自動(dòng)裝置原理

自動(dòng)裝置原理第1頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.概述

勵(lì)磁控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)

上升時(shí)間tr

超調(diào)量發(fā)電機(jī)端電壓的最大瞬時(shí)值與穩(wěn)態(tài)值之差對(duì)穩(wěn)態(tài)值之比的百分?jǐn)?shù)。調(diào)整時(shí)間ts輸出量與穩(wěn)態(tài)值之差達(dá)到并不再超過(guò)某一允許誤差范圍的時(shí)間(通常取穩(wěn)態(tài)值的5%或2%）從穩(wěn)態(tài)值10%上升到90%或從5%上升到95%或從0到100%的上升時(shí)間。第2頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.概述

大、中型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁基本技術(shù)條件（GB7409-87）規(guī)定1、空載額定電壓情況下：電壓給定階躍響應(yīng)為10％時(shí)，超調(diào)發(fā)電機(jī)電壓超調(diào)量不大于階躍量的50％，擺動(dòng)次數(shù)不大于3次，調(diào)整時(shí)間不超過(guò)10s。2、同步發(fā)電機(jī)零起升壓：自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)保證端電壓超調(diào)量不得超過(guò)額定值的15％、擺動(dòng)次數(shù)不大于3次、調(diào)整時(shí)間不大于10s。第3頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

典型勵(lì)磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖第4頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、勵(lì)磁機(jī)的傳遞函數(shù)他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)第5頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二勵(lì)磁電流與勵(lì)磁機(jī)電壓是非線性關(guān)系，通常采用勵(lì)磁機(jī)的飽和特性曲線計(jì)及其飽和影響。氣隙特性的斜率是1/G.飽和函數(shù)---第6頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二恒速下電壓與氣隙磁通成正比漏磁通與氣隙磁通成正比C為常數(shù)，(1+c)定義為分散系數(shù)，一般假設(shè)為常數(shù)第7頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)傳遞函數(shù)框圖他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)規(guī)格化框圖第8頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二交流勵(lì)磁機(jī)的傳遞函數(shù)交流勵(lì)磁機(jī)等效電路第9頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二交流勵(lì)磁機(jī)I型模型等效框圖適用于勵(lì)磁電壓響應(yīng)比較低的勵(lì)磁系統(tǒng)，強(qiáng)勵(lì)時(shí)交流機(jī)電壓的變化比較緩慢。Te:勵(lì)磁機(jī)不飽和時(shí)間常數(shù)TE:勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)，隨勵(lì)磁機(jī)飽和程度變化SE不僅考慮空載飽和系數(shù)，還包括勵(lì)磁機(jī)電樞反應(yīng)和整流換弧壓降的效應(yīng)。第10頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二高響應(yīng)比的勵(lì)磁系統(tǒng)

應(yīng)用I型模型不合適，用AC-I模型。

主要區(qū)別：

對(duì)飽和系數(shù)SE、電樞反應(yīng)KD、整流器換弧壓降KC分別考慮，且SE只計(jì)及空載飽和因素。由于SE、KD、KC分別考慮，并引入了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流IEF,所以能更恰當(dāng)?shù)胤从辰涣鲃?lì)磁機(jī)的電磁關(guān)系。

交流勵(lì)磁機(jī)AC-I模型框圖第11頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器各單元的傳遞函數(shù)（模擬式）電壓測(cè)量比較、綜合放大、功率放大等環(huán)節(jié)構(gòu)成。（一）電壓測(cè)量比較單元的傳遞函數(shù)考慮延時(shí)，用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)近似描述。時(shí)間參數(shù)TR是由濾波電路引起的，數(shù)值一般為0.02s－0.06s之間。第12頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（二）綜合放大單元的傳遞函數(shù)

傳遞函數(shù)一般可視為放大系數(shù)為KA的一階慣性環(huán)節(jié)（電磁型）。對(duì)于運(yùn)算放大器TA可近似為零。放大器的輸出電壓有工作范圍，故輸出有一定限制。第13頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（三）功率放大單元的傳遞函數(shù)電子型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的功率放大單元為晶閘管整流器。輸出與控制信號(hào)存在著時(shí)滯。m:整流電路控制的相數(shù)F：電源頻率第14頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第15頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二四、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

發(fā)電機(jī)測(cè)量單元綜合放大單元?jiǎng)?lì)磁機(jī)第16頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二我國(guó)采用較多的勵(lì)磁系統(tǒng)模型。1交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（采用可控功率整流器）2）、3）調(diào)節(jié)器測(cè)量濾波部分4）綜合放大和移相觸發(fā)部分5）限制部分1）超前滯后網(wǎng)絡(luò)部分

第17頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（采用不控功率整流器）2）3）調(diào)節(jié)器測(cè)量與調(diào)差部分4）綜合放大和移相觸發(fā)5）限制部分6）7）9）組成他勵(lì)式勵(lì)磁機(jī)環(huán)節(jié)10）功率整流部分8）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流軟反饋部分1）超前滯后網(wǎng)絡(luò)部分第18頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2靜止勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)

與采用可控硅整流器的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的傳遞函數(shù)基本相同2）、3）調(diào)節(jié)器測(cè)量濾波部分4）綜合放大和移相觸發(fā)部分5）限制部分1）超前滯后網(wǎng)絡(luò)部分第19頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)任一線性自動(dòng)控制，求得傳遞函數(shù)后，可根據(jù)特征方程式，按照穩(wěn)定判據(jù)來(lái)確定穩(wěn)定性。根軌跡是較為有用的方法，能迅速地獲取近似的結(jié)果。為了得到高階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的精確結(jié)果，可列出狀態(tài)方程，直接求取系統(tǒng)的特征值。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這種方法已得到了廣泛的應(yīng)用。第20頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二根軌跡法所謂根軌跡法，就是用圖解的方法確定出閉環(huán)特征根的一種方法。先在復(fù)數(shù)平面上畫(huà)出系統(tǒng)某一參數(shù)的全部數(shù)值下的特征方程的所有根，即根軌跡。然后用圖解的方法確定出該參數(shù)某一特定數(shù)值時(shí)的閉環(huán)特征根。從而分析出系統(tǒng)所具有的性能?；蚍粗?，在根跡上先確定出符合系統(tǒng)性能要求的閉環(huán)特征根。從而用圖解的方法求出相應(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)具有的參數(shù)值。第21頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1根軌跡連續(xù)性、對(duì)稱性根軌跡是連續(xù)的，并且對(duì)稱于實(shí)軸2根軌跡的起點(diǎn)，終點(diǎn)及條數(shù)根軌跡的n條分支從n個(gè)開(kāi)環(huán)極點(diǎn)出發(fā)，其中m條最終趨向m個(gè)開(kāi)環(huán)零點(diǎn)，另外n-m條趨向∞遠(yuǎn)處3實(shí)軸上有根軌跡的線段在實(shí)軸上的線段上存在根軌跡的條件是，其右邊開(kāi)環(huán)零、極點(diǎn)數(shù)目之和為奇數(shù)4根軌跡漸近線的相角n-m條漸近線的相角為5根軌跡漸近線的交點(diǎn)n-m條漸近線交點(diǎn)的坐標(biāo)為6根軌跡的分離點(diǎn)根軌跡的分離點(diǎn)必須滿足方程式7根軌跡的出射角和入射角出射角入射角8根軌跡與虛軸的交點(diǎn)以s=jω代入特征方程式求解或利用勞斯判據(jù)確定第22頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二典型勵(lì)磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定計(jì)算第23頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第24頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第25頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二根軌跡與與虛軸的交叉點(diǎn)根軌跡在實(shí)軸上的分離點(diǎn)根軌跡漸近線與實(shí)軸的交點(diǎn)和傾角-25-1.45-0.12為三個(gè)極點(diǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性不理想，隨著閉環(huán)回路增益提高，軌跡變化將趨向轉(zhuǎn)入右半平面。為改善控制系統(tǒng)穩(wěn)定性需限制調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)，這與系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度要求矛盾。要加校正環(huán)節(jié)才能適應(yīng)穩(wěn)定性要求。第26頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)空載穩(wěn)定性改善

通常用電壓速率反饋環(huán)節(jié)提高勵(lì)磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。將勵(lì)磁系統(tǒng)輸出電壓微分后，再反饋到綜合放大器的輸入端。這種并聯(lián)校正的微分復(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)為勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器。

在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓處增加一條電壓速率負(fù)反饋回路。

第27頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第28頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第29頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第30頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的根軌跡圖第31頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第32頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二三、勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器電路改變電位器R1、R3（同軸且阻值相等），可改變微分時(shí)間常數(shù)，改變R5可改變勵(lì)磁穩(wěn)定器的增益。一級(jí)微分放大器勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電流第33頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第4節(jié)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)

穩(wěn)定的影響

一、勵(lì)磁控制對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響

1）勵(lì)磁提供負(fù)阻尼分析

2）電力系統(tǒng)低頻振蕩

二、改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施－PSS1）電力系統(tǒng)穩(wěn)定器原理2）電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的實(shí)現(xiàn)第34頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

一、勵(lì)磁控制對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響

1）勵(lì)磁提供負(fù)阻尼分析

同步轉(zhuǎn)矩：由定子繞組和氣隙磁通的基波分量在同步轉(zhuǎn)速的情況下相互作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

阻尼轉(zhuǎn)矩：由于定子繞組磁場(chǎng)有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速增量，因而在轉(zhuǎn)子繞組、阻尼繞組中感應(yīng)電流而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距。

轉(zhuǎn)速超前功角90度同步轉(zhuǎn)矩與功角同相位阻尼轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速同相位第35頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二勵(lì)磁系統(tǒng)提供負(fù)阻尼的分析

1）定性分析（矢量分析）

2）定量分析(復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法）

首先建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)表達(dá)式，然后將S用j代替，重新整理得到傳遞函數(shù)的表達(dá)式，含j為阻尼轉(zhuǎn)矩分量，不含為同步轉(zhuǎn)矩分量，可算出兩個(gè)分量的大小。發(fā)電機(jī)原同步轉(zhuǎn)矩第36頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2）電力系統(tǒng)低頻

在電力系統(tǒng)聯(lián)系薄弱、重負(fù)荷工況，且發(fā)電機(jī)采用快速高放大倍數(shù)的勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)，電力系統(tǒng)可能發(fā)生低頻振蕩

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)搖擺振蕩頻率大約在0.1－2.5Hz之間機(jī)電振蕩第37頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二勵(lì)磁調(diào)節(jié)器提供負(fù)阻尼的原因：第38頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2