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电力系统自动控制理论chapter2-3励磁系统中转子磁场的建立和灭磁_图文

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

? 建立:在外部事故情况下,转子励磁电压 的最大值及其建立的速度,即强励顶值与 响应比
? 灭磁:发电机绕组内部故障等,使转子磁 场内存储的大量能量迅速消释,而不致在 发电机内产生危险的过电压

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

一、时间常数
(一)他励直流励磁机时间常数
?
E

I EE

G

DE

U EF

I EE

G DE

U EF

?
(a ) (b)

图 2-14 他励与自励直流励磁机时间常数计算原理 图

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

d I EE =E I EE REE ? LEE dt
式中 REE、 L EE ——励磁机励磁线圈的电阻和电感
I EE 是按指数曲线增长的,其时间常数为

T

t

=

L R

EE EE

由于励磁机电势 UEF 正比于 I EE , U EF 也是按指数曲线增加的。

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

(二)自励直流励磁机时间常数
U U EF U1

1

E0

o

I EE.1

I EE

图 2-15 自励直流发电机等值特性图

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

U EF

= E0 ?

U! ? E0 I EE = E0 ? kI EE I EE .1

式中 E 0 ——自励直流发电机的残余电势值

U 1 ——励磁机的工作电压值
× I EE1 ——励磁机的工作电流值

k——比例常数

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

对自励励磁机的电势U EF ,也有
I EEREE ? LEE
dIEE = UEF dt

代入,得
IEEREE ? LEE

dIEE =UEF = E 0 ? k I EE dt

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
? 整理之,得

d I EE ?R EE ? k ? I EE ? LEE = E0 dt
? 由此得自励系统的时间常数

Tc =

L R ?k
EE EE

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
? (三)自励系统时间常数 T c 与他励系统时间常数 T t 的比较

T ?T
c

t

? 原因就在于他励系统的电压 U EF 的建立过程与U EF 本身无 关,它完全是由于外加电动势E的作用,即只与励磁线圈 的时间常数有关。 ? 但自励系统 U EF 的建立过程却是U EF 与 I EE相互作用的结果。

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

二、电压响应比
? 电压响应比反映了励磁机磁场建立速度的快慢。
U EF (V )

d

c a
U EF 0
b
U EFq

u EF (t )

?G

o

0 .5

t (s )

图 2-17 励磁绕 组等值电路图

图 2-16 励磁电压上升速度的确定

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
uEF (t ) d ?G =K dt

1 ?t ?G = ? uEF (t ) dt K 0 uEF (t ) ——发电机励磁电压上升曲线 式中
??G
F
——发电机转子回路的磁通量 ——与转子线圈匝数及转子尺寸有关的常数

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
? 转子磁通增量 ??G ,正比于励磁电压伏秒曲线下的面积增量。 ? 于是励磁电压响应比可以定义为

? Uc ? Ub ? RR = ? ? / 0.5 = 2?U ?bc ? Ua ?
? 式中 ?

?U?bc —— 图中bc段电压标幺值

一般 U a 为额定工况下的励磁电压,则

U EFq Ua

为强励磁倍数。

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
励磁系统电压响应时 间: 指在发电机励磁电 压为额定励磁电压时,U 从施加阶跃信号起至 励磁电压达到最大励 磁电压与额定电压之 差的95%所花费的时 间。 励磁系统电压响应时 间为0.1s或更短的励磁 系统,称为高初始响 应励磁系统

U EF
EF

. EFq Umax

U EF

U

?
EF

U

EF .e

= 0.95(

U

?
EFq

U

)
EF .e

U EF .e

t
励磁系统电压响应时间

图 2-18 励磁系统电压响应时间

U EF.e -额定励磁电压; U EF. max -顶值励磁电压

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

三、励磁绕组对恒定电阻放电灭磁
? 所谓灭磁就是将发电机转子励磁绕组的磁场尽快的减弱到 最小程度
e.i
MK

eGEW . i 0
MK

直流 励磁 机

G

Rm

G
DL

o
图 2-19 灭磁开关接线图

t
图 2-20 灭磁过程示意图

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

? 因为励磁绕组是一个大电感,用断开转子回路的 办法来灭磁是不恰当的。将转子励磁绕组自动接 到放电电阻灭磁的方法是可行的。 要求: ? 1灭磁时间短 ? 2灭磁过程中转子电压不应超过允许值

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
L ? 电流:按指数衰减时间常数 T = GE Rm ? 电阻 Rm 越大,灭磁过程越快 ? 电压:eGEW = em = iRm eGEW 的最大值为 eGEW ,0 = i0 Rm 式中 i 0 — i的初始值 ? 电阻 Rm 越大,电压最大值越大

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

四、理想的灭磁过程
i GEW . eGEW

? 理想的灭磁过程,就是 在整个灭磁过程中始终 保持转子线圈GEW的端 电压为最大允许值不变, 直至励磁回路断开为止。

i0

eGEW . max

1 2

o

?
图 2-21 灭磁过程比较

t

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
? 由于

eGEW = LGEW

di dt

? (式中:LGEW 为转子回路的电感),使 eGEW不变,就是使 di =常数。 dt ? 这就是说,在灭磁过程中,转子回路的电流应始终以等速 度减小,直至为零(而不是按指数曲线减小了)。

第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

五、交流励磁机系统的逆变灭磁
? 利用晶闸管的有源逆变特性来进行转子回路的快速灭磁。 ? 保证逆变过程不致“颠覆”:

1. 2.

逆变角 ? 一般取为 40? ,即 ? 取140? , 逆变灭磁过程中,交流电源的电压不能消失。

? 逆变灭磁过程是一个理想的灭磁过程 ? 剩余磁场能量向并联的电阻放电


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