階躍函數(shù)的響應時間。下式二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)中阻尼比ττ=0，系統(tǒng)是無衰減的周期振蕩；τ=0.7系統(tǒng)是衰減的周期振蕩，只有很小的過調(diào)量a1≈5%；τ=1系統(tǒng)是單調(diào)的衰減過程。

一、勵磁自動控制系統(tǒng)響應曲線的一般討論過調(diào)量a1；穩(wěn)定時間ts。上升時間tτ

質(zhì)量指標之間的矛盾強行勵磁時，系統(tǒng)常常是過阻尼，即阻尼比τ>1。上升時間tτ

較為緩慢。

二、勵磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)1他勵式直流勵磁機的傳遞函數(shù)有名值標幺值

二、勵磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)1他勵式直流勵磁機的傳遞函數(shù)當計及他勵電流iee和勵磁機電壓ue之間的飽和特性，定義飽和函數(shù)：有名值

二、勵磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2勵磁調(diào)節(jié)器各單元的傳遞函數(shù)勵磁調(diào)節(jié)器主要由電壓測量比較、綜合放大及功率放大等單元組成。電壓測量比較電路的傳遞函數(shù)可表示為：綜合放大、移相觸發(fā)單元近似地合并為一個慣性環(huán)節(jié)，合成傳遞函數(shù)可表示為：

二、勵磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2勵磁調(diào)節(jié)器各單元的傳遞函數(shù)功率放大單元晶閘管整流器輸出平均電平滯后于觸發(fā)器控制電壓信號，可近似地看為一慣性環(huán)節(jié)：同步發(fā)電機的傳遞函數(shù)可表示為：勵磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：前