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1、第七讲 励磁系统的动态特性（1）2/412023-11-6主要内容l目的：n利用自动控制理论 分析 同步发电机自动励磁调节的动态特性及其对电力系统动态稳定的影响l概述（要求）l励磁控制系统的传递函数n励磁机数学模型直流/交流/整流特性n测量比较单元/综合放大单元n功率放大单元n发电机的传递函数n励磁控制系统的传递函数3/412023-11-6第一节 概述G励磁机励磁机baEFIGUEFIEEIGUGI发电机是被控对象发电机是被控对象励磁机是执行环节励磁机是执行环节励磁调节器是控制器励磁调节器是控制器典型的反馈典型的反馈控制系统控制系统4/412023-11-6对励磁控制系统的要求1、发电机在并
2、网前，在空载运行条件下，励磁自动控制系统必、发电机在并网前，在空载运行条件下，励磁自动控制系统必须能够稳定运行须能够稳定运行2、发电机在并网后，在与其它机组并联运行条件下，励磁控制、发电机在并网后，在与其它机组并联运行条件下，励磁控制系统对电力系统稳定性产生有益的影响系统对电力系统稳定性产生有益的影响3、在运行过程中，对励磁自动控制系统的动态性能指标也有具、在运行过程中，对励磁自动控制系统的动态性能指标也有具体的要求体的要求1、上升时间、上升时间2、超调量、超调量3、调整时间、调整时间5/412023-11-6大中型同步发电机励磁系统基本技术条件1 1、同步发电机在空载额定电压情况下，当电压给
3、定阶跃响应为、同步发电机在空载额定电压情况下，当电压给定阶跃响应为10%10%时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50%50%，摆动次数不，摆动次数不超过超过3 3次，调节时间不超过次，调节时间不超过10s10s2 2、当同步发电机突然零起升压时，自动电压调节器应保证其端、当同步发电机突然零起升压时，自动电压调节器应保证其端电压超调量不得超过额定值的电压超调量不得超过额定值的15%15%，调节时间不大于，调节时间不大于10s10s，电压摆，电压摆动次数不大于动次数不大于3 3次。次。物理系统物理系统数学建模数学建模物理映射物理映射数学分析数学分析GB7409
4、-1987GB/T7409-1997GB/T7409-20076/412023-11-6第二节 励磁控制系统的传递函数典典型型的的励励磁磁控控制制系系统统的的结结构构122347/412023-11-61 励磁机的数学模型直流励磁机EEEEEEuiRdtdEREEiEEuE励磁机励磁绕组的电阻励磁机励磁绕组的电阻励磁机励磁绕组的电流励磁机励磁绕组的电流励磁机励磁绕组的输入电压励磁机励磁绕组的输入电压励磁机励磁绕组的磁链励磁机励磁绕组的磁链 目标是要建立目标是要建立 与与 之间的传递函数，因此之间的传递函数，因此需要建立需要建立 与与 之间的之间的关系关系 EuEEuEEiEuUEE励磁机励磁机
5、发电机发电机8/412023-11-61 励磁机的数学模型直流励磁机 励磁电流励磁电流 与励磁机电压与励磁机电压 之间是非线性关系，之间是非线性关系，因此需要采用饱和特性曲线来计及其饱和影响因此需要采用饱和特性曲线来计及其饱和影响EEiEuBBAEIIIS定义饱和函数来表示饱和特性定义饱和函数来表示饱和特性气隙特性的斜率是气隙特性的斜率是G1励磁电流励磁电流 与励磁机电与励磁机电压压 之间关系式为：之间关系式为：EEiEuEEEEEEEuGSGuSGui19/412023-11-61 励磁机的数学模型直流励磁机磁通磁通 与磁链与磁链 之间存在关系之间存在关系EEEEN在恒定转速下，在恒定转速下
6、，uE与气隙磁通与气隙磁通a 成正比成正比aEKul磁通在穿过气隙时存在漏磁通磁通在穿过气隙时存在漏磁通 ，两，两者存在比例关系者存在比例关系alCaalaEC1EEEuKCuK110/412023-11-61 励磁机的数学模型直流励磁机EEEEEEuiRdtdEEEEEEEuGSGuSGui1EEEuKCuK1EEEEEEEEuuGSRGuRdtduKN EEEEEEEEEESKsTGSRGRsKNsususG1111/412023-11-61 励磁机的数学模型直流励磁机 EEEEEEEEEESKsTGSRGRsKNsususG1112/412023-11-61 励磁机的数学模型交流励磁机d
7、tdiLRiuEEEEEEEEEEEEEEEUSGiGUi1以励磁机空载特性曲线（气隙线）上产生单位额定励磁以励磁机空载特性曲线（气隙线）上产生单位额定励磁电压对应的励磁电流值作为励磁机的励磁电流基准值。电压对应的励磁电流值作为励磁机的励磁电流基准值。EEEESUi1*dtdiLiRuEEEEEEEE*励磁机励磁机100-150Hz13/412023-11-61 励磁机的数学模型交流励磁机dtdUTSUuEEEEEE*1dtdiLiRuEEEEEEEE*EEEESUi1*ET励磁机时间常数，随励磁机时间常数，随着励磁机的饱和程度着励磁机的饱和程度而变化而变化ES励磁机恒值电阻负励磁机恒值电阻负
8、载时的饱和系数载时的饱和系数适用于励磁适用于励磁电压响应比电压响应比较低的励磁较低的励磁系统系统14/412023-11-62 励磁调节器传递函数测量比较单元电压测量比较单元主要由电压测量比较单元主要由测量变压器测量变压器、整流滤波器整流滤波器、测量比较电路测量比较电路所组成。所组成。整流滤波器会有延时整流滤波器会有延时测量变压器、测量比较电路可以忽略延时测量变压器、测量比较电路可以忽略延时 sTKsUsUsGRRGdeR1测量比较单元的传递函数测量比较单元的传递函数15/412023-11-62 励磁调节器传递函数综合放大单元电子型励磁调节器的电子型励磁调节器的综合放大单元综合放大单元由运算
9、放大器为由运算放大器为基础构成基础构成电子型励磁调节器的电子型励磁调节器的综合放大单元综合放大单元由磁放大器为基由磁放大器为基础构成础构成 sTKsGAAA1忽略延时忽略延时max.min.SMSMSMUUU16/412023-11-62 励磁调节器传递函数功率放大单元电子型励磁调节器的功率放大单元是晶闸管整流器。晶闸管整流电子型励磁调节器的功率放大单元是晶闸管整流器。晶闸管整流元件是断续工作，因此其输出与输入的控制信号之间存在时滞。元件是断续工作，因此其输出与输入的控制信号之间存在时滞。控制极到晶闸管导通的时间控制极到晶闸管导通的时间可以忽略可以忽略。一旦晶闸管元件导通以后，。一旦晶闸管元件
10、导通以后，控制极任何脉冲信号都不能改变他的状态，直到该元件受到反向电控制极任何脉冲信号都不能改变他的状态，直到该元件受到反向电压作用而关断为止。晶闸管这一断续控制现象有可能造成输出平均压作用而关断为止。晶闸管这一断续控制现象有可能造成输出平均电压滞后于触发器的控制电压信号。电压滞后于触发器的控制电压信号。mfTZ1最大滞后时间最大滞后时间单相半波电路为单相半波电路为180度度三相半控电路为三相半控电路为120度度三相全控电路为三相全控电路为60度度17/412023-11-62 励磁调节器传递函数功率放大单元ZSMZdTtUKu sUeKsuSMsTZdZ sTZSMdZeKsUsusG.21
11、1122sTsTKZZZ sTKsGZZ1整流电路输出电压方程整流电路输出电压方程拉普拉斯变换拉普拉斯变换传递函数传递函数泰勒展开泰勒展开忽略高次项，忽略高次项，得到简化模型得到简化模型18/412023-11-63 发电机的传递函数主要研究发电机空载时的励磁控制系统的性能，可以对发电主要研究发电机空载时的励磁控制系统的性能，可以对发电机模型进行简化。机模型进行简化。可以认为，发电机端电压的稳态幅值与其转子励磁电压成正可以认为，发电机端电压的稳态幅值与其转子励磁电压成正比。主要因为：在运行区域内，发电机端电压变化不大，可比。主要因为：在运行区域内，发电机端电压变化不大，可以不考虑其饱和特性。以不考虑其饱和特性。发电机的动态响应可以用一阶惯性环节来描述发电机的动态响应可以用一阶惯性环节来描述 sTKsGdGG0119/412023-11-64 励磁控制系统的传递函数 EEEESKsTsG1 sTKsGRRR1 sTKsGAAA1max.min.SMSMSMUUU sTKsGdGG0120/412023-11-6小结小结1、励磁控制系统的典型结构、励磁控制系统的典型结构2、直流励磁机的数学模型、直流励磁机的数学模型3、交流励磁机的数学模型、交流励磁机的数学模型4、励磁调节器各组成单元的数学模型、励磁调节器各组成单元的数学模型5、励磁控制系统的数学模型、励磁控制系统的数学模型
