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1、励磁调节单元（自动调压器）的最基本部分是一个闭环比例调节器，它的输入量是发电机电压，输出量是励磁机的励磁电流或者是发电机的转子电流,第四节 励磁控制系统调节特性和并联机组间无功分配,他的功能有二：1、保持发电机端电压不变2、保持并联机组间的无功负荷的合理分配,励磁控制系统框图,同步发电机,励磁功率单元,励磁调节器,手动,自动,励磁调节器检测发电机的电压、电流或其它状态量，然后按指定的调节准则对励磁功率单元发出控制信号，实现控制功能。,励磁系统,其他信号,一 励磁调节器的基本特性与框图,比例式励磁调节器,励磁调节器最基本的功能是调节发电机的端电压。常用的励磁调节器是比例式调节器，它的主要输入量是
2、发电机端电压，其输出用来控制励磁功率单元。电压升高时输出减小，电压降低时输出增大。,励磁调节器的基本特性与框图,（一）励磁调节器基本框图,(二)工作原理,图(a)是在手动和辅助控制均不调节的情况下,调节器输出电流ILL和输入电压UG之间的静态关系曲线。图(b)是励磁机电流放大特性曲线,其中纵坐标ILL为输入量、横坐标IL为输出量。,图(b)励磁机电流放大特性,UG2 UG1 UG IL2 IL1 IL,ILLILL1ILL2 0,UG,IL,ILLILL1ILL2 0,图(a)比例式励磁调节器的静态调节特性,设G运行点,UG=UG1,励磁机励磁电流ILL=ILL1,发电机励磁电流IL=IL1。
3、当UG时,ILL将减小IL阻止发电机电压上升;当UG时,ILL将IL阻止发电机电压下降。,图(a)比例式励磁调节器的静态调节特性图(b)励磁机电流放大特性,UG,ILL,UG,IL,这就是比例调节式励磁自动控制系统自动调节发电机电压的原理。,UG1,UG2,IL2,IL,IL1,ILL1,ILL2,0,ILL,ILL1,ILL2,但是,比例调节的结果不能使发电机电压维持恒定。发电机电压上升时,自动调节的结果点，ILL=ILL2,IL=IL2,UG=UG2,此时,发电机电压有调节误差UG,发电机励磁电流变化了IL。,比例调节的调节作用(IL)是以被控制参数存在调节误差(UG)为代价换取的。,UG
4、,ILL,UG,IL,UG1,UG2,IL2,IL,IL1,ILL1,ILL2,0,ILL,ILL1,ILL2,图(a)比例式励磁调节器的静态调节特性图(b)励磁机电流放大特性,设图中各环节都工作在线性段，则图中所示系统的工作可用下式描述：UE=UgdUC=UgdKCUGKC=UC UGUG=KAKLKGUEKC电压测量单元输出电压UC和发电机端电压之比;Ugd给定电压，折算到发电机端电压相当于电压给 定为UGD=UgdKC；（Ugd=KCUGD）KA励磁调节器放大系数，KA=ILLUE；KL、KG励磁机和发电机的放大系数。,要减小误差UE,必须增大KC、KA、KL和KG的值。设计和调试时,不
5、能改变KL和KG，KC一般也为定值，因此减少发电机电压调节误差的办法就只有增大KA了。如果KA，则UE0。,减少发电机电压调节误差UE的办法：将第三式的UG代入第一式中，可得出,比例式励磁调节器缺点及改进：缺点：励磁机和发电机的励磁绕组都有时间常数，相当于一阶惯性环节。KA太大时,系统的动态特性会变差,甚至会失去稳定。既然KA不能太大,调节误差UE(也对应于UG)也就不能太小。这是比例式励磁调节器存在的一个固有缺点。改进：如果要求发电机电压的静态调节误差UE为零，应在比例调节的基础上增加积分调节。,二、比例式可控硅励磁调节器的工作原理,返回,返回,返回,图4-21 比例式可控硅励磁调节器的结构
6、框图,(一)电压测量比较单元,基本作用是把发电机电压变换为与其成正比的直流电压,与给定电压进行比较,得到两者的偏差。1.对测量比较单元的基本要求测量电路应有足够高的灵敏度,给定电压应稳定,电压给定电路的调整范围必须满足运行要求。一般应保证发电机空载运行时，机端电压能在70110额定电压范围内进行平衡地调节。,测量电路应具有优良的动态性能，即要求反应迅速(电路的时间常数要小)。测量电路的输出电压应平稳，纹波要小。,2电路工作原理及特性,(1)电路的结构,正序电压滤过器,测量变压器,比较整定,整流滤波,给定电压Ugd,Ub,Ug,UC,图测量比较单元结构框图,正序电压滤过器的作用是在电力系统的三相
7、电压不平衡时，负序电压被滤掉，输出一个对称的反映电压水平的正序电压，以提高测量单元的灵敏度,并使接于其后的测量变压器处于对称三相电压下工作。,测量变压器的作用是将从电压互感器二次侧来的电压降低为适用于整流电路所需要的值。测量变压器的副边一般为三相。有的励磁调节器中为了减小整流后的交流分量,进而减小滤波电容量,达到减小测量单元时间常数的目的,将测量变压器副边做成6相,甚至12相。相应整流电路也做成为6相或12相的原因。,整流滤波的作用是将测量变压器副边输出的电压变换成平稳的直流电压。UC与Ug成正比。,正序电压滤过器,测量变压器,比较整定,整流滤波,给定电压Ugd,Ub,Ug,UC,图测量比较单
8、元结构框图,多相整流：,/Y-12-11,UA1B1,UA2B2,使二次侧线电压幅值相等UA1B1=UA2B2=,UB1C1,UC1A1,UB2C2,UC2A2,A2,B2,C2,A1,B1,C1,30,整流后为六相全波整流波形,输出电压波形是一个周期内有12个波头的脉动电压,直流电压中含有的最低次谐波的频率为基波频率的12倍，即12x50=600Hz,且幅度小,便于滤波和提高响应速度.六相桥式整流后的直流电压较为平稳。,UA1B1=UA2B2=,(2)比较整定电路,比较整定电路的作用：把测量、整流后输出的电压UC与给定电压Ugd相比较,输出一个表征发电机电压与其给定值偏差的直流电压Ub，输出
9、到综合放大环节；通过调节整定电位器W，来改变Ugd去调节Ub的大小,进而调节发电机端电压或无功功率,起到比较与整定电压的作用故又叫比较整定电路。可以就地手动、远方手动、通过自动装置调节。,两个“手动”的区别：这里所说的手动是自动调节部分工作正常时的调节。图中的“手动控制”是在励磁调节器的自动调节部分出现故障退出工作后的手动调节。不要混淆啊！,U1,Ub,U2,Uab,Ub,U1,U2,0,UW,当UabUw时，WYl和WY2不能导通,相当于开路比较电路的工作可以用下式描述：U1=0 U2=Uab Ub=U1U2=UabU1、U2以b点为参考点电位的电压；Ub比较整定电路的输出电压,以点为参考电
10、位。,(4-35),(b)工作特性,图比较整定电路,UC,Uab,RW,W,IC,WY1,WY2,R2,R1,a,b,Ub,U1,U2,(a)电路图,返,当Uab UW时,WYl和WY2导通,两端电压为它的稳定电压UW,比较电路用下式描述：U1=UabUW U2=UW Ub=U1U2=Uab-2UW图中Ub的上升段是励磁调节器的工作段,U1,Ub,U2,Uab,45,0,UW,(b)工作特性,UC,Uab,RW,W,IC,WY1,WY2,R2,R1,a,b,Ub,U1,U2,(a)电路图,图比较整定电路,Ub,U1,U2,U1,Ub,U2,UW,2UW,式中Uab正比于发电机电压UG,Uab=
11、KCUG,KC为放大系数;(KC值与谁有关?)2UW为比较电路的基准电压,2UW=KCUGD,UGD为归算到发电机端电压的给定值。UGD=UgdKC将上述关系代入上式，有Ub=Uab-2UW=KCUG-KCUGD=KC(UG-UGD)=KCUG Ub代表发电机电压与给定电压之差。,参考电位改变后：若以点为Ub的参考电位,则比较电路的输出电压为Ub=U2-U1=2UW-Uab按两式作出比较电路输出特性如图(b)所示.,U1,Ub,Ub,Ub,U1,U2,45,0,Uw,图(b)工作特性,U2,(4-37b),实际的半导体励磁调节器中,Ub和Ub都有。,返回74,UG,(3)发电机电压整定的原理,
12、发电机电压整定是通过调整电位器W的阻值RW实现的。W的阻值RW可以就地手动调整，,也可以在控制室通过控制电动机D正、反转进行远方调整。怎样调整呢？,UC,Uab,RW,W,IC,WY1,WY2,R2,R1,a,b,Ub,U1,U2,(a)电路图,三种,设发电机运行在电压UG。对应比较电路输出电压Ub=0。如果这时调整RW增加,流过W 的电流IC引起的电压降IC RW就会增加.因改变阻值RW是在很短时间内完成的,在调整RW时UG是不变化的,UC也不会变化。UC=IC RW+UabUb=U1U2=Uab-2UW,这样，RW增加的结果会使UabUb。,UC,Uab,RW,W,IC,WY1,WY2,R
13、2,R1,a,b,Ub,(a)电路图,重复：RWUabUbUb下降会引起图4-2l中UK、ILL和IL等变化。这些参数变化的结果会使发电机电压UG上升(这是励磁调节特性所决定),Ub=Uab-2UWUG上升UCUabUb。当上升到Ub0时，调节过程停止，发电机进入新的稳定点运行。,4-21,为什么调节过程一定在Ub0时结束呢?Ub就是UE,是发电机电压的调节误差。由于KA、KL、KG三者的乘积相当大,UE0,所以,只有Ub回到近于零时,调节过程才能结束。当增加W的电阻值RW的结果使发电机电压升高了。当减少W的阻值RW时,可使发电机电压(?)下降。这就是发电机电压整定的原理。(给定值?),(二)
14、综合放大单元,综合放大各种励磁控制信号。这些信号包括发电机电压偏差信号、电力系统稳定信号以及低励限制和过励限制信号等。改善励磁自动控制系统的静态和动态性能指标.合理地选取综合放大单元的放大系数,可使系统既有足够的静态调节精度,又有良好的动态调节特性。输出移相单元所需的输入电压。不同的移相触发电路对输入电压有不同要求,这要靠综合放大单元满足。,1.综合放大单元的作用,2.对综合放大单元的基本要求,要求能线性无关地综合、放大各输入信号。所谓线性无关地放大各输入信号,即输出和输入之间成线性关系,而且改变输入信号中的任何一个信号的放大系数,不影响其它输入信号的放大系数。有足够的运算精度和放大系数，放大
15、系数可调。响应速度要快，即时间常数要小。工作稳定、输出阻抗低。即要求零点漂移小,负载能力强,保证综合放大单元的输出电压不受移相触发单元工作的影响。输出电压范围满足移相触发单元的要求。,3综合放大单元的工作原理及特性,半导体励磁调节器中一般采用直流运算放大器。,图4-24综合放大单元,-,UK,R1,RFK,R2,I,IFK,U,+E,E,0V,Ib,IFZ,Ub,UFZ,运放器两主要特点：开环放(无RFK)大系数K0很大,一般K0 104105;输入阻抗Rr很大。加入R FK 后,闭环反馈系数K FK 也很大(反馈很深)，使得U和 I近似等于零,虚地端,设U0,I 0,则有,K0,(4-39)
16、,(4-38),上式说明,综合放大器的输出电压UK等于输入电压Ub和UFZ按不同的比例相加之和，它们的比例系数可以通过改变各自输入电阻R1或R2整定,实现对各输入信号线性无关的综合放大。,UK,Ub,0,图4-24(b)综合放大单元工作特性,综合放大单元的工作特性如图4-24(b)所示。,UKmax,UKmin,返回74,由运算放大器构成的综合放大环节电路,双向限幅使输入UUD,双向限幅限Uk,一级互补射极跟随器作功率放大(放大电流),调零,限幅电阻,消除高频自激振荡,励磁系统稳定器电力系统稳定器最大励磁限制最小励磁限制,上面的分析在运算放大器的开环放大系数Ko和输入电阻Rr无穷大时才是正确的
17、。实际上K0和Rr都不等于，因此按式(4-39)运算时，结果会有一定误差。晶体管运算放大器若要求运算精度在0.1%以内，其闭环放大系数为10,那么开环放大系数Ko应不小于105.设计时要根据综合放大单元的要求，选用K0和Rr足够大的运算放大器。（？）,(三)同步和移相触发单元,1对移相触发单元的要求1)可控硅的触发脉冲应与可控硅阳极电压同步 同步是指具有同一频率的各周期现象之间存在着的情况。在三相桥式可控硅整流电路中，可控硅的阳极电压和触发脉冲都是周期性变化的电气量，要求两者同步就是要求它们两者的频率相同。同步是可控硅整流电路正常工作的最基本条件。如果两者不同步,可控硅整流电路是不能正常工作的
18、.,2)触发脉冲的移相范围要符合相应可控整流电路的要求,三相半控和全控桥式整流电路的理论移相范围为0180。实际电路中为了保证可控整流电路能够在各种工作条件下都能可靠工作，通常都对触发脉冲的移相范围加以限制。不同的励磁调节器限制范围有所不同，一般：半控桥式可控整流电路限制在10170,全控桥式电路限制在20160。,3)触发脉冲应有足够的功率以保证可控硅元件可靠地导通,可控硅元件的控制极参数有分散性，而且它所需的触发电压和电流随温度而变化。为了保证可控硅元件可靠地导通，触发电路输出的电压、电流要满足可控硅元件对触发信号的要求，并留有一定裕量，但不应大于允许值。,4)触发脉冲的上升前沿要陡,上升
19、沿的上升时间一般在10s左右。如果元件的耐压水平不够高,就将多只元件串联；如果元件允许通过的电流不够大,就将多支路并联.如一个五串、三并的桥臂就由15只可控硅元件组成.为了保证在同一桥臂中的所有可控硅整流元件同时导通，以防止元件损坏，要求触发脉冲有足够大的触发功率和触发脉冲的上升沿有足够的陡度。这是因为提高前沿陡度可保证同一桥臂上的所有元件导通的同时程度更高。,5)触发脉冲有足够的宽度,可控硅整流电路输出电流要送给具有较大电感的励磁绕组。流过这些绕组的电流要从零逐渐上升。如果它还没上升到大于可控硅元件的维持电流时，触发脉冲已经消失了，可控硅元件就会重新关断。这是一种失控。一般要求触发脉冲宽度应
20、不小于100s，通常为1ms，相当于50Hz正弦波的18。对三相全控桥式整流电路，要求触发脉冲宽度大于60或者用双脉冲触发。,6)保证各相可控硅元件的控制角一致,若不能保证一致,将使整流桥输出电压的谐波增加。一般在三相半控桥式整流电路中各相触发脉冲的相角偏差应小于10,在三相全控桥式整流电路中相角偏差不大于5。7)触发脉冲与主电路应相互隔离 这是为保证触发电路不受主电路高电压的影响而安全工作的基本条件。,2移相触发电路工作原理及特性,移相触发电路的形式，有单结晶体管式、单稳态触发器式、锯齿波式和余弦式等。,图429是移相触发单元的构成框图,不同的移相触发电路一般都包括同步、移相、脉冲形成和脉冲
21、放大几个部分。,下面介绍单稳态触发电路的工作原理.图4-30是A相可控硅的移相触发电路。,脉冲形成,同步电路,移相环节,脉冲放大及整形,+,-,+,-,0,-E,通,止,0,稳态uAT0,图4-30 单稳态移相触发电路原理图,0,u,t,0,UR,t,0,Ub2,t,UQ,t,UP,t,0,UC1,t,0,UC5,t,0,UT,t,0,UCFA,t,uAT,uC,uA,30,A,t1,t,1)稳态：uAT0,C1充电,UR。BGl通,BG2止,C2充电。UQ0,UpE,UC5=0，UT=0,UCFA=0.无脉冲.2)暂态:在t=t1区间,uAT变负,C1放电,C1反充电。向BG2提供Ib2,负
22、脉冲,BG2通Up0UQEBGl突止C5充电E。UQ随C2放电而逐渐下降。,UC2,+,-,+,-,暂态：uAT0,C1放电,C1反充电,Ub2负脉冲,BG2通Up0UQEBGl突止C5充电E，同时C2放电,有两条回路:,通,E,0,止,E,0,+,-,+,-,当C2放电到使UQ=0时,Uc1Ub2 BG2止BGl通,恢复稳态。在BGl导 通时,C5放电MB副边感应UCFA。,通,返回,当C2放电到使UQ=0时(t)，BGl开始出现基极电流BG1的集电极电流增加，Uc1Ub2BG2截止BGl导通，重新恢复到稳定状态。在BGl导通时,C5通过D7脉冲变压器MB的原边BG1的e-c极放电MB副边感
23、应出一个脉冲电压UCFA。,0,u,t,0,UR,t,0,Ub2,t,0,UQ,t,0,UP,t,0,UC1,t,0,UC5,t,0,UT,t,0,UCFA,t,uAT,uC,uA,30,A,t1,t,返回,uB,一个三相半控桥式整流电路,需要三套相同的移相触发电路。图4-30中电压uAT是A相可控硅SCRA触发脉冲的同步信号，R1、C1和D1D4构成同步电路；综合放大单元的输出电压UK是移相触发电路的输入信号;电容器C2、二极管D5、电阻R6和R3等构成移相环节;三极管BGl和BG2及其辅助电路构成的单稳态触发器,是脉冲形成环节;脉冲变压器MB起脉冲放大和整形作用;移相触发单元的输出为触发脉
24、冲,它需满足对移相触发脉冲的各项要求。,1)单稳态电路的稳定状态(稳态),在图4-31中0tl区间uAT0，uAT经过Rl、D3向C1充电。C1的右电极为“+”，左电极为“-”。当Cl充满电荷以后，uATRlDl0成回路，UR的波形如图4-31(b)所示。在此期间BGl导通，BG2截止，电容器C2通过BGl的e-b极RC2-E充电。C2充满电荷以后，UQ0，Up-E，UQ和Up的波形图如图4-31(d)和(e)所示。由于BG1导通，UC5=0，UT=0，UCFA=0。即无脉冲输出。,2）单稳态电路的非稳定状态(暂态),在t=t1区间，同步电压uAT由正过零变负，电容C1上已充电的电荷通过Rl同
25、步电源内部BG2的e-b极D4C1放电，然后由同步电源向C1反充电。C1放电和充电向BG2提供了一个基极电流Ib2，使BG2基极电压出现一个负脉冲，如图4-31(c)所示。Ib2使BG2导通Up0UQEBGl突然截止通过D6、RCl向C5充电C5两端电压近似等于E。突然升高的UQ是不稳定的，它将随C2放电而逐渐下降。C2的放电回路有两个：,R6直流电源内部BG2的e-c极；R3D5综合放大器的内部(UK)RwBG2的e-c极。当C2放电到使UQ=0时(对应于图4-31(d)的t)，BGl开始出现基极电流BG1的集电极电流增加，Uc1Ub2BG2截止BGl导通，重新恢复到稳定状态。在BGl导通时
26、，已充满电荷的电容C5通过D7脉冲变压器MB的原边BG1的e-c极放电MB副边感应出一个脉冲电压UCFA。,3）移相原理,图4-32是移相原理示意图。曲线A是电容C2通过R6和及两个回路放电时UQ的变化曲线,曲线C是C2只通过R6回路放电时UQ的变化曲线。(不加UK)在UQUKUZd时,二极管D5承受正向电压而导通,C2经R6和R3放电,UQ沿图4-32曲线A变化.,0,tmin,tmax,t,UQ,UK-UZd,A,C,图4-32移相原理示意图,图4-30,当UQUKUzd时,D5承受反向电压而截止,C2只通过R6放电,UQ将按曲线A规律沿曲线B变化。当C2放电到使UQ=0时，曲线B交零线于
27、t，图4-30中BG1重新导通，BG2重新截止，发出一个触发脉冲UCFA。由图4-32看出,如果UK增加(UKUzd)t向右移动;UK减小,t会向左移动使减小。这就是移相的原理。,0,tmin,t,tmax,t,UQ,UK-UZd,A,B,C,t,0,30,UCF,图4-32移相原理示意图,UCFA,线1-Uk断开线2-Uk下正,两条路放电,UC2Uk线2-a点时UC2=Uk,D5断,只剩一条放电回路线3-Uk上正,负阻效应,两条路加速放电,+,_,1=max0.7(R3+W)C2,两条放电回路,当C2放电到使UC2=0时,曲线2交零线于t,发出一触发脉冲u。Uk越大越大UK增加t向右移动;U
28、K减小,t会向左移动使减小。这就是移相的原理。,0,min,max,t,UC2,UK,3,2,1 Uk断开,t,0,60,A,u,移相原理示意图,u,A,u,A=0,波形,UK,UK,u,A,u,线3-Uk上正,负阻效应,两条路加速放电,A=180,u,UK与的关系如图4-33所示.图4-31中点为A相可控硅SCRA的自然换相点，也是SCRA的控制角的零点,同步电压uAT 的相位超前于A相电压180。(?),0,1,2,1,2,UZd2,UZd1,UK,UK,图4-33移相触发单元的静态特性,图4-31,fanhui,4）整定电压UZd的作用,当UK不变时,若UZd增加,(UK-UZd)会减小
29、,UCF会向左移动,减小;若UZd减小时,UCF会向右移动,增加。一般令UKUzd时=0 可控硅全开放,令UKUzd=Ec时180可控硅元件全关闭.,0,tmin,t,tmax,t,UQ,A,B,C,t,0,30,UCF,UCFA,图4-32移相原理示意图,UK-UZd,UK-UZd,将此特性用图形表示即如图4-33所示，当整定电压UZd 确定以后,UK发生改变时UK与的关系图中特性曲线1和曲线2对应的整定电压UZd1UZd2。,0,1,2,1,2,UZd2,UZd1,UK,UK,图4-33移相触发单元的静态特性,返回74,励磁调节器各环节的特性作出来以后要进行统调,才能求取出理想的励磁调节器
30、输入输出特性。统调时需要移动和UK的关系曲线的位置，此项功能是提高调节UZd实现的。,三、比例式半导体励磁调节器的静态工作特性,半导体励磁调节器的静态工作特性是指它的输入电压和输出电压之间的静态关系。用以上各单元构成励磁调节器时，为了使各个单元之间很好配合,通常要对这些单元工作特性做一些处理。例如,图434半导体励磁调节器在测量比较单元输出中串了一只二极管D13,就使得综合放大单元的输入变成了图435(a)曲线A所示,削去了Ub为正的部分。,图4-34,ILL,ILL1,ILL2,ILL3,ILL3,ILL2,ILL1,ILL,ILL=f(UG),UG3,UG2,UG1,UG1,UG2,UG3
31、,UG,UG,Ub,Ub1,Ub3,Ub2,Uk,Uk1,Uk2,Uk3,Uk1,Uk2,Uk3,Uk,1,1,3,2,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,1,2,3,0,0,0,D,A,C,C,B,A,E,E,(a)测量单元,(e)励磁调节器的静态特性,(d)可控硅整流电路,(c)移相触发单元,(b)放大单元,图4-35ZTL型半导体励磁调节器的静态工作特性,返回,ILL,ILL1,ILL2,ILL3,ILL3,ILL2,ILL1,ILL,ILL=f(UG),UG3,UG2,UG1,UG1,UG2,UG3,UG,UG,Ub,Ub1,Ub3,Ub2,Uk,Uk1,Uk2,Uk3,Uk1
32、,Uk2,Uk3,Uk,1,1,3,2,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,1,2,3,0,0,0,D,A,C,C,B,A,E,E,(a)测量单元,(e)励磁调节器的静态特性,(d)可控硅整流电路,(c)移相触发单元,(b)放大单元,图4-23,图4-24,图4-33,图4-27,图4-35ZTL型半导体励磁调节器的静态工作特性,分单元调试得出的励磁调节器各组成单元的特性，一般来说是不会像图4-35配合得那么好。比如移相触发单元的特性为曲线C时就不能得出曲线E。测量单元和移相触发单元的工作特性应该是可以调整的,例如可以将曲线C调整到曲线E的位置。这样才可得到满意的励磁调节特性。通过调整
33、励磁调节器各构成单元的特性得出满意的励磁调节器静态工作特性的过程,称为励磁调节器的统调。,根据图4-35和图4-21,ZTL各单元的工作特性可用下式描述：Ub=K1(UGD-UG)UK=K2Ub=K3UK ILL=K4 UG归算到发电机端电压的给定电压。由图4-35知，移相触发和可控硅整流两个单元是非线性的。如果将某一工作点附近不大的变化范围内看成是线性关系，对式（4-41）各分式求增量，有,（4-41）,图4-35,图4-21,Ub=K1(UGD-UG)UK=K2Ub=K3UKILL=K4将上式整理后得ILL=K4 K3K2K1（-UG）K=ILL/UG=K1 K2K3K4,（4-42）,K
34、半导体励磁调节器的静态放大系数。K为4-35（e)中特性曲线线性段的斜率，等于各构成单元放大系数的乘积。“”号表示励磁调节器输出电流ILL的变化与发电机电压UG的变化方向相反。即UG增加时，ILL下降；UG下降时，ILL增加。,返回,励磁调节器的基本特性与框图,励磁调节器的简化框图,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,测量K1,综合放大K2,移相触发K3,可控整流K4,UG,UREF,Ude,USM,UAVR,K调节器的放大倍数,励磁调节器的基本特性与框图,励磁调节器的静态工作特性,调节器放大系数K与组成调节器的各单元增益的关系为,励磁调节器总的放大倍数等于各
35、组成单元放大倍数的乘积,0,0,0,0,Ude,UAVR,UAVR,Ude,UG,UG,USM,USM,UREF,b,a,具有ZTL装置的发电机外特性,发电机的调节特性,外特性的求取,调节器特性IEF=f(UG),维持UG为定值时的IEF=f(IQ)称为发电机的无功调节特性,IEF,IEF,IQ,UG=UGe,UG=UG2 UGe,UG=UG1 UGe,IQ,IQ,UG,a,b,UG=UGe,ILL=f(UG),UG1,UG2,2023/6/18,特征：稍有下倾,一、发电机电压调节特性,同步发电机励磁控制系统的静态工作特性是指在没有人工参与调节的情况下,发电机机端电压(UG)与发电机电流的无功
36、分量(Iq)之间的静态特性。此特性通常称为发电机外特性或电压调节特性，也称为电压调差特性。图4-36是同步发电机励磁控制系统静态工作特性的三种类型，其中称为发电机端电压调差率或调差系数。,发电机调差系数,调节特性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,无功电流从零增加到额定值时发电机电压的相对变化,空载,额定无功,多台发电机综合调差系数？,0称为正调差，调节特性曲线下倾,表示发电机机端电压随无功电流的增大而下降;0称为负调差,调节特性曲线上翘,表示发电机机端电压随无功电流的增加而上升;=0称为无差特性,表示发电机机端电压不随无功电流变化,而保持恒定值。,0,Iqe,I
37、q,UG0,U,UG,0,0,=0,1,2,图4-36发电机电压调节特性,返回19页,在公共母线上并联运行的发电机组间无功功率的分配，主要取决于各台发电机的无功调节特性。而无功调节特性是用调差系数（调差率）来表征的:,调差系数越小说明IQ对UG影响越小表示无功由零增至额定值时,发电机电压的相对变化.表征了励磁控制系统维持发电机端电压的能力.,二、发电机调压精度,发电机调压精度是指发电机自动励磁调节系统投入运行、励磁系统调差单元退出、发电机电压给定值不进行调整的情况下，原动机转速及功率因数在规定范围内变化时,发电机负载从零变化到额定值所引起的发电机机端电压的变化,并用发电机额定电压的百分数表示。
38、,这条直线就是励磁调节器不接入调差单元时发电机的电压调节特性。该特性也称为自然调差特性,此时的调节精度也称为自然调差率,用0表示。0是不可调的固定值,虽然降低ZTL的KA可使0增大,但这是不适当的。一般为满足运行需要,可通过调差环节实现对大小和正负的调整。,0,Iqe,Iq,UG0,U,UG,0,0,=0,1,2,0,三、励磁调节器的调差单元,励磁调节器均可以保证发电机有较高的调差精度,即很小。也就是使自然调差特性0曲线成为一条与横轴基本平行的直线,象0那样。这种特性不能使发电机并联稳定运行，也不能在并联运行机组间合理分配无功负荷。为了使发电机稳定运行和合理分配并联运行机组间的无功负荷,在励磁
39、调节器中必须设有调差单元。来进行调差特性的调整。,调整是为满足运行上的要求:保证并列运行的发电机组间无功功率的合理分配,这是通过进行调差特性的调整实现的；保证发电机在投入和退出运行时，平稳地转移无功负荷，而不发生无功冲击现象，这是通过调整比较整定电路中的电位器实现的；保证调压过程的稳定性。,励磁调节器静特性调整(调差单元作用)：,（4-46）,按引用发电机电流的相数,调差单元的接线可分为单相、两相和三相三种方式.图4-38为两相式.,返回,当发电机带纯无功负荷,即cos=0、=90时,作向量图。,图4-39调差单元的向量图（a）cos=0时,（4-46）,İc,İa,=90,结论：在cos0时
40、,ZTL中增加调差单元后,输入ZTL测量比较单元的电压Ua、Ub 和Uc 会随发电机电流的增加而增加。(?)按照励磁系统的工作特性,当Ua、Ub 和Uc 增加时励磁系统会自动地减少发电机的励磁电流,使发电机电压下降。(感受UG增加),于是就形成了下倾的发电机电压调节特性,即0为正调差特性。,调差单元的工作原理:在ZTL测量比较单元的输入侧,不是直接输入经YH的发电机端电压UG,而是输入无功电源补偿后的发电机UG 使得测量单元感受到的电压 UG随发电机无功电流IQ而变化：当IQ增加时,ZTL感受到的UG 也增加,通过ZTL调节去降低IL,这样就减少了发电机的UG.,当发电机带纯有功负荷,即cos
41、=1、=0时,作向量图。,图4-39调差单元的向量图（b）cos=1时,（4-46）,返回21页,İc,İa,=0,在cos1时,ZTL中增加调差单元后,输入ZTL测量比较单元的电压Ua、Ub 和Uc 基本上不随发电机电流的增加而变化,只是将原来由Ua、Ub和Uc组成的电压三角形以Ub为圆心逆时针转动了一个不大的角度。这样,按照励磁系统的工作特性,发电机的励磁电流和机端电压将不随发电机有功电流的变化而变化。,综合图可看出,励磁调节器的调差单元只反映发电机无功功率变化而基本不反映有功功率变化。以上介绍了两种极端情况.实际上发电机既带有功负荷,也带无功负荷,即 1cos 0图4-38调差单元结线会
42、使发电机端电压随发电机电流的增加而下降即0。如果将İa和İc接入Rc和Ra的两个接线头对调就得发电机上翘的调差特性(即0)。负调差可以部分补偿无功电流在变压器变压器漏电抗中的压降。所以又叫做电流补偿环节。,图4-38,图4-36,正调差用于完成发电机母线上并联运行的发电机组之间合理稳定的无功分配，负调差，通过升压变压器在高压母线上并列运行的发电机，为了保证其在高压母线上，机组之间仍能合理稳定的分配无功功率，要求发电机组具有负调差系统，调差系数的选择与变压器漏电抗压降有关。负调差可以部分补偿无功电流在变压器变压器漏电抗中的压降。所以又叫做电流补偿环节。采用合适的正调差值，可保证多台并联运行的发电
43、机组之间的无功功率合理分配采用负调差，可补偿在单元制接线方式下主变压器的电压降。调节器的调差值范围在-15%和+15%之间。,0何时用？单元机组的发电机经升压变压器后并联运行,高压母线上电压：tjrXT,0,Ir,Ut,0,0,1,1,3,IrXB,0,0,。,改变调差电阻R值可以调整的大小:当R增加时,可使增加,当R减小时,可使减小,当R=0时,=0,为自然调差系数(调差退出)正调差系数的物理概念是:当无功电流Iq增加时,自动励磁调节器感受到发电机端电压UG 在上升(发电机端电压虚假升高一样),于是调节装置降低发电机的励磁电流IL,驱使UG下降,所以得到下倾的发电机外特性,即0,图4-39,
44、发电机电压调差特性通常用试验法求取：,先将被试验同步发电机并入电力系统,调节励磁系统“给定电压”的给定值,使IqIqe,调节调速器“给定频率”的给定值,使有功Ip0,记录此时的UG2,就得2点;,然后跳开G断路器与系统解列.当机组稳定运行后,记下UG1就得图4-36中的1点；将l和2两点连接画一直线即发电机的调差特性曲线。,UG=f2(Iq),UG,UG1,UG2,Iq,0,2,1,Iqe,0,四、发电机电压调节特性的平移,发电机并入电网运行后需要增加无功功率;退出电网运行前需要减少无功功率；并网运行时也要根据需要随时调节无功功率.这些都需要通过运行人员手动调节实现，而且要求平稳增减。这是通过
45、平移发电机电压调节特性实现的。图4-40是发电机电压调节特性与发电机无功功率的关系的示意图。,UG,UM,Iq,0,2,1,Iq1,Iq2,3,图4-40 发电机电压调节特性与发电机无功功率的关系,.当为曲线1时,G的Iq=Iq1,.将由1平移到2时,G的Iq=Iq2.若将曲线平移到3时Iq为零.G运行在曲线3时从系统解列不会给系统带来任何冲击,G并网前调到3,并网后Iq为零,对电网没有冲击,G并网后由运行人员手动调节使特性向上平移,逐渐增加G无功功率。(增到需要的Iq值),平移发电机电压调节特性是由运行人员手动或通过自动装置调节励磁调节器的电压给定值实现的。(调节哪个元件？)下面以图4-34
46、励磁控制系统说明发电机电压调节特性平移的原理。,C,ILL1,ILL2,ILL3,ILL3,ILL2,ILL1,ILL,ILL=f(UG),UG3,UG2,UG1,UG1,UG2,UG3,UG,UG,Ub,Ub1,Ub3,Ub2,Uk,Uk1,Uk2,Uk3,Uk1,Uk2,Uk3,Uk,1,1,3,2,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,1,2,3,0,0,0,D,A,C,B,A,E,E,(a)测量单元,(e)励磁调节器的静态特性,(d)可控硅整流电路,(c)移相触发单元,(b)放大单元,图4-35 ZTL型半导体励磁调节器的静态工作特性,调节测量比较单元中W位置,改变Rw,可平移测
47、量比较单元特性曲线由曲线A移到曲线A的位置.ILL=f2(UG)将由图4-41中曲线E上移到E,IL,IL=f1(UG),UG=f2(IL)Iq=常数,Iq=0,Iq=Iqe,UG=f2(Iq),UG,UG1,UG2,Iq,0,IL,IL2,IL1,2,1,Iqe,B,B,E,E,UG1,A,A,发电机电压调节特性平移的原理示意图,当调节W平移测量比较单元曲线A移到A时,ZTL静态调节特性IL=f2(UG)将E上移到E的位置。发电机电压调节特性由1平移到2.同理,向反方向调节W的Rw时,会使发电机电压调节特性曲线1向下平移。,多台发电机并联运行时，改变任何一台机组的励磁电流不仅影响本机组的无功
48、电流，而且影响同一母线上并联机组的无功电流，母线电压也发生变化，这些变化与机组的调差特性有关。具有什么样的调差特性的机组可以并联运行呢？,三、并联运行机组间无功功率的分配,稳定运行点,正调差特性,无差调节特性,一、一台无差特性与一台有差特性机组并联运行,1.第一台机为无差特性,第二台机为正有差特性:,一台无差调节特性的发电机可以和多台正调差特性的发电机并联运行平移调差特性曲线，可以改变无功分配平移调差特性曲线，可以改变电压,IQ1,IQ2,U1,不合理,很少采用,2.第一台机为无差特性,第二台机为负有差特性:,如使第二台机输出的无功电流增加，则根据调节特性，ZTL将增大IEF，力图使UG升高，
49、导致其输出的无功功率进一步增加，而第一台机组力图维持UG，使其IEF减小，于是无功电流也将减小，这一过程将一直持续下去，无功全部转移到第二台机上以致不能稳定运行。,0,IQ2,IQ,UG,UG,0,=0,2,1,不稳定运行点,负调差特性的发电机不能在公共母线上并联运行的,二、两台无差特性机组并联运行,1.两条特性重合(很难)：两机各有其电压整定值U1、U2，无明确交点，无功电流任意分配，不合理2.两条特性不重合两机各有其电压整定值U1、U2。因为U1U2，两机不能并联运行。,0,IQ2,IQ,U2,U1,UG,0,=0,2,1,North China Electric Power Univer
50、sity,101/22,2023/6/18,1、母线电压波动时，发电机的无功电流增量与电压偏差成正比，与调差系数成反比，与电压整定值无关。,2、在同一母线上并联发电机，无功负荷波动时，电压偏差相同，调差系数小的发电机承担多的无功电流增量,G,U,Q,I,1,G,2,G,2,Q,I,D,1,Q,I,D,三、多台正调差特性机组并联运行,三、多台正调差特性机组并联运行,2,0,IQ1,U,UG1,UG2,IQ2,1,UG,IQ1,IQ1,IQ2,IQ2,IQ,IQN,UGN,UG0,曲线F1和F2分别为发电机G1和G2的外特性,表征发电机电压UG*和无功电流Iq*的关系。外特性是由发电机励磁系统形成
