【正文】 u,udG178。 K4=（ XdXd’） U178?！?S+K2△ Eq’ △ Ug=K1178。 32 同步發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)方程及穩(wěn)定數(shù)據(jù) 根據(jù)對(duì)暫態(tài)電勢(shì) E9 的方程式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)療程。例如系統(tǒng)處于小擾動(dòng)情況下，同時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)做如下假設(shè)： 忽略阻尼效應(yīng)。 22 利用時(shí)域仿真 校驗(yàn)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo) 該方法是利用計(jì)算機(jī)時(shí)域仿真程序?qū)σ阎南到y(tǒng)傳遞函數(shù)進(jìn)行仿真從其輸出的結(jié)果中分析放大倍數(shù) K 的最佳取值。 則開環(huán)極點(diǎn)為： S1=300， S2=,S3= 開環(huán)零噗卻在無窮遠(yuǎn)處： 閉環(huán)傳遞函數(shù)： Gcs=KZSSSSKZ?????))()(30011()( = 2 8 1 2 )( 223 ???? ? KZSS SKZ 代入數(shù)據(jù)，并設(shè) KR=1 則 所以閉環(huán)傳遞的函數(shù)的特征議程為： 0143 02 23 ??????? KZSSS 44 故本方案建立的勵(lì)磁系統(tǒng)模型為三階模型 第二章 動(dòng)態(tài)性以分析 在上述已建立的傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上，我們運(yùn)和自動(dòng)控制理論加有關(guān)方法及計(jì)算機(jī)輔助分析來分析已設(shè)計(jì)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能包括暫態(tài)性能穩(wěn)定性以及穩(wěn)態(tài)性能。 cs）178。 12 綜合放大單元的傳遞函數(shù) 綜合放大單元在半導(dǎo)體型調(diào)節(jié)器中是由運(yùn)算放大器組成，傳遞函數(shù)通?？梢暈榉糯笙禂?shù)為 K 的一階慣性環(huán)節(jié)，可表示為： GA（ S） = STAKA??1 KA：電壓放大系數(shù) TA：放大器時(shí)間常數(shù)采和運(yùn)算放大系數(shù)為 K 的放大器響應(yīng)快可近似認(rèn)為 TA=0 13 功率主大單元的傳遞函數(shù) 本設(shè)計(jì)中半導(dǎo)本勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的功率放大單元是三柯全控橋式整流由于晶閘管整流元件工作是斷續(xù)的，可控硅整流器輸出平均電壓，滯后觸發(fā)器控制電壓的時(shí)間與整流電器有關(guān)，其最大可滯后時(shí)間 TZ+mf1= 5061? =3001 M 為整流控制相數(shù) F 為電源頻率 由以上發(fā)析得：整流電路輸出電壓方程： 42 Ud= 式中 Kz:ud 和 uk 之間的放大倍數(shù) 上式經(jīng)拉氏變換得傳遞函數(shù)為： G（ S） =)( )(SUkSUd=KZ178。下面我就在建立由文字模型基礎(chǔ)上，分析已設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有關(guān)性能。 這種觸發(fā)電路的鋸齒波工作段為負(fù)斜面，控制舊壓 VK 增大時(shí)，脈沖前稱， VK 減小時(shí)，脈沖后移，另有一種觸發(fā)電路，基鋸齒波工作段為正斜率， VK 增大，脈沖后移； VK 減少，脈沖前移。三極管 T 工作在開關(guān)狀態(tài)，在每一周期內(nèi)， T 由導(dǎo)通截止。 由于 T2管的放大倍數(shù)高， C 點(diǎn)位雖 上升， B 點(diǎn)電位可以認(rèn)為基本恒定，這就是恒流充電鋸齒波發(fā)生電路的基本工作原理。電容 C2 上的電壓由零向負(fù)值線性地上升，得到線性度很好的鋸齒波電壓三級(jí)管T2的輸出電壓 Usc 跟蹤 C2 的充電電壓，與 C2上的電壓基本相同，故Usc 也是鋸齒波。這時(shí) T2開始充電，充電回路由 +Ec 經(jīng) R C2然后分兩支到 EC，這時(shí)， T2 由原來的飽和導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為放大狀態(tài)。 （三）鋸齒波移相觸發(fā)電路原理分析及設(shè)計(jì) 鋸齒波移相觸發(fā)電路，由于鋸齒波在線性度和對(duì)稱度稱好，移相范圍較寬鋸齒波可受到流電壓的波動(dòng)影響，所以，在半導(dǎo)體，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中采用較為普遍。同理基陽(yáng)極組的三相觸發(fā)脈沖按 C、 A、 B 相順序隔 120176。 （ 二 ）同步電壓的要求 可控硅整流電路要求在可按硅每次隨正向電壓的時(shí)候。 余弦波移相觸發(fā)電路，以余弦波作為同步電壓，因而整流橋輸出的直流電壓與機(jī)端電壓變化線性關(guān)系。 移相觸發(fā)單元的組成圖如 310，一般由同步、移相脈沖形成，脈沖放大等幾個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，為了改進(jìn)脈沖質(zhì)量，可加上整形、放大、反饋等輔助環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)設(shè)加但為了更好地可 靠性，本設(shè)計(jì)加了一個(gè)自動(dòng)跟蹤手動(dòng)控制部分，在 PC 斷線進(jìn)可以自動(dòng)切換到手動(dòng)控制。 外接調(diào)零電路（ W1）用來保證輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓也為零。 此電路是由商放大倍數(shù)的固體組件放大器加上深度負(fù)反饋，以及輸出輸入限幅和功率放大等環(huán)節(jié)構(gòu)成，輸入端可綜合我種信號(hào)，包括比較整定電路率和電壓偏差信號(hào)以及其他控制附加信號(hào)，集成元件放大經(jīng)負(fù)反饋電阻構(gòu)成閉環(huán)后，閉環(huán)放大倍數(shù)由幾倍到幾十倍可調(diào)，轉(zhuǎn)換開 關(guān) HK 改變固定的負(fù)反饋電阻作為精調(diào)，電位器 W4作為放大器的放大倍數(shù)細(xì)調(diào)。 對(duì)綜合放大單元的要求是： 1）具有線性地綜合多個(gè)輸入控制信號(hào)的能力。 如圖（ a）當(dāng)輸入的測(cè)量電壓 Vc 由 0 逐漸增加時(shí)，第一條支路中，在穩(wěn)壓管 WY1 擊穿以前，可以看成為開路，支路無電流通過 Vcb=0，當(dāng) Vc 等于或大于穩(wěn)壓管的 WY1擊穿電壓 Vw 后，第一條支路的電流通過， V 點(diǎn)電位上升，而第二條支路在 WY2 未擊穿以前， P 點(diǎn)電位隨隨入電壓逐漸升高，當(dāng) VcVw 穩(wěn)壓管 WY2 擊穿后， VBO=UN 保持平度，比較橋輸出的電壓（比較） Vb 取自對(duì)角線 C 點(diǎn)和 D 點(diǎn)， CD兩點(diǎn)的電位差，為比較橋的輸出特性。 比較整定電路 比較整定電路是側(cè)量比較單元的核心環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是進(jìn)行電壓比較和電壓整定。 對(duì)元相橋式整流的直流電壓按富氏級(jí)數(shù)展開，得 Vd=(1+ 13112? COS12wt 25232? COS24wt+?? ) 其中式中 Vm= 2 V2 V2一線電壓幅值 由上式知，元相橋式整流輸出電壓中最低次交流諧波頻率為基波頻率的十二倍，當(dāng)電源頻率為 50HZ 時(shí)，最低次諧波頻率為 600HZ，其副值為直流分量的 %，基佗高次諧波，頻率愈高其幅值愈小，所以六相整流后直流電壓不是很平穩(wěn)。 Ra Vc=VcIab178。 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由基本裝置和輔助裝置兩部分組成，基本裝置是主體部分，包括側(cè)量比較、綜合放大，移相觸發(fā)異單元。 RM(4~5) 179。 41 =179。 起勵(lì)電源的容量估算如下。 本設(shè)計(jì)采用他勵(lì)起勵(lì)，起勵(lì)電源取自廠用低壓母線，因?yàn)閺S用 母線一般情況下常帶電，所以可靠性比較高，另外廠用母線帶負(fù)荷不大，所以可以提供足夠的功率來初始勵(lì)磁。 = 再次，熔體的熔斷特性的值與整流裝置中元件的短時(shí)過載能力相配合 25 起勵(lì)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用自并勵(lì)勵(lì)磁，功率單元電源 來自發(fā)電機(jī)機(jī)端。 （ 4）非線性電阻 RNL，在同步發(fā)電機(jī)上采用非線性電阻與大局磁繞組并接，作為非線性電阻滅磁，同時(shí)，又兼做電壓抑制裝置。 式中： K6 為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般為 ~，此取 ， 其值可根據(jù)整流裝置具體情況而定。 U1MA≥ K6178。 Cb=(2～ 5)IT(AV) 179。 ? =? F Rd=179。 ） 2179。 ? =? F Rs=(～ )2)( 2)0(OIV=～ ? 所選電容量的額定電壓，應(yīng)小于交流側(cè)最高工作電壓，峰值的~ 倍，即 Vce≥ 179。 = Ki— 強(qiáng)勁工況下電流裕度系數(shù)，此取 ∮ 25 交直流側(cè)保護(hù)參數(shù)計(jì)算 整流變壓器（勵(lì)磁變壓器）參數(shù)有 VK%=5%， Iq%=% Se=72KVA V2= I2= 則 V（ 0） 2=5%179。 248=,由此可選硅元件的額定正向平均電流為：IT(AV)=KiIA(AV)=(35)IA(AV)=(248~)A Ki— 電流裕度系數(shù)，此取 3~3 強(qiáng)勵(lì)工況下： Ifd(q)=Ke178。 179。并且應(yīng)考慮元件工作的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。由于硅整流元件過載能力很差，其原因是可控硅過載時(shí)，將導(dǎo)致結(jié)溫升高，當(dāng)升高到 180℃以上時(shí)，可控硅反向漏電流急劇上升，最后將導(dǎo)致 P— N 結(jié)被燒毀，安全失去整流作用，因此，常采用快速熔斷器，快速開關(guān)，以及快速過電流繼電器等保護(hù)措施。容量受朝而特性改變。（ 4）可靠性較高，本設(shè)計(jì)采用壓敏放電阻做為直流側(cè)的過電壓保護(hù)。式中 K 為器件常數(shù)， a 為非線性系數(shù)，相當(dāng)于器件靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻的比值，即（ U/I） /（ du/di） 。阻容保護(hù)元件參見下一部分。 過電壓保護(hù) 阻容保護(hù) 由電阻，電空串聯(lián)形成的 Rc 過電壓保護(hù)原理，利用電容器而商奄壓不能突變，而能儲(chǔ)存電能的基本特性，可以吸收瞬間的浪涌能量，限制過電壓。 當(dāng)整流裝置負(fù)載被切除，或整流裝置有直流側(cè)開關(guān)斷開時(shí)，在交流電源回路的電感上，特別在整流變漏抗止因電流突變而產(chǎn)生過電壓。 過電壓的來源： 由輸電線路供電的降壓變，因進(jìn)線遭雷擊或靜電感應(yīng)過電壓時(shí)，變壓器副方也產(chǎn)生過電壓。 23 半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的保護(hù) 整流 裝置中的硅元件是半導(dǎo)體勵(lì)磁裝置中的重要器件。時(shí)，正值部分面積和負(fù)值部分面積相等，輸出電壓平均值降為零，即 =0。時(shí)全控橋 Umn波形 ) 在 wt2以后，雖然 B 相電壓高于 A 相電壓，即 Uab0,但負(fù)載電感 Lk 感應(yīng)由勢(shì)數(shù)值 TBUab大 ，故 SCR6， SCR1仍處在正向電壓下，保持導(dǎo)通狀態(tài)，因此在 wt2— wt3區(qū)間內(nèi)， Umn=Uab0 是負(fù)值狀態(tài)，到 wt3時(shí)刻，在 Ug1,Ug2作用下， SCR1仍處在正向電壓下， SCR2導(dǎo)通時(shí)， SCR6受到 Uab0 的反向電壓而關(guān)斷， SCR6 中電流轉(zhuǎn)換到 SCR2 中，輸出電壓Umn=Uab，以后的工作狀況與上述類似，作出 Umn波形如圖 c 所示。時(shí)全控橋 Umn波形）。類 14 似，當(dāng) 60186。 下面分別討論一下，在各種控制角情況下的整流情況，見下 面圖： a=30186。,b,a180。 圖（ b）電壓波形圖分析知，可控硅 SCR1~SCR6觸發(fā)脈沖的次序應(yīng)為 SCR1， SCR2???? SCR6且觸發(fā)脈沖的間隔依次相差 60186。如圖示 點(diǎn)分別為可控硅 SCR1， SCR3， SCR5的自然換相點(diǎn)， c180。 為消除高次諧波的影響，特別是三次諧波的影響，至少有一側(cè)為△型接線，故采用 Y/△ — 11 接線，冷卻方式為油浸自冷式。 Ufd(e) 179。 對(duì)三相全控橋有： a)空載時(shí)： Ufd(o)= Ifd(o)=P5A ? 0=COS1( Ul RoIf doU f d )(3)( ????? ?? ) = COS1( 3 30 3 4 4 1 5 ? ??? ? ) =176。～20176。 Ufd(e)+?3 KeIfd(e)xR+? △ ? 式中： ? △ ? — 電壓降之和，包括導(dǎo)通兩臂的硅元件正向壓降，線路電阻壓降及轉(zhuǎn)子滑不與炭刷間壓降，計(jì)算中取 2~4 或忽略，此取 ? △ ? =4V ?R— 換流電抗，對(duì)于變壓器供電方式，取 ? e 等于變壓器漏抗，4%~8%，對(duì)于交流勵(lì)磁機(jī)提供電方式，可采用公式 ? R= 2 2d ?? ? ，因此換流過程可視為不對(duì)稱短路的次暫態(tài)過程，此設(shè)計(jì)為變壓器供電，? R 取為 8%。 = 考慮到留有一定裕度，故選容量為 72KVA，變比為 31。 248=(A) （ 3）整流變壓器容量的計(jì)算 Se= 3 178。 （ 1）變壓器二次電壓的初步計(jì)算。所以通過它的降壓后，能得到適合于整流回路的工作電壓。 9 第二章 勵(lì)磁系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì) 勵(lì)磁系統(tǒng)主回路包括接在發(fā)電機(jī)出口的整流變壓器 ZB和三相全控整流電路，各元件的保護(hù)裝置，以及磁、起勵(lì)回路。 滅磁方式的選擇 當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)，以及 變壓器短路時(shí)，必須迅速而又徹底地消滅磁場(chǎng)才能有效地保護(hù)發(fā)電機(jī)。 本設(shè)計(jì)采用三相全控橋式整流，它從三相半波 整流回路發(fā)展而來，六個(gè)橋臂全部采用可控硅三件，共陽(yáng)及組和共陰級(jí)組都觸發(fā)導(dǎo)通，與半控橋相比較脈動(dòng)電壓小，且頻率高，脈沖間隔 60℃，較半控橋 8 小，所以全控橋動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)整及時(shí)，而且根本解決了先控問題，是目前較為理想的整流方式。因此，只要配合快速保護(hù)，并適當(dāng)提高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，這種勵(lì)磁方式還是可以采用的。 （ 3）直接以晶閘管控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵(lì)磁電壓咱應(yīng)速度，可以近似認(rèn)為是有階躍函數(shù)的響應(yīng)速度。 b) 自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)與自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)一樣，自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電源也是從本機(jī)直流獲取的，所不同的是直流勵(lì)磁機(jī)為了調(diào)整電壓，需要一個(gè)磁場(chǎng)變壓器，而自勵(lì)交流機(jī)為了維持端電壓恒定，則改用了可控硅元件， 同樣分為自勵(lì)交流帶靜止可控硅方式和義流帶靜止硅整流方式，這兩種勵(lì)磁系統(tǒng)的可取之處是不用副勵(lì)磁機(jī)。隨著發(fā)電機(jī)容量的提高，所需勵(lì)磁電流也相應(yīng)增大，機(jī)械整流子在換流方 面遇到了困難，而大功率半導(dǎo)體，整流之體制造工藝又日益成，于是大容量機(jī)組的勵(lì)磁功率單元就采用了交流發(fā)電機(jī)和半導(dǎo)體整流元件組成的交流勵(lì)磁系統(tǒng)，一般都是與主機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，為了縮短主軸長(zhǎng)度，降低造價(jià)減少環(huán)節(jié)，最近對(duì)提出用發(fā)電機(jī)自身作為勵(lì)磁電源的方法，即這次設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)。 眾所周知，同步發(fā)民機(jī)的勵(lì)磁電壓源實(shí)質(zhì)上是一個(gè)對(duì)室的直流電源。 具有足夠的勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度，勵(lì) 磁頂值電壓Ufd(h)是勵(lì)磁功率單元在強(qiáng)勵(lì)時(shí)可能提供的最高輸出電壓值，該值與額定工況下，該值與額定工況下勵(lì)磁電壓 Ufd(h)之比稱為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)Ke，涉及制造成本導(dǎo)因素，一般取 。 能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵(lì)磁導(dǎo)控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件。對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定勵(lì)磁系統(tǒng)能有效地提高靜態(tài)穩(wěn)定功率極限，對(duì)于暫定穩(wěn)定強(qiáng)行勵(lì)磁可減少加速面積，增大減速面積，改善暫