【正文】 態(tài)穩(wěn)定性。 電壓控制及無(wú)功分配 在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)維持發(fā)電機(jī)端電壓（或升壓變壓器高壓側(cè)電壓）在給定水平。勵(lì)磁系統(tǒng)一般由兩部分組成，另一部分是勵(lì)磁功率單元，向同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組提供直流勵(lì)磁電流，第二部分是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)功率單元輸出的勵(lì)磁電流， VX 滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)行的需要。它包括勵(lì)磁電源裝置，自動(dòng)，手動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置，自動(dòng)滅磁裝置，勵(lì)磁繞組過(guò)電壓保護(hù)裝置和上述裝置的控制，信號(hào)，測(cè)量?jī)x表等，為了保證更高可靠性，可根 據(jù)需要裝設(shè)備用勵(lì)磁系統(tǒng)。 在某些故障情況下，發(fā)電機(jī)端電壓降低將導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降。 主要路采用自并勵(lì)方式，用三相全控整流橋整流，根據(jù)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)，性能，結(jié)合工程實(shí)際需要，對(duì)主回路和控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇，同時(shí)，適當(dāng)選擇過(guò)電壓和過(guò)電流的保護(hù)方式。 性能分析部分主要應(yīng)用自動(dòng)控制的有關(guān)知識(shí)，彩用根軌這，時(shí) 域響應(yīng)曲線及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件上機(jī)進(jìn)行調(diào)試分析，并對(duì)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后的穩(wěn)定性和對(duì)系統(tǒng)的影響作一淺析。為此，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要求發(fā)電機(jī)迅速增大勵(lì)磁電流，以維持電網(wǎng)電壓水平及穩(wěn)定性。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)，外勵(lì)磁系統(tǒng)的研制不斷取得進(jìn)展，各型勵(lì)磁系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。 無(wú)論在穩(wěn)定運(yùn)行或暫態(tài)過(guò)程中，同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)在很大程度上與勵(lì)磁系統(tǒng)有關(guān)。當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷改變而端電壓隨之變化時(shí)，同干勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，勵(lì)磁系統(tǒng)將自動(dòng)地增加或減小供出的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)端電壓回復(fù)到給定水平，保證調(diào)壓的精度，當(dāng)機(jī)組用負(fù)荷時(shí)，通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，應(yīng)限制機(jī)流電壓使之 不致于過(guò)分升高，另 外，若幾臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)，通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)能穩(wěn)定地分配機(jī)組的無(wú)功功率。 4 對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要任務(wù)是檢測(cè)和綜合系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息，以產(chǎn)生相應(yīng)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。 具有較小的時(shí)間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。 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)，定與試驗(yàn)條件和所有規(guī)定有關(guān)。為了滿足正常運(yùn)行的需要，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源 必須具備足夠的調(diào)節(jié)容量，并且要有一定的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)和勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度。 同步發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁紋式有兩種，直流勵(lì)磁系統(tǒng)和義流勵(lì)磁系統(tǒng)。 本次設(shè)計(jì)采用的是自并勵(lì)系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)與單元機(jī)組廠用電接線類似，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)本身，它的共同特點(diǎn)是用勵(lì)磁變壓器耦合供給勵(lì)磁，使整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部分。 7 （ 4）由發(fā) 電機(jī)機(jī)端取得勵(lì)磁能量。至于帶時(shí)限繼電保護(hù)的動(dòng)作問(wèn)題，也可采用一些措施加以解決。 起勵(lì)方式選擇 勵(lì)磁變壓器接在機(jī)端的自并發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)組起勵(lì)后， 轉(zhuǎn)速接近額定值后，機(jī)端電壓為殘壓，基值太低，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器觸發(fā)回路中同步電壓太低，不能使發(fā)電機(jī)建立電壓，必須先供給發(fā)電機(jī)初始勵(lì)磁，使發(fā)電機(jī)逐步建立一定電壓，此過(guò)程為起勵(lì)。常用的滅磁方式有：?jiǎn)为?dú)的勵(lì)磁和滅磁；滅 弧柵滅磁；利用可控硅逆變滅磁；非線性電阻滅磁；放電電阻滅磁。 主回路的設(shè)計(jì)旨在使整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)滿足各方面的技 術(shù)要求和性能指標(biāo)外，應(yīng)盡量節(jié)省投資，并力標(biāo)接線簡(jiǎn)單明了且功能完備。另外，它還有隔離和匹配的作用，隔一次系統(tǒng)與勵(lì)磁系統(tǒng)，使一次系統(tǒng)故障時(shí) ，勵(lì)磁系統(tǒng)所受影響最小，并滿足容量的要求。 Ke=)()(eUlqUl= U1(q)— 強(qiáng)勵(lì)頂值電壓 U1(e)— 額定勵(lì)磁電壓 則 U2= )(eUlKe? = ? =(V) 由于采用發(fā)電機(jī)端提供功率單元的自并勵(lì)勵(lì)磁方式。 U2178。 11 根據(jù)初選變壓器進(jìn)行精確計(jì)算。 ? min— 強(qiáng)勵(lì)時(shí)可硅制角 ? min 的值，有的資料建議取 ? min=20176。） ，這里取 ? min =20176。 ? e=180176。 =24P178。 22 整流回路的原理及分析 本設(shè)計(jì)的主回路中整流回路采用三相全控橋式整流。,a180。電角度，為保證后一可控硅觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，前一可控硅處于導(dǎo)通狀態(tài)，要求觸發(fā)脈沖的寬度大于 60186。,c,b180。時(shí)，在觸發(fā)脈沖 Ugb,Ug1 作用下， SCR6， SCR1導(dǎo)通 ，輸出電壓 Umn=Uab，經(jīng) 60186。a90186。 （ b 圖：控制角 a=60186。 由 c 圖可見(jiàn)，輸出電壓 Umn瞬時(shí)值有負(fù)值部分，在 60186。 綜上所述，當(dāng)三相全控橋式整流回路工作的整流狀態(tài)時(shí)，控制角a 應(yīng)小于 90 186。為保證它們安全可靠地工作，除了提高硅元件的產(chǎn)品質(zhì)量，正確選擇硅元件的參數(shù)之外，還必須在裝置中適當(dāng)?shù)夭捎帽Ｗo(hù)措施。 整流電源變壓器高壓側(cè)合閘的瞬間，由于高壓繞組與低壓繞組之間的分布民容與低壓繞組對(duì)銑芯之間的分布電容的耦合，使得高壓側(cè)入侵電壓按電容反比分配給低壓側(cè)，尤其是變比較大的變壓器，低壓側(cè)感應(yīng)過(guò)電壓的倍數(shù)就更高。 處于導(dǎo)通狀態(tài)的硅元 件，體內(nèi)積蓄載流子的存在，當(dāng)施反向電壓時(shí)，原來(lái)積蓄的載流子會(huì)以硅元件流出形成反向恢復(fù)電流，當(dāng)恢復(fù)電流被迅速截?cái)鄷r(shí)，電感上會(huì)感應(yīng)出高電壓。為了減少引起電感，電 容應(yīng)盡量靠近元件處，一般采用并聯(lián)方式。 17 壓敏電阻 在敏電阻一般是由氧化鋅摻雜化鋅，再有其它多種金屬氧化物燒結(jié)而成的陶瓷基片的非線性電阻，是有齊納二極管的非線性仗安特性。（ 2）通流容量（浪涌承受量）較大，伏安特性對(duì)稱，交直流均可使用。 硒堆吸收裝置 由若干片摻入適當(dāng)雜質(zhì)的硒片，互 相串聯(lián)組成硒堆吸收五環(huán)節(jié)，可以獲得與齊納二級(jí)管相似的轉(zhuǎn)折特性，原理當(dāng)外加電壓超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，反向電流側(cè)隱劇真加，可抑制電壓的上升。 （二）過(guò)電流保護(hù) 引起整流元件過(guò)電流的原因大致為： 18 （ 1） 勵(lì)磁回路某處發(fā)生短路。 在本次設(shè)計(jì)采用了快速熔斷器的保護(hù)，快速熔斷器是過(guò)電流保護(hù)中最簡(jiǎn)單的一種方式，它是專供半導(dǎo)體元件使用的，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且保護(hù)范圍廣，能保護(hù)內(nèi)部故障，外部短路，逆向電流及某些過(guò)載等因素引 起的過(guò)電流，它是有極優(yōu)越的快速性，與普通熔斷器相比在同樣的過(guò)載倍數(shù)下，它的熔斷時(shí)間要短得多。 SCR 元件額定電壓 Vte 的計(jì)算。 179。 Ifd(e)=179。 =1016V 20 I(0)2=%179。 2 179。 =（ ~）179。2)( 2)0(OIV=? PR=(2~3) 178。 103 Rb=(1～ 3) CbLaLc /)( ? 式中 Lc— 變壓器漏感， ? H 式中 Lc|— 變壓器漏感 ? H 硒堆吸收裝置 每串硒堆的牌數(shù) n 可按下式選擇 N=（ ~） VL/VN=(~)~ 片 式中： VN：硒堆每片反向電壓有效值，通常有 20， 25， 30， 40等 12 戶等吸規(guī)格，此處取 VN=20V，因?yàn)樗奶匦暂^好，此處取 15片。 2 178。 U：線電壓有效值 轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù) 22 種類：（ 1）阻容保護(hù) （ 2）硒堆做成的浪涌吸收器 （ 3）轉(zhuǎn)子放電器 （ 4）可控硅跨接器 （ 5）非線性電阻 RNL 本設(shè)計(jì)選用（ 1）（ 2）（ 3）（ 5）配合使用，如下圖： （ 1）阻容保護(hù)：正常時(shí)電阻要消耗一些功率，若為減少功率而加大電阻，又影響限制過(guò)電壓的效果。 發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)雖可做發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)的快速滅磁，但對(duì)于大容量的機(jī)組，通常的滅磁 開(kāi)關(guān)難于完善地承擔(dān)滅磁任務(wù)時(shí)，也還可依靠其它的轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)器件的合理配合來(lái)減輕滅磁開(kāi)關(guān)的負(fù)擔(dān)。由于發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)殘壓較低，提供的功率和電流可能使發(fā)電機(jī)自身空載電壓達(dá)到額定值?？紤]到本設(shè)計(jì)是 6MW 的大功率發(fā)遇機(jī)，要求起勵(lì)容量比較大，故可用蓄電池起勵(lì)，必要時(shí)，作為 24 后備。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到容載 F 的 30%，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流約為發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流 Ifdo 的40%，故需起勵(lì)電源功率約為發(fā)電機(jī)定載額定電壓電源功率的 12%，約折合額定勵(lì)磁功率的 % 即 Se’=Se179。 41 = 如選廠用母線 380V，則考慮留有一定的裕度， U2 取 40V，則要求起勵(lì)電壓度比為 380/40=，容量為 20KVA 的變壓器，作起勵(lì)度。 =~(? ) 第三章 勵(lì)磁系統(tǒng)控制回路的設(shè)計(jì) 31 控制回路的作用、構(gòu)成 可按硅勵(lì)磁系統(tǒng)控制回路又稱為半導(dǎo)體，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器它的基本任務(wù)是測(cè)量發(fā)生電機(jī)端的電壓偏差，并與輔助裝置送來(lái)的穩(wěn)定限制，補(bǔ)償?shù)刃盘?hào)綜合放大，然后作為控制信號(hào)作用于移相觸發(fā)單元來(lái)改變勵(lì)磁功率單元之中觸發(fā)脈仲的相角，得以控制可控硅導(dǎo)通的大小，使可控硅整流回路輸出的勵(lì)磁電流適應(yīng)負(fù)載的需要，以保持發(fā)電機(jī)端電壓的恒定，其自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的好壞，決定著勵(lì)磁裝置能否穩(wěn)定，持久， 26 可靠運(yùn)行。 32 測(cè)量比較單元 測(cè)量比較單元是調(diào)節(jié)器的敏感單元，作用是測(cè)量發(fā)生機(jī)電壓并變換為直流電壓信號(hào)（測(cè)量整流電路）與給定的直流基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較（比較整定電路）最后送出發(fā)電機(jī)電壓偏差信號(hào) Ub. 測(cè)量比較單元的組成，如圖 32 圖 32 測(cè)量比較單元組成 調(diào)差環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)及分析 調(diào)差環(huán)節(jié)的作用在于人為地改變調(diào)節(jié)器的調(diào)差系數(shù)，以保證并列運(yùn)行機(jī)組間無(wú)功功平穩(wěn)定合 理的分配。 Ra a) COS4=1（純有功負(fù)載） 加在測(cè)量變壓器原方的電壓三角形△ a’b’c’與原來(lái)的發(fā)電機(jī)電壓三角形△ abc 基本上相等，即調(diào)差裝置平反應(yīng)有功電流。 濾波電路 為了提高調(diào)節(jié)器在電力系統(tǒng)平對(duì)稱短路情況下調(diào) 節(jié)的靈敏度，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中通常在測(cè)量變壓器與勵(lì)磁電壓互感器之間裝有正序電壓濾波器，作用是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生平對(duì)稱短路引起三相電壓平衡時(shí)，正序電壓濾波器輸出對(duì)稱的，數(shù)值降低了正序電壓。 電壓比較，通常是把側(cè)量整定電路輸出的與發(fā)電機(jī)端電壓比例的直流電奪 Vc（稱為測(cè)量電壓）與比較電路中的基準(zhǔn)電壓相比較，輸出一個(gè)與電壓偏差成比例的直流電壓 Vb 作為輸入列綜合放大單元的電壓偏差信號(hào)。 為了使發(fā)電機(jī)端電壓在一定范圍內(nèi)可以人為調(diào)整，比較橋的整定電壓值 Vz 應(yīng)能在一定范圍內(nèi)改 變，通常采用電位器分壓或降壓的方 32 法來(lái)調(diào)節(jié)整定電位值，當(dāng)接入分壓電路，電位器 W1，在某一位置時(shí)，比較橋的實(shí)際輸入電壓 Usr＜ Uc，必須 Vc 更大一些，支路 2 的穩(wěn)壓管才被擊穿，其輸出特性如 b 圖 2’，其斜率少了一些，同理 1 的斜率也減少一些，曲線 1’與 2’之差的輸出特性 4’，其整定電壓值 Vz 變大了，而工作段的斜率減小了，改變整定電位器 W1，滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置，可得到不同的輸出特性和整定電壓值 W1，滑動(dòng)觸點(diǎn)處于中間位置時(shí)，對(duì)應(yīng)于發(fā)電機(jī)空載額定電壓，上、下調(diào)節(jié)器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置，可以改變整定電壓的177。 2）具有較高的運(yùn)算精度 3）反應(yīng)速度快，時(shí)間常數(shù)小 4）工 作穩(wěn)定，輸出阻抗小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。 運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端均外接二級(jí)管雙向限幅電路，且根據(jù)移相觸發(fā)單元移相范圍的要求，把控制電壓 VK 限制在一定范圍內(nèi)?？刹捎梅€(wěn)壓電源 經(jīng)電阻與電位器分壓，引入同相輸入端來(lái)輔助調(diào)零。 （一）移相觸發(fā)的手中類 半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的常用的移相觸發(fā)電路有下列四種： 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，直接輸出脈沖去觸發(fā)。線性度好，在大中型機(jī)組成應(yīng)用較廣。向它的控制級(jí)發(fā)出觸發(fā)脈沖，而且當(dāng)控制電壓一定時(shí)，每個(gè)周期送出的第一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)于陽(yáng)極電壓的時(shí)刻去應(yīng)相同，即控制角義相同，可控硅觸發(fā)脈沖與主回路之間的這種相應(yīng)配合關(guān)系為同步。發(fā)出，這樣六相觸發(fā)脈沖按 +A→ C→ +B→ A→ +C→ B 相順序依次相隔 60176。 鋸齒波的形成。 T2 是一個(gè)放大倍為高的負(fù)反饋放大器，反饋電容C2跨接在 T2的集電極與基極之間，當(dāng)電容 C2 充電，企圖使 T2某極 B點(diǎn)電位由原值（零下略負(fù)）增高（即少負(fù)一些）時(shí)，經(jīng) T2 的放大作用，集電極 C 點(diǎn)電位下降，通過(guò) C2 的負(fù)饋?zhàn)饔茫柚闺娢辉龈?。而且?A 點(diǎn)電位為正的整個(gè)區(qū)間， C2 一直充電，故鋸齒波的區(qū)間大于 180176。 鋸齒波移相觸發(fā)電路，根據(jù)控制電壓與鋸齒波斯灣電壓進(jìn)行比較的方式不同，有并聯(lián)和串聯(lián)兩種控制方式，簡(jiǎn)單的串聯(lián)控制方式鋸齒波移相觸發(fā)電路，如圖 312（ a）所示，來(lái)自綜合放大單元的直接控制電壓 VK 與鋸齒波電壓 Ve 反極性串聯(lián)后加在三級(jí)管 T 的基極和發(fā)射極之間，三極管的輸入信號(hào)為 Vba=VXVk，當(dāng) VK 一定，同步電壓由零向正半周變化，電容 C 開(kāi)始充電時(shí)，因基極為負(fù)電位， T 導(dǎo)通。產(chǎn)生負(fù)脈沖； T 由截止變導(dǎo)通時(shí)，發(fā)現(xiàn)正在脈沖。 簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)接線控制方式據(jù)齒波移相觸發(fā)電路如圖 3=12（ b） ,鋸齒波電壓與控制電壓分別通過(guò)電阻 R2和 R3反極性并聯(lián)接入三級(jí)管T 的基一射極，工作原理與上述串聯(lián)控制方式相似。 第一章 數(shù)學(xué)模型的建立 上面已設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)框圖如下所示： 由綜合放大單元，功率放大單元，發(fā)電機(jī)以及測(cè)量比較單元構(gòu)成了一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，下面先建立各部分對(duì)應(yīng)地傳遞函數(shù)，再分析整個(gè)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 經(jīng)泰勒級(jí)數(shù)展工： G（ S） =)( )(SUkSUd=KZ[TzSTZ 2111???] 略去高級(jí)項(xiàng)得到簡(jiǎn)化后的傳遞函數(shù)為 G（ S） = STZKZ??1 式中 TZ=3001 14 同步發(fā)電機(jī)傳遞函數(shù) 研