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电力系统自动控制理论chapter2-4励磁调节器原理_图文

第四节 励磁调节器原理
一、自动调节器的概念和基本框图
? 励磁调节器是一个闭环比例调节器。 ? 输入量:发电机电压 U G ? 输出量:励磁机的励磁电流或是转子电流,通称为 I AVR ? 功能:一是保持发电机的端电压不变;其次是保持并联机 组间无功电流的合理分配。

第四节 励磁调节器原理
I EE

b

?
I EE Rc
DE ?

I EEb

I EF

?

G UG
I EEa

a
UG U Ga

?
图 2-22 励磁系统一例

o

U Gb

图 2-23 人工调压的作用

? 人工不断调整 R c 的大小,以达到维持其端电压不变的目的。 ? 人工在调压过程中的作用可用图2-23中的ab线段来表示。 ? 人工和发电机形成了一个“封闭回路”。

第四节 励磁调节器原理
基准 ? 电压
? ? ?

?

?

?

?

前置放大
电源

?

功率 放大

励磁机
电源

发电机

测量元件

调差系数

电源

手动控制
手控 励磁机

自动调压器
自动励磁系统器

发电机

图 2-24 自动励磁系统基本原理框图

第四节 励磁调节器原理
G
励磁电源 变压器

CT PT

调差

SCR

同步

反馈

触发
起励
手控

放大

测量
附加控制信号

稳压电源

图 2-25 典型可控硅自动励磁调节器框图

第四节 励磁调节器原理
具有ab线段的特性的自动励磁调节器的基本框图励磁调整流, 当U G ↑ ↓

I EF ↑

E d重新回到基准值附近 UG E↓ d
U 重新回到基准值附近 G

U 反之, G↑

I EF ↓

1、基本环节:测量、放大、同步、触发,实现电压调节和 无功功率分配等最基本的调节功能。

2、辅助控制:是为满足发电机不同工况,改善电力系统稳定性,
改善励磁控制系统动态特性而设置的单元。 3、当自动励磁调节器退出后,由自动切换装置将手控单元投入。

第四节 励磁调节器原理
二、励磁调节器原理
(一)测量比较单元 8 ? 作用: ? 测量发电机电压并变 10 换为直流电压,与给 定的基准电压相比较, 得出电压的偏差信号。12 ? 测量比较单元由电压 测量、比较整定环节 组成。
T1 R4
R1

C1 R2

U se

T2
R3

图 2-26 电压测量环节原理图

第四节 励磁调节器原理

1. 电压测量 电压测量是将机端三相合成电压降压、整流、滤波后转换成一正 比于发电机电压 U G 的直流电压 U se 。

第四节 励磁调节器原理
2.比较整定电路
U

U se

1

1? 2

O

R5
U se R 87 R U VZ 2

R6
R7 R8

Rf

?
?

R 14

U VZ 2 U VZ1 U de U de
2

UG

AJ

19
RP

U VZ1

R9

R11
? 15V

O

U REF

U REF1

UG

VZ

20

R 18

(a )原理电路

(b) 输出特性
图 2-27 比较整定电路

图2-27 比较整定电路

(a)原理电路;(b)输出特性

第四节 励磁调节器原理
? 直流电压 U se 与来自电压整定器 R P的给定电压进行比较, 取得偏差信号 U de ,送综合放大单元。

? 加法器输入量: U se ?U VZ1 ?U VZ 2
? 其中: U VZ1 是取自稳压管VZ的恒定负电压 U VZ 2 是可变的整定电压。

第四节 励磁调节器原理
? 设 U VZ 2 ? 0 , 则:

U de ? ??K c1U se ? K c 2 U VZ1?
? 其中:
K c1 ? ? Rf R 6 ? R5

K c2

??

Rf R9

特性为①+②所示。

第四节 励磁调节器原理
? 设

U ? 0 ,则: U de ? ??K c1U se ? K c 2 U VZ1 ? K c3U VZ 2?
VZ 2

? 其中K c 3 ? ?

Rf 特性向右平移,如图中虚线所示。 R 7 ? R8

? 因此调节电位器 R P可改变发电机整定电压的作用。

第四节 励磁调节器原理
? 将各通道增益进行归算:
? K c 2 U ? K c3 U ? U de ? ? K c1 ?U se ? VZ 1 VZ 2 ? ? ? K c1 K c1 ? ? ? ? K c1(U se ?U REF )

? 其中

U REF ?

Kc 2 K UVZ1 ? c3 UVZ 2 Kc1 Kc1

? 可见,整定电压 U REF 随 U VZ 2 而变化。

第四节 励磁调节器原理
3. 比较整定电路的整定 当整定电压 U REF 随 U VZ 2 变化时,而固定电压 U VZ1 与调节器最小整定 电压值有关。
? 电位器R5用作最小电压整定 ?电位器R8用作电压调节范围整定

?电位器R14用作运算放大器AJ的增益系数的调整

第四节 励磁调节器原理
(二)综合放大单元
测量比较

? 输入控制信号: 1.被调量控制量: de U (正常情况) 2.反馈控制量:励磁系统稳定信号、 电力系统稳定信号(正常情况) 3.限制控制量:最大、最小励磁限 制信号(异常情况)
U SM

综 合 放 大

励磁系统稳定器

电力系统稳定器
最小励磁限制器

最大励磁限制器

图 2-28 综合放大单元的输入信号

第四节 励磁调节器原理
? 图2-28是控制信号综合放大单元原理接线图,它由正竞比电路,负 竞比电路、信号综合放大电路和互补输出电路组成。 ? (1)正竞比电路。它由 VT 1 、 V 1 ~ V 2 、 R11 ~ R13 所组成。
? 15 V

R10

R6 V8

1 U de

V1
V2

VT 2
A

V3 B

VZ 1
R5

VZ 2

R19

U ME
2

0 R13 VT 1 V4 U VH U MX U IC R11 ? 15 V R12
V5 V6

0

R7
?

R0
C

VT 3 U SM VT 4 R18 ? 15 V

V7

R14 R15 R16 R17 ? AJ

      ? ?? ? ?
辅助控制信号

图 2-29 控制信号综合放大单元原理接线

第四节 励磁调节器原理
? 输入信号正值竞比: ? V 1 :测量比较电路输出信号 U de ? V 2 :低励限制信号 U ME
? 1. 在正常情况下: U ME ? 0 V 1导通 U de 为正 ? 2. 励磁电流小于最小励磁限制单元起动值时, ME由小于 U 零变为正电平,且 U ME ? U de ,这时 V 2导通, V 1 受反向 电压而阻断,将 U de信号闭锁,励磁控制由U ME 决定

第四节 励磁调节器原理
(2)负竞比电路 ? 如图2-29中第二级电路所示, 由 VT 2 、 5 ~ V 7 、 V 3 、V 8 、 R5 、R 6 、R10 所组成。 V ? 输入信号负值竞比(都属限制信号): ? V 6 :最大励磁限制信号 U MX ? V 7 :瞬时过电流限制信号 U IC ? V 5 :电压/频率限制器信号 V VH

第四节 励磁调节器原理
? 1.正常情况,这些限制信号都处正电平, V 5 、 V 6 、V 7 均阻断 ? 2、只要其中有一个限制信号动作,由正电平变为负电平, 相应二极管导通,就使B点电位变负。 ? 正竞比门输出就被封锁,即 V 3 受反压阻断,使正竞比门 所有输入信号都被闭锁住。 ? 3、显然负竞比门所有限制信号级别高于正竞比门的控制 信号。

第四节 励磁调节器原理
(3)信号综合(运算)放大 ? R14 ~ R17 输入有关辅助控制信号,如励磁系统稳定器信号, 电力系统稳定器信号,其它补偿和校正信号等。 ? 它们的综合比例可通过适当选择输入电阻 R14 ~ R17 的数值 来取得,一般情况下其增益为1。 ? 在运算放大器的输出端有:

U

C

? ? U de ?U aux1 ?U aux 2 ?U aux3 ?U aux 4

?

?

第四节 励磁调节器原理
? 图中 V Z1和 V Z 2是对运放输出双向限幅:
? 当运放输出电压U C ? U VZ1时,VZ1击穿,输出正向被限幅。 ? 同理,当 U C ? ? U VZ 2 时,VZ2击穿,使输出负向被限幅。

第四节 励磁调节器原理
? (4)互补输出电路。 R VT R ? 由VT 3 、 4 、 18 、 19 组成互 补推挽射极跟随器,提高与 下一级负载阻抗的匹配能力。 ? R18和 R19 为限流电阻。 ? 射极跟随器输出的电压 U SM 是下一级移相触发电路的控 制电压。 ? 综合运放的输出特性如图230。
U SM

10 6
2
? 10 ?6 ? 0 2? 2

U de

2

6

10

?6

? 10

图 2-30 综合运放的输出特性

第四节 励磁调节器原理
(三)移相触发单元 ? 移相触发单元是励磁调 节器的输出单元,它根 据综合放大单元送来的 综合控制信号 U SM 的变 化,产生触发脉冲,用 以触发功率整流单元的 晶闸管,从而改变可控 整流柜的输出,达到调 节发电机励磁的目的。

三相同 步信号

同 步 变 压 器



6

步 移 相 器

脉 冲 发 生 器

至晶闸管 整流装置

3

6 脉冲给定基准器
综合控制信号 SM U

图2-31 移相触发单元原理框图

第四节 励磁调节器原理
? 在不计交流回路感抗的存 在时,认为换流是在瞬时 完成的。 ? 余弦波移相触发单元(具 体电路从略)的输入电压 U SM 与控制角 ? 就会具 有下述关系: ? ? arccosU SM U sym U sym ——同步电压幅值。 ?
U AVR

U SM (V )
?5
0

?5

图 2-32 可控整流电路输入—输出特性

第四节 励磁调节器原理
? 在《电力电子》课程的学习中,我们知道全控整流桥输出 的直流电压 U d 的高低是随控制角 ? 的变化而变化的, 其表达式为

U d ? 1.35 El cos?

El ——全控整流桥输入线电压
? 代入得到全控输出电压平均值为 U ? U AVR ? 1.35 E l SM Ud U sym (2-15)

? 上式说明整流电路的输入量 U SM 和输出量 U AVR之间呈 线性关系。 ? 其特性如图2-32所示,图中实线表示整流器特性,虚线表 示逆变器特性。

第四节 励磁调节器原理
(四)自动-手动的自动切换
? 励磁调节器由自动励磁(AC)调节器和手动励磁(DC) 调节器组成,为双通道结构。 1、正常运行时,AC调节器工作,DC调节器作AC调节器的备 用。 2、当AC调节器故障时,由AC-DC自动切换装置控制,将DC 调节器投入运行。 3、为了防止AC调节器向DC调节器切换引起冲击,在励磁调 节器中还设有DC调节器自动跟踪AC调节器的自动跟随 器,可确保切换冲击最小。

第四节 励磁调节器原理
4. 当采用手控方式(DC)时,装置中只有测量、放大单元 退出工作,而脉冲触发单元则继续工作。 即用手控方式给出的控制信号 U 'SM 相当于自动控制(AC) 时综合放大单元输出的控制信号 U SM 。 / 5. U SM ? U SM 时,两种方式的切换才能平滑的进行。 ' ? 平衡电压 U 为 U SM 与 U 'SM 之差。 ? 这一电压经滤波器后接平衡电压 U ? AJ 表,供手动切换时观测平衡电压用。 ? U U
' SM
SM

'

图2-33 平衡电路

第四节 励磁调节器原理
三、励磁调节器的静态工作特性

(一)静态工作特性的合成

U
U
G

REF

测量K 1 U G

综合放大K 2 U SM

移相触发K 3 a

可控整流K 4 U AVR

图2-34 励磁调节器简化框图

第四节 励磁调节器原理
将各单元的特性进行合成:
(a):测量单元的工作特性
U AVR U AVR
b
RP 右移

U de ? K1 ?U G ? U REF ?

(c)
O

(d )
U SM U de
O

a

UG

式中 K1—测量单元的放大系数

U de

U REF —发电机电压的整定值
(b):综合放大单元特性
?5
O

U SM
O

UG

(b)

(a )
RP 右移

U SM ? K 2 U de
图 2-35 调节器的静态工作特性

式中 K2—放大单元的放大系数。

第四节 励磁调节器原理
(c)余弦波触发器的三相桥式全控整流电路具有线性特性, 因此 U AVR ? K 3 K 4 U SM ? 式中:K3、K4-移相触发和可控整流单元的放大系数。 ? 图2-35中表示了调节器静止工作特性的组合过程。 (d)在励磁调节器工作范围内: ? 升高, 急剧减小; U G 降低, U AVR 就急剧增加。 ? U AVR UG ? 其中线段ab为励磁调节器的工作区。 ? 工作区ab内发电机电压变化极小,可达到维持发电机端电 压水平的目的。

第四节 励磁调节器原理
(a)虚线:当整定电位器 R P 滑动端右移时(移向负电源, 图2-27),励磁调节器特性曲线将右移。 ? 励磁调节器的特性曲线在工作区内的陡度,是调节器性 能的主要指标之一,即

K?

? U AVR U G ? U REF

? 式中 K—调节器的放大倍数

第四节 励磁调节器原理
调节器放大系数K与组成调节器的各单元增益的关系为

? U AVR ? U de ? U SM ?? ? U AVR K? ? ? ? ? ? K1 K 2 K 3 K 4 U G ? U REF U G ? U REF ? U de ? U SM ??
可见,励磁调节器总的放大倍数等于各组成单元放大倍数 的乘积。

第四节 励磁调节器原理
(二)发电机励磁控制系统静态特性 发电机励磁自动控制系统=励磁系统+发电机
a
IQ
U G1
b

UG

UG

a

a b
b

a
b

IQ U G 2 ? U GeU G1
U G3

I EE ( I EF ) U G 2 ? U Ge
U G3

a I EE ( I EF ) O

IQ

a
O

IQ

U G 3 ? U G 2 ? U G1
O

O (a ) 发电机的

?U U G 3 ? U G 2 U GE G1 I EF I EF b

I EF ? f ( IQ )
(a )

U GE

(b)

b

(b) 发电机调节特性
Q

图 2-36 发电机无功调节特性的形成 图2-36 (a)发电机的发电机无功调节特性的形成 I ? f (图 ) ;(b)发电机调节特性 I 2-36 发电机无功调节特性的形成
EF

(a)发电机的 I EF ? f ( I Q) ;(b)发电机调节特性

第四节 励磁调节器原理
(a) 发电机额定电压附近的调节特性: ? 发电机转子电流 I EF 无功负荷电流 I Q (b) 是利用作图法作出的发电机无功调节特性曲线U G ? f ( I Q) 图上用虚线示出工作段a、b两点的作图过程。 U G ? f ( I Q) 曲线说明,发电机带自动励磁调节器后,无 ? 功电流 I Q 变动时,电压 U G 基本维持不变。

第四节 励磁调节器原理
? 调节特性稍有下倾,下倾的程度表征了发电机励磁控制系 统运行特性的一个重要参数:调差系数 ? 调差系数用 ? 表示,其定义为 ? ? ? U G1 U G 2 ? U G1* ? U G 2* ? ? U G* U Ge 式中 U Ge —发电机额定电压; U G1 、U G2 —分别为空载运行和带额定无功电流时的发 电机电压(见图2-37),一般取 U G 2 ? U Ge ? 调差系数 ? 表示无功电流从零增加到额定值时,发电机 电压的相对变化。

第四节 励磁调节器原理

U G1 U G2

UG ?U G

Uf
? ?0

? ?0 ? ?0

O

I Qe

IQ

O

IW

图 2-37 无功调节特性

图 2-38 发电机调差特性与外特性

第四节 励磁调节器原理
? 励磁调节器总的放大倍数K越大,ab直线越平缓,调差系 数就越小。 ? 但不能由此得出结论,认为要改变调差系数 ? 只能通过改 变K的大小来实现。 ? 例如要使 ? ? 0 ,则 K ? ? ,这显然是不现实的。 ? 调差系数的调整问题将在下节讨论。

第四节 励磁调节器原理
四、励磁调节器静态特性的调整
? 对自动励磁调节器工作特性进行调整,主要是为了满足 运行方面的要求: ① 保证并列运行发电机组间无功电流的合理分配,即改变 调差系数; ② 保证发电机能平稳的投入和退出工作,平稳的改变无功 负荷,而不发生无功功率的冲击现象,即上下平移无功 调节特性。

第四节 励磁调节器原理
(一)调差系数的调整 1、当调差系数 ? ? 0 ,即为正调差系数,表示发电机外特性下 倾; ? 当调差系数 ? ? 0 ,即为负调差系数,表示发电机外特性 上翘; ? 当调差系数 ? ? 0 ,即为无差调节。 2、在实际运行中,发电机一般采用正调差系数。 ? 负调差系数主要是用来补偿变压器阻抗上的压降,使发电 机-变压器组的外特性下倾度不致太厉害,这对于大型机组 是必要的。

第四节 励磁调节器原理
3、在测量元件的输入量中,除U G 外,再增加一个与无功电 流 I Q 成正比的分量,就获得调整调差系数的效果。 ? 输入量改为

U G ? K? I Q
? 所以有时称调差接线为无功补偿接线。

第四节 励磁调节器原理
CT

4、以两相式正调压接线为例, 说明调差环节的工作原理。 电流在电阻 R a 和 R c 产生的压降与电压互感器副边 三相电压按相位组合后, 送入测量单元的测量变压器。 在正调压接线时,其接线极性为

G
CT
? ?

A B C

Ia
PT

Ic

a
Ra

b c

Rc

至测量单元

a

'

b

'

c

'

U a ? I c Ra 和

?

?

U c ? I a Rc

?

?

图 2-40 两相式正调差 接线

第四节 励磁调节器原理
U
? ' ? ' a b ? ?

I c Ra I c Ra
? ?

?

Ua
?

Ua

'

Ua

Ia

?

? I a Rc
?

?

Ic

? ? 90 ?
?

IA
? ?

?

Ic

Uc

'

cos ? ? 0

?

Uc

Ub

? I a Rc
?

?

Uc

?

Ub

cos ? ? 1
Uc
'

(a ) cos ? ? 0 时

(b ) cos ? ? 1 时

图 2-41 正调差接线相量图 (a) cos ? ? 0 时(b) cos ? ? 1 时 图2-41 正调差接线相量图

第四节 励磁调节器原理
1)当 cos? ? 0 时,测量单元输入电压上升,励磁电流将减小, 迫使发电机电压下降,其外特性 U f ?的下倾度加强。 IW 2)当 时,电压 ? ' 、 ? ' 、 ? ' 虽然较电压 ? 、 cos? ? 1 Ua Ua Ub Uc 、 ? 有变化,但幅值相差不多,故可以近似的认为 ? Ub Uc 调差装置不反映有功电流的变化。 3)当 时,发电机电流均可以分解为有功分量和 0 ? cos? 无功分量。 ? 1 ? 忽略有功分量对调差的影响,故只要计算其中无功电流的 影响即可。

第四节 励磁调节器原理
5、对于负调差接线,其极性关系为

U c ? I a Rc
? 和负调差接线及矢量图的作法及分析方法与上述大致相同, 可以仿照上面的方法画出。 ? 由此可见,改变 R a 和 R c 可以改变调差系数 ? ,正 负调差系数可以通过改变调差接线极性来获得。

?

?

第四节 励磁调节器原理
(二)、发电机调节特性的平移
RP右移

UG

RP右移

UG U 发电机投入或 U 1 退出电网运行 U 2 3 时,要求能平 1 o I I I2 稳的转移负荷, 3 图 2-42 调节特性的平移 不要引起对电 o I I I 与机组无功功率的关系 网的冲击。 图 2-42 调节特性的平移
M
G M

a
RP右移

UG

b
RP右移

a
b
b

a
O

I EE
b

IQ
IQ

Q1

Q2

Q

a
O

I EE
b
b

Q1

Q2

Q

IQ

与机组无功功率的关系

图 2-43 调节特性的平移 IQ
图 2-43 调节特性的平移

第四节 励磁调节器原理
1、退出运行:无功电流从 I Q 2 减小到 I Q1,调节特性从1平 移到2、 3的位置时,则它的无功电流将减小到零。 2、投入运行:调节特性从3的位置向上移动,使无功电流逐 渐增加到运行的要求值。 3、改变励磁调节器的整定值 R P ,可控制无功功率特性上下 平移,实现了无功功率的转移。 ? 当可调电阻的19点(图2-27中)右移,整定值增加时, 调节器的工作特性将右移。 ? 与此对应在图2-43中,发电机无功调节特性也随之上移。

第四节 励磁调节器原理
五、自动励磁调节器的辅助控制 1、在超高压电力系统中输电线的电压等级很高,此时,输 电线的电容电流也相应增加。 ? 因此,当线路输送功率较小时,线路的容性电流引起的剩 余无功功率使系统电压升高,以致超过允许的电压范围。 ? 使发电机进相运行吸收剩余无功功率是一个比较经济的办 法。

第四节 励磁调节器原理
2、 但发电机进相运行时,容许吸收的无功功率和发出的有 功功率有关,此时发电机最小励磁电流值应限制在发电 机静态稳定极限及发电机定子端部发热允许的范围内。 ? 为此,在自动励磁调节器中设置了最小励磁限制。

第四节 励磁调节器原理
3、 对大容量发电机组由于系统稳定的要求,励磁系统应具 有高起始响应特性。 ? 这对于带有交流励磁机的无刷励磁系统而言,必须采取 相应措施才能达到高起始响应特性。 ? 这些措施之一是提高晶闸管整流装置电压,使发电机励 磁顶值电压大大超过其允许值。 ? 励磁电流过大,超过规定的强励电流会危及发电机的安 全,为此,在调节器中必须设置瞬时电流限制器以限制 强励顶值电流。

第四节 励磁调节器原理
4、 对励磁调节器这些新功能的要求,由调节器的辅助控制 去完成。 5、 辅助控制与励磁调节器正常情况下的自动控制的区别是, 辅助控制不参与正常情况下的自动控制,仅在发生非正 常运行工况,需要励磁调节器具有某些特有的限制功能 时,通过信号综合放大电路中的竞比电路闭锁正常的电 压控制使相应的限制器起控制作用。

第四节 励磁调节器原理

? 下面将对自动励磁调节器中常用的几种励 磁限制功能作一些简述。

第四节 励磁调节器原理
(一)最小励磁限制(也称之为“欠励磁限制”) 1、静态稳定极限的限制 ? 发电机欠励磁运行时,发电机吸收系统的无功功率,这种 运行状态称为进相运行。 ? 发电机进相运行时受静态稳定极限的限制,这里以单机- 无限大系统为例来讨论电力系统静态稳定极限的问题。

第四节 励磁调节器原理
发电机输出功率为
PG ? U G I G cos?? ? ? G ? ? U G I G ?cos? cos ? G ? sin? sin? G ?

QG ? U G I G sin?? ? ? G ? ? U G I G ?sin? cos ? G ? cos? sin? G ?

因为

I G sin? ? I d ? ?U G cos ? G ? U cos ? ? / X e



I G cos? ? I q ? U G sin? G / X d

第四节 励磁调节器原理
把此关系代入(2-20)式和(2-21)式中,经整理可以得到
2 UG PG ? 2

? 1 ? ? 1 ?X ? e Xd

U U ? ? sin 2? G ? G cos ? sin? G ? Xe ?
? 1 ? ? 1 ?X ? e Xd

(2-22)

2 UG QG ? 2

? 1 ? ? 1 ?X ? e Xd

2 ? UG ?? ? 2 ?

U U ? ? cos 2? G ? G cos ? cos ? G ? Xe ?

(2-23)

? 由(2-23) 和(2-23)式可知,PG 、Q G 是

?

和 ? G 的函数。

第四节 励磁调节器原理
? 将静态稳定极限时 ? ? 90? ,代入以上两式得
? ? ? ? 2 2 UG ? 1 1 ? ? U G ? 1 ? 1 ? cos 2? ? ? ? ? Qm ? G? ?X ?X ? ? ?X 2 ? e 2 ? e Xd ? d ? ? ?
2 UG Pm ? 2

? 1 ? ? 1 ?X ? e Xd

? ? sin 2? G ? ?

(2-24)

? 消去上式中的 ? G ,得
2 ? UG ? 1 2 ? Pm ? ?Qm ? ? 1 2 ? Xe Xd ? ? ?

?U 2 ?? ?? ? ? G ? ? 2 ?? ? ?

2

? ? 1 1 ?? ? ?X ? X ? ? e d ?? ? ?

2

(2-25)

第四节 励磁调节器原理
? (2-25)式表示在静态稳定极限情况下,有功功率极限 Pm 和无功功率极限 Q m 之间的函数关系,发电机进相运行必 须满足静稳定条件。 ? 由(2-25)式可知, Pm 和 Q m的关系是圆轨迹方程。 ? 此圆圆心在 Q 轴上, ? U2 ? ? 1 ? 1 ?? G 即 ? ? ?0 , ? ?
? ? 2 ? Xe X d ?? ?

半径

2 UG R? 2

? 1 ? ? 1 ?X ? e Xd

? ? ? ?

如图2-44所示曲线M。

第四节 励磁调节器原理
凡曲线 M 上的各点坐标都是 静态稳定功率极限 Pm ,Q m ) ( , 且满足(2-25)式。
圆心

Q

A ? 低励限制曲线
B ? 静态稳定曲线 C ? 发电机进相 容量曲线运行

M曲线外侧的阴影区属不稳定 区,而圆内任意点属稳定区。

R P A B

C

图 2-44 最小励磁限制线

第四节 励磁调节器原理
2、防止发电机定子端部过热 ? 在相同的视在功率和相同的端部冷却条件下,发电机随 着功率因数由滞相向进相转移,发电机定子端部漏磁磁 密值相应增高,这将引起定子端部元件的损耗发热也趋 向严重。 ? 因此,随着发电机进相程度的增大,要维持发电机端部 元件的温度不超过允许值,其出力便要相应的降低。 ? 显然,防止定子端部过热,是发电机进相运行深度的一 个限制因素。

第四节 励磁调节器原理
3、留有适当的裕量
? 在P-Q平面上,绘制出发电机运行容量曲线和临界失步曲 线,再在两曲线围定的公共区域内留有适当的裕量,整定 一条最小励磁限制线,如图2-44所示。 ? 欠励限制器的任务就是确保在任何情况下,将发电机的功 率运行点(P、Q)限制在这条最小励磁限制线之上。

第四节 励磁调节原理
4、输出到正竞比端
? 最小励磁限制器首先检测发电机的现行功率运行点(P、 Q),并与最小励磁限制线加以比较,若现行功率运行点 高于最小励磁限制线,则输出一个负值电压,其电位低于 综合信号放大器正竞比门的其他输入,最小励磁限制器的 输出被封锁,不起作用; ? 若功率开关运行点低于最小励磁限制线,则输出正电压, 其电位高于综合信号放大器正竞比门的其他输入,欠励限 制信号起作用,迫使功率运行点(P、Q)上移或不再下移。 在最小励磁限制起作用期间,最小励磁限制器承担了调节 励磁的任务。

第四节 励磁调节器原理
(二)瞬时电流限制 1、唯有采用高励磁顶值的方法才能提高励磁机输出电压的 起始增长速度 由于电力系统稳定的要求,大容量发电机组的励磁系 统必须具有高起始响应的性能。 交流励磁机-旋转整流器励磁系统(无刷励磁)在通常 情况下很难满足这一要求。 2、输出到负竞比端 励磁调节器内设置的瞬时电流限制器检测励磁机的励磁 电流,一旦该值超过发电机允许的强励顶值,限制器输出 立即由正变负。

第四节 励磁调节器原理

UE

U E 2q U EEq2

U REF
U E2

交流励磁机

测量
UG

综合 放大

移相 触发

比较

G
UE

U E1q
U E1

U EEq1

瞬时电 流限制

直流 变送器

t
t1
t ? TE

图 2-46 瞬时电流限制控制框图

图 2-45 励磁机励磁电压对励磁 机电压响应的影响

第四节 励磁调节器原理
(三)最大励磁限制 ? 最大励磁限制是为了防止发电机转子绕组长时间过励 磁而采取的安全措施。 (四)V/Hz(伏/赫)限制器 ? V/Hz(伏/赫)限制器,用于防止发电机的端电压与频 率的比值过高,避免发电机及与其相连的主变压器铁 心饱和而引起的过热。

第四节 励磁调节器原理
表2-1 不同励磁电压的允许时间
t (s )
转子电 允许时 转子电 允许时 压标 间 么值 1.12 (s) 120 压标 间 么值 1.46 (s)

120

10
30

1 .0
1.25 60 2.08 10

1 .5

2 .0 I EF*

图 2-47 最大励磁限制器反时限特性


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