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1、第七讲 励磁系统的动态特性（1）,2/41,2023/11/18,主要内容,目的：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概述（要求）励磁控制系统的传递函数励磁机数学模型直流/交流/整流特性测量比较单元/综合放大单元功率放大单元发电机的传递函数励磁控制系统的传递函数,3/41,2023/11/18,第一节 概述,发电机是被控对象励磁机是执行环节励磁调节器是控制器,典型的反馈控制系统,4/41,2023/11/18,对励磁控制系统的要求,1、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2、发电机在并网后，在与其它机组并联运行条件下
2、，励磁控制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体的要求,1、上升时间2、超调量3、调整时间,5/41,2023/11/18,大中型同步发电机励磁系统基本技术条件,1、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%时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50%，摆动次数不超过3次，调节时间不超过10s2、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15%，调节时间不大于10s，电压摆动次数不大于3次。,GB7409-1987,GB/T7409-1997,GB/T7409-2007,6/41,2023/
3、11/18,第二节 励磁控制系统的传递函数,典型的励磁控制系统的结构,1,2,2,3,4,7/41,2023/11/18,1 励磁机的数学模型直流励磁机,目标是要建立 与 之间的传递函数，因此需要建立 与 之间的关系,UEE,励磁机,发电机,8/41,2023/11/18,1 励磁机的数学模型直流励磁机,励磁电流 与励磁机电压 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,定义饱和函数来表示饱和特性,气隙特性的斜率是,励磁电流 与励磁机电压 之间关系式为：,9/41,2023/11/18,1 励磁机的数学模型直流励磁机,磁通 与磁链 之间存在关系,在恒定转速下，uE与气隙磁通a
4、成正比,磁通在穿过气隙时存在漏磁通，两者存在比例关系,10/41,2023/11/18,1 励磁机的数学模型直流励磁机,11/41,2023/11/18,1 励磁机的数学模型直流励磁机,12/41,2023/11/18,1 励磁机的数学模型交流励磁机,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。,励磁机100-150Hz,13/41,2023/11/18,1 励磁机的数学模型交流励磁机,励磁机时间常数，随着励磁机的饱和程度而变化,励磁机恒值电阻负载时的饱和系数,适用于励磁电压响应比较低的励磁系统,14/41,2023/11/18,2 励磁调节
5、器传递函数测量比较单元,电压测量比较单元主要由测量变压器、整流滤波器、测量比较电路所组成。,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,测量比较单元的传递函数,15/41,2023/11/18,2 励磁调节器传递函数综合放大单元,电子型励磁调节器的综合放大单元,由运算放大器为基础构成,电子型励磁调节器的综合放大单元,由磁放大器为基础构成,忽略延时,16/41,2023/11/18,2 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可以忽略。一旦晶闸管元件导通以
6、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。,最大滞后时间,单相半波电路为180度三相半控电路为120度三相全控电路为60度,17/41,2023/11/18,2 励磁调节器传递函数功率放大单元,整流电路输出电压方程,拉普拉斯变换,传递函数,泰勒展开,忽略高次项，得到简化模型,18/41,2023/11/18,3 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。发电机的动态响应可以用一阶惯性环节来描述,19/41,2023/11/18,4 励磁控制系统的传递函数,20/41,2023/11/18,小结,1、励磁控制系统的典型结构2、直流励磁机的数学模型3、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5、励磁控制系统的数学模型,
