1、 励磁控制系统框图励磁控制系统框图 GU同步发电机励磁功率单元励磁调节器EFIGIREFU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。励磁系统其他信号一一 励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图 比例式励磁调节器比例式励磁调节器 励磁调节器最基本的功能是调励磁调节器最基本的功能是调节发电机的端电压。节发电机的端电压。常用的励磁调节器是比例式调常用的励磁调节器是比例式调节器，它的主要输入量是发电节器，它的主要输入量是发电机端电压机端电压，其输出用来控制励，其输出用来控制励磁功率单元。磁功率单元。电压升高时输出减
2、小，电压降电压升高时输出减小，电压降低时输出增大。低时输出增大。G励磁机励磁机baEFIGUEFIEEIGUGI励磁调节器的基本特性与框图励磁调节器的基本特性与框图（一）励磁调节器基本框图(二二)工作原理工作原理 图图(a)是在是在手动和辅助手动和辅助控制均不调节控制均不调节的情况的情况下下,调节器输出电流调节器输出电流ILL和输入电压和输入电压UG之间的之间的静态关系曲线静态关系曲线。图图(b)是是励磁机电流放励磁机电流放大特性曲线大特性曲线,其中纵坐其中纵坐标标ILL为为输入量输入量、横坐、横坐标标IL为输出量。为输出量。图图(b)励磁机励磁机电流放大特性电流放大特性UG2 UG1 UG
3、IL2 IL1 ILILLILL1ILL2 0UGILILLILL1ILL2 0图图(a)比例式比例式励磁调节器的励磁调节器的静态调节特性静态调节特性设设G运行运行点点,UG=UG1,励磁机励磁机励磁电流励磁电流ILL=ILL1,发电机发电机励磁电流励磁电流IL=IL1。当当UG时时,ILL将减小将减小IL阻止发电机电压阻止发电机电压上升上升;当当UG时时,ILL将将IL阻止发电机电压下降。阻止发电机电压下降。图图(a)比例式励磁调节器的静态调节特性比例式励磁调节器的静态调节特性图图(b)励磁机电流放大特性励磁机电流放大特性UGILL UGIL这就是这就是比例调节式励磁自动比例调节式励磁自动控
4、制系统自动调节发电机电控制系统自动调节发电机电压的原理压的原理。UG1UG2 IL2 ILIL1ILL1ILL20ILL ILL1ILL2但是但是,比例调节的比例调节的结果结果不能使发电机电压维不能使发电机电压维持恒定持恒定。发电机电压上升时发电机电压上升时,自自动调节的动调节的结果结果点，点，ILL=ILL2,IL=IL2,UG=UG2,此时此时,发电机电压有发电机电压有调调节误差节误差UG,发电机励发电机励磁电流变化了磁电流变化了IL。比例调节的调节比例调节的调节作用作用(IL)是是以被控制参数存在调节误差以被控制参数存在调节误差(UG)为代价换取的为代价换取的。UGILL UGILUG1
5、UG2 IL2 ILIL1ILL1ILL20ILL ILL1ILL2图图(a)比例式励磁调节器的静态调节特性比例式励磁调节器的静态调节特性图图(b)励磁机电流放大特性励磁机电流放大特性 设设图图中各环节都工作在中各环节都工作在线性段线性段，则图中所示系统的，则图中所示系统的工作可用下式描述：工作可用下式描述：UE=UgdUC=UgdKCUG KC=UC UG UG=KAKLKGUE KC电压测量单元输出电压电压测量单元输出电压UC和和发电机端电压发电机端电压之比之比;Ugd给定电压给定电压，折算到发电机端电压相当于电压给，折算到发电机端电压相当于电压给 定为定为UGD=UgdKC；（；（Ugd
6、=KCUGD）KA励磁调节器放大系数，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。励磁机和发电机的放大系数。要减小误差要减小误差UE,必须增大必须增大KC、KA、KL和和KG的值。的值。设计和调试时设计和调试时,不能改变不能改变KL和和KG，KC一般也为定值，一般也为定值，因此因此减少发电机电压调节误差的减少发电机电压调节误差的办法办法就只有就只有增大增大KA了了。如果如果KA，则则UE0。减少发电机电压减少发电机电压调节误差调节误差UE的的办法办法：将第三式的将第三式的UG代入第一式中，可得出代入第一式中，可得出U1AgdCLGKUKKK 比例式励磁调节器比例式
7、励磁调节器缺点及改进缺点及改进：缺点：励磁机和发电机缺点：励磁机和发电机的的励磁绕组励磁绕组都有都有时间常数时间常数，相当于相当于一阶惯性环节一阶惯性环节。KA太大时太大时,系统的动态特性会变差系统的动态特性会变差,甚至会失去稳定甚至会失去稳定。既然既然KA不能太大不能太大,调节误差调节误差UE(也对应于也对应于UG)也就也就不能太小不能太小。这是比例式励磁调节器存在的一个这是比例式励磁调节器存在的一个固有缺点固有缺点。改进：改进：如果要求发电机电压的如果要求发电机电压的静态调节误差静态调节误差UE为零为零，应在比例调节的基础上，应在比例调节的基础上增加积分调节增加积分调节。二、比例式可控硅励
8、磁调节器二、比例式可控硅励磁调节器的工作原理的工作原理返回返回返回图图4-21 比例式可控硅励磁调节器的结构框图比例式可控硅励磁调节器的结构框图(一一)电压测量比较单元电压测量比较单元 基本作用基本作用是把是把发电机电压发电机电压变换为与其成正比的变换为与其成正比的直直流电压流电压,与与给定电压给定电压进行比较进行比较,得到两者的得到两者的偏差偏差。1.对对测量比较单元测量比较单元的的基本要求基本要求 测量电路测量电路应有足够应有足够高的灵敏度高的灵敏度,给定电压应稳定给定电压应稳定,电压给定电路电压给定电路的的调整范围调整范围必须必须满足运行要求满足运行要求。一般应保证发电机一般应保证发电机
9、空载空载运行时，机端电压能在运行时，机端电压能在70110额定电压额定电压范围内进行范围内进行平衡地调节平衡地调节。测量电路测量电路应具有应具有优良的动态性能优良的动态性能，即要求，即要求反应迅速反应迅速(电路的时间常数要小电路的时间常数要小)。测量电路测量电路的的输出电压应平稳输出电压应平稳，纹波要小纹波要小。2 2电路工作原理及特性电路工作原理及特性(1)电路的结构电路的结构正序电压正序电压滤过器滤过器测量变测量变压器压器比较整定比较整定整流滤波整流滤波给定电压给定电压UgdUbUgUC图测量比较单元结构框图图测量比较单元结构框图正序电压滤过器的正序电压滤过器的作用作用是在电力系统的三相电
10、压是在电力系统的三相电压不不平衡时平衡时，负序电压被滤掉负序电压被滤掉，输出输出一个对称的反映电一个对称的反映电压水平的压水平的正序电压正序电压，以，以提高测量单元的灵敏度提高测量单元的灵敏度,并使并使接于其后的测量变压器处于对称三相电压下工作接于其后的测量变压器处于对称三相电压下工作。测量变压器测量变压器的的作用作用是将从电压互感器二次侧来的是将从电压互感器二次侧来的电压电压降低为降低为适用于整流电路所需要的值。适用于整流电路所需要的值。测量变压器的测量变压器的副边副边一般为一般为三相三相。有的励磁调节器中为了有的励磁调节器中为了减小减小整流后的整流后的交流分量交流分量,进进而减小而减小滤波
11、滤波电容量电容量,达到达到减小减小测量单元测量单元时间常数时间常数的的目的目的,将测量变压器副边做成将测量变压器副边做成6相相,甚至甚至12相相。相应整流电路也做成为相应整流电路也做成为6相或相或12相相的原因。的原因。整流滤波整流滤波的的作用作用是是将测量变压器副边输出的电将测量变压器副边输出的电压变换成平稳的直流电压压变换成平稳的直流电压。UC与与Ug成正比。成正比。正序电压正序电压滤过器滤过器测量变测量变压器压器比较整定比较整定整流滤波整流滤波给定电压给定电压UgdUbUgUC图测量比较单元结构框图图测量比较单元结构框图多相整流：多相整流：/Y Y-12-11-12-11UA1B1UA2
12、B2UA11 1A BUUA2B230超前于 使二次侧线电压幅值使二次侧线电压幅值相等相等UA1B1=UA2B2=,13=Y匝数匝数22AA BUU2=3AU2BU2CU2UB1C1UC1A1UB2C2UC2A2A2B2C2A1B1C11 1A BU30 整流后为整流后为六相全波整流波形六相全波整流波形,输出电压波形是一个输出电压波形是一个周期内有周期内有12个波头个波头的脉动电压的脉动电压 直流电压中含有的直流电压中含有的最最低次谐波的频率为基低次谐波的频率为基波频率的波频率的12倍，即倍，即 12x50=600Hz,且幅度且幅度小小,便于滤波和提高响便于滤波和提高响应速度应速度.六相桥式整
13、流后的直六相桥式整流后的直流电压较为平稳。流电压较为平稳。UA1B1=UA2B2=,22AA BUU2=3AU2CU2BU2(2)比较整定电路比较整定电路 比较整定电路比较整定电路的的作用作用：把把测量测量、整流整流后后输出的电压输出的电压UC与与给定电压给定电压Ugd相相比较比较,输出输出一个一个表征表征发电机电压与其给定值发电机电压与其给定值偏差偏差的的直流电压直流电压Ub，输出到，输出到综合放大环节综合放大环节；通过通过调节整定电位器调节整定电位器W，来改变，来改变Ugd去调节去调节Ub的的大小大小,进而进而调节发电机端电压或无功功率调节发电机端电压或无功功率,起到起到比较比较与整定电压
14、的作用与整定电压的作用故又叫故又叫比较整定电路比较整定电路。可以可以就地手动就地手动、远方手动远方手动、通过自动装置通过自动装置调节。调节。两个两个“手动手动”的区别：的区别：这里所说的这里所说的手动是自动调节部分手动是自动调节部分工作正常时工作正常时的调节的调节。图中的图中的“手动控制手动控制”是在是在励磁调励磁调节器的自动调节部分出现节器的自动调节部分出现故障退故障退出出工作后工作后的手动调节。的手动调节。不要混淆啊！不要混淆啊！U1UbU2UabUb,U1,U20UW当当UabUW时时,WYl和和WY2导通导通,两端电压为它的稳定两端电压为它的稳定电压电压UW,比较电路用下式比较电路用下
15、式描述：描述：U1=UabUW U2=UW Ub=U1U2=Uab-2UW 图中图中Ub的的上升段是励磁调上升段是励磁调节器的工作段节器的工作段U1UbU2Uab45?R0UW(b)工作特性工作特性UCUabRWWICWY1WY2R2R1abUbU1U2(a)电路图电路图图比较整定电路图比较整定电路Ub,U1,U2U1UbU2UW2UWD 式中式中Uab正比于发电机电压正比于发电机电压UG,Uab=KCUG,KC为放大系数为放大系数;(KC值与谁有关值与谁有关?)2UW为比较电路的为比较电路的基准电压基准电压,2UW=KCUGD,UGD为归算到发电机端电压的为归算到发电机端电压的给定值给定值。
16、UGD=UgdKC 将上述关系代入将上述关系代入上上式，有式，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。代表发电机电压与给定电压之差。参考电位改变后：参考电位改变后：若若以点以点为为Ub的的参考电位参考电位,则比较电路的则比较电路的输出电压输出电压为为Ub=U2-U1=2UW-Uab按两式作出比较电路输出特按两式作出比较电路输出特性如性如图图(b)所示所示.U1UbUbUb,U1,U245?R0Uw图图(b)工作特性工作特性U2(4-37b)实际的半导体励磁调节器中实际的半导体励磁调节器中,Ub和和Ub都有。都有。返回7
17、4UG(3)(3)发电机电压整定的原理发电机电压整定的原理 发电机电压整定是通过调发电机电压整定是通过调整整电位器电位器W的阻值的阻值RW实现实现的。的。W的阻值的阻值RW可以就地可以就地手动手动调整调整，也可以在控制室通过也可以在控制室通过控制电动机控制电动机D正、反转进正、反转进行行远方调整远方调整。怎样调整呢？怎样调整呢？UCUabRWWICWY1WY2R2R1abUbU1U2(a)电路图电路图D三种三种 设发电机运行在设发电机运行在电压电压UG。对应比较电路输出电压对应比较电路输出电压Ub=0。如果这时如果这时调整调整RW增加增加,流过流过W 的电流的电流IC引起的引起的电压降电压降I
18、C RW就会增加就会增加.因改变阻值因改变阻值RW是在是在很短时很短时间内完成间内完成的的,在调整在调整RW时时UG是不变化是不变化的的,UC也不会变化。也不会变化。UC=IC RW+Uab Ub=U1U2=Uab-2UW 这样，这样，RW增加增加的结果的结果会使会使UabUb。DUCUabRWWICWY1WY2R2R1abUb(a)电路图电路图重复：重复：RWUabUb Ub下降下降会引起图会引起图4-2l中中UK、ILL和和IL等变化等变化。这些参数变化的结果会使发电机电压这些参数变化的结果会使发电机电压UG上升上升(这是这是励磁调节特性励磁调节特性所决定所决定),Ub=Uab-2UW U
19、G上升上升UCUabUb。当上升到当上升到Ub0时，调节过程停止，发电机进入新时，调节过程停止，发电机进入新的稳定点运行。的稳定点运行。4-21为什么调节过程一定在为什么调节过程一定在Ub0时结束呢时结束呢?Ub就是就是UE,是是发电机电压发电机电压的的调节误差调节误差。由于由于KA、KL、KG三者的乘积相当大三者的乘积相当大,UE0,所以所以,只有只有Ub回到近于零时回到近于零时,调节过程才能结束。调节过程才能结束。当当增加增加W的电阻值的电阻值RW的结果使的结果使发电机电压发电机电压升高升高了。了。当当减少减少W的阻值的阻值RW时时,可使可使发电机电压发电机电压(?)下降下降。这就是这就是
20、发电机电压整定的原理发电机电压整定的原理。(给定值给定值?)U1AgdCLGKKUKK(二二)综合放大单元综合放大单元 综合放大综合放大各种各种励磁控制信号励磁控制信号。这些信号包括这些信号包括发电机电压偏差信号发电机电压偏差信号、电力系统稳定电力系统稳定信号信号以及以及低励限制低励限制和和过励限制信号过励限制信号等。等。改善改善励磁自动控制系统的励磁自动控制系统的静态和动态静态和动态性能指标性能指标.合理地选取合理地选取综合放大单元的放大系数综合放大单元的放大系数,可使系统既有可使系统既有足够的足够的静态调节精度静态调节精度,又有良好的又有良好的动态调节特性动态调节特性。输出输出移相单元所需
21、的移相单元所需的输入电压输入电压。不同的不同的移相触发电路移相触发电路对对输入电压输入电压有不同要求有不同要求,这要靠这要靠综合放大单元综合放大单元满足。满足。1.1.综合放大单元的综合放大单元的作用作用2.2.对综合放大单元的对综合放大单元的基本要求基本要求 要求能要求能线性无关地线性无关地综合、放大各输入信号。所综合、放大各输入信号。所谓谓线性无关地放大各输入信号线性无关地放大各输入信号,即即输出和输入之间输出和输入之间成线性关系成线性关系,而且而且改变输入信号中的任何一个信号改变输入信号中的任何一个信号的放大系数的放大系数,不影响其它输入信号的放大系数不影响其它输入信号的放大系数。有足够
22、的运算精度和放大系数，有足够的运算精度和放大系数，放大系数可调放大系数可调。响应速度要快响应速度要快，即时间常数要小即时间常数要小。工作稳定、输出阻抗低工作稳定、输出阻抗低。即要求。即要求零点漂移小零点漂移小,负负载能力强载能力强,保证综合放大单元的保证综合放大单元的输出电压不受移相输出电压不受移相触发单元工作的影响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。输出电压范围满足移相触发单元的要求。3 3综合放大单元的工作原理及特性综合放大单元的工作原理及特性半导体励磁调节器半导体励磁调节器中一般采用中一般采用直流运算放大器直流运算放大器。图图4-24综合放大单元综合放大单元-UKR1
23、RFKR2IIFKU+EE0VIbIFZUbUFZ 运放器运放器两主要两主要特点特点：开环放开环放(无无RFK)大系数大系数K0很大很大,一般一般K0 104105;输入阻抗输入阻抗Rr很大。很大。加入加入R FK 后后,闭环反馈系数闭环反馈系数K FK 也很大也很大(反馈很深反馈很深)，使得使得U和和 I近似等于零近似等于零,虚地端虚地端,设设U0,I 0,则有则有 -UKR1RFKR2IIFKU+E-E0VIbIFZUbUFZ RrK01122bbbFZFZFZKKFKFKFKbFZFKUUUIRRUUUIRRUUUIRRIII 21FKFKKbFZRRUUURR(4-39)(4-38)-
24、UKR1RFKR2IIFKU+E-E0VIbIFZUbUFZ Rr上式说明上式说明,综合放大器的输出电压综合放大器的输出电压UK等于输入电压等于输入电压Ub和和UFZ按不同按不同的比例相加之和的比例相加之和，它们的比例系数可以通过改变各它们的比例系数可以通过改变各自输入电阻自输入电阻R1或或R2整定整定,实现实现对各对各输入信号输入信号线性无关的综合放大线性无关的综合放大。UKUb0图图4-24(b)综合放大单综合放大单元工作特性元工作特性21FKFKKbFZRRUUURR 综合放大单元的工作特性如图综合放大单元的工作特性如图4-24(b)所示。所示。UKmaxUKmin返回74由运算放大器构
25、成的综合放大环节电路由运算放大器构成的综合放大环节电路 双向限幅双向限幅使输入使输入U0图图4-30 单稳态移相触发电路原理图单稳态移相触发电路原理图0ut0URt0Ub2tUQtUPt0UC1t0UC5t0UTt0UCFAtuATuCuA30At1t1)稳态：稳态：uAT0,C1充电充电,UR。BGl通通,BG2止止,C2充电充电。UQ0,UpE,UC5=0，UT=0,UCFA=0.无脉冲无脉冲.2)暂态暂态:在在t=t1区区间间,uAT变负变负,C1放电放电,C1反充电反充电。向向BG2提供提供Ib2,负脉冲负脉冲,BG2通通Up0UQEBGl突止突止C5充电充电E。UQ随随C2放电而逐渐
26、下放电而逐渐下降。降。UC2+-+-暂态：暂态：uAT0,C1放电放电,C1反充电反充电,Ub2负脉冲负脉冲,BG2通通Up0UQEBGl突止突止C5充电充电E，同时，同时C2放放电电,有两条回路有两条回路:通通E0止止E0+-+-当当C2放电到使放电到使UQ=0时时,Uc1Ub2 BG2止止BGl通通,恢复稳态恢复稳态。在。在BGl导导 通时通时,C5放电放电MB副边感应副边感应UCFA。通通返回 当当C2放电到使放电到使UQ=0时时(t)，BGl开始出现基极开始出现基极电流电流BG1的集电极电的集电极电流增加，流增加，Uc1Ub2BG2截止截止BGl导通，重新恢复导通，重新恢复到稳定状态到
27、稳定状态。在在BGl导通时导通时,C5通过通过D7脉冲变压器脉冲变压器MB的原边的原边BG1的的e-c极放电极放电MB副边感应出一个副边感应出一个脉冲电压脉冲电压UCFA。0ut0URt0Ub2t0UQt0UPt0UC1t0UC5t0UTt0UCFAtuATuCuA30At1t返回uB 一个三相一个三相半控半控桥式整流电路桥式整流电路,需要需要三套三套相同的移相触相同的移相触发电路。发电路。图图4-30中电压中电压uAT是是A相可控硅相可控硅SCRA触发脉冲的同步触发脉冲的同步信号，信号，R1、C1和和D1D4构成构成同步电路同步电路；综合放大单元的输出电压综合放大单元的输出电压UK是移相触发
28、电路的是移相触发电路的输入输入信号信号;电容器电容器C2、二极管、二极管D5、电阻、电阻R6和和R3等构成等构成移相环节移相环节;三极管三极管BGl和和BG2及其辅助电路构成的及其辅助电路构成的单稳态触发器单稳态触发器,是是脉冲形成环节脉冲形成环节;脉冲变压器脉冲变压器MB起脉冲放大和整形作用起脉冲放大和整形作用;移相触发单移相触发单元元的输出为触发脉冲的输出为触发脉冲,它需满足对移相触发脉冲的各它需满足对移相触发脉冲的各项要求。项要求。1)单稳态电路的单稳态电路的稳定状态稳定状态(稳态稳态)在图在图4-31中中0tl区间区间uAT0，uAT经过经过Rl、D3向向C1充充电。电。C1的右电极为
29、的右电极为“+”，左电极为，左电极为“-”。当。当Cl充满电充满电荷以后，荷以后，uATRlDl0成回路，成回路，UR的波形如图的波形如图4-31(b)所示。在此期间所示。在此期间BGl导通，导通，BG2截止，电容器截止，电容器C2通过通过BGl的的e-b极极RC2-E充电。充电。C2充满电荷以充满电荷以后，后，UQ0，Up-E，UQ和和Up的波形图如图的波形图如图4-31(d)和和(e)所示。由于所示。由于BG1导通，导通，UC5=0，UT=0，UCFA=0。即即无脉冲输出无脉冲输出。2）单稳态电路的）单稳态电路的非稳定非稳定状态状态(暂态暂态)在在t=t1区间，同步电压区间，同步电压uAT
30、由正过零变负，电容由正过零变负，电容C1上已充电的电荷通过上已充电的电荷通过Rl同步电源内部同步电源内部BG2的的e-b极极D4C1放电，然后由同步电源向放电，然后由同步电源向C1反充电。反充电。C1放电和充电向放电和充电向BG2提供了一个基极电流提供了一个基极电流Ib2，使，使BG2基极电压出现一个负脉冲，如图基极电压出现一个负脉冲，如图4-31(c)所示。所示。Ib2使使BG2导通导通Up0UQEBGl突然截止突然截止通过通过D6、RCl向向C5充电充电C5两端电压近似等于两端电压近似等于E。突然升高的突然升高的UQ是不稳定的，它将随是不稳定的，它将随C2放电而逐渐放电而逐渐下降。下降。C
31、2的放电回路有两个：的放电回路有两个：R6直流电源内部直流电源内部BG2的的e-c极；极；R3D5综合放大器的内部综合放大器的内部(UK)RwBG2的的e-c极。当极。当C2放电到使放电到使UQ=0时时(对应于图对应于图4-31(d)的的t)，BGl开始开始出现基极电流出现基极电流BG1的集电极电流增加，的集电极电流增加，Uc1Ub2BG2截止截止BGl导通，重新恢复到稳定导通，重新恢复到稳定状态。在状态。在BGl导通时，已充满电荷的电容导通时，已充满电荷的电容C5通过通过D7脉冲变压器脉冲变压器MB的原边的原边BG1的的e-c极放电极放电MB副边感应出一个脉冲电压副边感应出一个脉冲电压UCF
32、A。3）移相原理）移相原理图图4-32是移相原理示意图。是移相原理示意图。曲线曲线A是电容是电容C2通过通过R6和及和及两两个回路放电个回路放电时时UQ的变化曲线的变化曲线,曲线曲线C是是C2只通过只通过R6回路回路放电放电时时UQ的变化曲线。的变化曲线。(不加不加UK)在在UQUKUZd时时,二极管二极管D5承承受正向电压而导通受正向电压而导通,C2经经R6和和R3放电放电,UQ沿图沿图4-32曲线曲线A变化变化.0tmin tmaxtUQUK-UZdAC图图4-32移相原理示意图移相原理示意图图4-30当当UQUk线线2-a点时点时UC2=Uk,D5断断,只剩一只剩一条放电回路条放电回路线
33、线3-Uk上正上正,负阻效负阻效应应,两条路加速放电两条路加速放电+_1=max0.7(R3+W)C2两条放电回路当当C2放电到使放电到使UC2=0时时,曲线曲线2交零线于交零线于t,发出一触发脉冲发出一触发脉冲u。Uk越大越大越大越大UK增加增加t向右移动向右移动;UK减小减小,t会向左移动使会向左移动使减小减小。这就是这就是移相的原理移相的原理。0min maxtUC2UK321 Uk断开断开t060Au移相原理示意图移相原理示意图uAuA=0波形UKUKuAu线线3-Uk上正上正,负阻效应负阻效应,两条路加速放电两条路加速放电A=180u UK与与的关系如图的关系如图4-33所所示示.图
34、图4-31中中点为点为A相相可控可控硅硅SCRA的自然换相点，的自然换相点，也是也是SCRA的控制角的控制角的的零点零点,同步电压同步电压uAT 的相位的相位超超前于前于A相电压相电压180。(?)01212UZd2UZd1UKUK图图4-33移相触发单元的静态特性移相触发单元的静态特性图4-31fanhui4）整定电压）整定电压UZd的作的作用用 当当UK不变时不变时,若若UZd增加增加,(UK-UZd)会减会减小小,UCF会向左移动会向左移动,减小减小;若若UZd减小时减小时,UCF会向右会向右移动移动,增加增加。一般一般 令令UKUzd时时=0 可控硅全可控硅全开放开放,令令UKUzd=
35、Ec时时180可可控硅元件全关闭控硅元件全关闭.0tmin t tmaxtUQABCt030UCFUCFA图图4-32移相原理示意图移相原理示意图UK-UZdUK-UZd 将此特性用图形表示即将此特性用图形表示即如图如图4-33所示，所示，当整定电压当整定电压UZd 确定以确定以后后,UK发生改变时发生改变时UK与与的关系的关系 图中特性图中特性曲线曲线1和和曲线曲线2对应的整定电压对应的整定电压UZd1UZd2。01212UZd2UZd1UKUK图图4-33移相触发单元的静态特性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励磁调节器各环节的特性作出来以后要进行统调统
36、调,才能求取出才能求取出理想理想的的励磁调节器输入输出特性励磁调节器输入输出特性。统调时统调时需要需要移动移动和和UK的关系曲线的位置的关系曲线的位置，此项，此项功能是功能是提高调节提高调节UZd实现实现的。的。三、比例式半导体励磁调节器的静态工作特性三、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半导体励磁调节器的静态工作特性是指是指它的它的输入输入电压电压和和输出电压输出电压之间的之间的静态关系静态关系。用以上各单元构成励磁调节器时，为了使用以上各单元构成励磁调节器时，为了使各个单各个单元之间很好配合元之间很好配合,通常要对这些单元通常要对这些单元工作特性工作特性做
37、一做一些些处理处理。例如例如,图图434半导体励磁调节器在半导体励磁调节器在测量比较单元测量比较单元输出中串了一只二极管输出中串了一只二极管D13,就使得综合放大单元就使得综合放大单元的输入变成了图的输入变成了图435(a)曲线曲线A所示所示,削去了削去了Ub为正的部分为正的部分。图4-34ILLILL1ILL2ILL3ILL3ILL2ILL1ILLILL=f(UG)UG3UG2UG1UG1UG2UG3UGUGUbUb1Ub3Ub2UkUk1Uk2Uk3Uk1Uk2Uk3Uk113211122223333123000DAC CBAEE(a)测量单元测量单元(e)励磁调节器励磁调节器的静态特性的
38、静态特性(d)可控硅整流电路可控硅整流电路(c)移相触发单元移相触发单元(b)放大单元放大单元图图4-35ZTL型半导体励磁调节器的静态工作特性型半导体励磁调节器的静态工作特性返回ILLILL1ILL2ILL3ILL3ILL2ILL1ILLILL=f(UG)UG3UG2UG1UG1UG2UG3UGUGUbUb1Ub3Ub2UkUk1Uk2Uk3Uk1Uk2Uk3Uk113211122223333123000DAC CBAEE(a)测量单元测量单元(e)励磁调节器励磁调节器的静态特性的静态特性(d)可控硅整流电路可控硅整流电路(c)移相触发单元移相触发单元(b)放大单元放大单元图4-23图4-2
39、4图4-33图4-27图图4-35ZTL型半导体励磁调节器的静态工作特性型半导体励磁调节器的静态工作特性 分单元分单元调试调试得出的励磁调节器得出的励磁调节器各组成单元的特性各组成单元的特性，一般来说是不会像图一般来说是不会像图4-35配合得那么好。配合得那么好。比如移相触发单元的特性为曲线比如移相触发单元的特性为曲线C时就不能得出曲时就不能得出曲线线E。测量单元测量单元和和移相触发单元移相触发单元的工作特性应该是的工作特性应该是可以调可以调整的整的,例如可以将曲线例如可以将曲线C调整到曲线调整到曲线E的位置。的位置。这样才可得到满意的励磁调节特性。这样才可得到满意的励磁调节特性。通过调整励磁
40、调节器各构成单元的特性得出满意的通过调整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励磁调节器静态工作特性的过程,称为称为励磁调节器的励磁调节器的统调统调。根据图根据图4-35和图和图4-21,ZTL各各单元的工作特性单元的工作特性可用下式可用下式描述：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。归算到发电机端电压的给定电压。由图由图4-35知，知，移相触发移相触发和和可控硅整流可控硅整流两个单元两个单元是非线是非线性的性的。如果将。如果将某一工作点附近某一工作点附近不大的变化范围内不大的变化范围内看看成是线性
41、关系成是线性关系，对式（，对式（4-41）各分式）各分式求增量求增量，有，有（4-41）图4-35图4-21 Ub=K1(UGD-UG)UK=K2Ub=K3UK ILL=K4 将上式整理后得将上式整理后得 ILL=K4 K3K2K1（-UG）K=ILL/UG=K1 K2K3K4（4-42）K半导体励磁调节器的静态放大系数。半导体励磁调节器的静态放大系数。K为为4-35（e)中特性曲线线性段的中特性曲线线性段的斜率斜率，等于各，等于各构成单元放大系数的构成单元放大系数的乘积乘积。“”号表示励磁调节器输出电流号表示励磁调节器输出电流ILL的变化与发的变化与发电机电压电机电压UG的变化的变化方向相反
42、方向相反。即即UG增加时，增加时，ILL下降；下降；UG下降时，下降时，ILL增加。增加。返回励磁调节器的基本特性与框图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GREFAVRUUUK测量K1综合放大K2移相触发K3可控整流K4UGUREFUdeUSMUAVRK调节器的放大倍数9.1.1励磁调节器的基本特性与框图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4321KKKKUUUUUUUUUUKAVRSMdeSMGREFdeGREFAVR励磁调节器总的放大倍数等于各组
43、成单元放大倍数的乘积 0000UdeUAVRUAVRUdeUGUGUSMUSMUREFba具有具有ZTL装置的装置的发电机外特性发电机外特性发电机的调节特性调节特性外特性的求取外特性的求取调节器特性调节器特性IEF=f(UG)维持维持UG为定为定值时的值时的IEF=f(IQ)称为发电机的称为发电机的无功调节特性无功调节特性IEFIEFIQUG=UGeUG=UG2 UGeIQIQUGabUG=UGeQEFIfIILL=f(UG)UG1UG22023-5-13EEI)(EFI特征：稍有下倾一、发电机一、发电机电压调节特性电压调节特性 同步发电机同步发电机励磁控制系统的静态工作特性励磁控制系统的静态
44、工作特性是指在是指在没有人工参与没有人工参与调节的情况下调节的情况下,发电机机端电压发电机机端电压(UG)与发电机电流的无功分量与发电机电流的无功分量(Iq)之间的之间的静态特性静态特性。此特性通常称为此特性通常称为发电机外特性发电机外特性或或电压调节特性电压调节特性，也称为也称为电压调差特性电压调差特性。图图4-36是同步发电机励磁控制系统静态工作特性是同步发电机励磁控制系统静态工作特性的的三种类型三种类型，其中，其中称为称为发电机端电压调差率发电机端电压调差率或或调调差系数差系数。发电机调差系数发电机调差系数GUQIa b 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
45、差系数*2*121GGGGNGGUUUUUU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？*/GNUU UQQ Q 0称为称为正调差正调差，调节特性，调节特性曲线下倾曲线下倾,表示发电机机端电表示发电机机端电压随无功电流的增大而下降压随无功电流的增大而下降;0为为正调差特性正调差特性。UG1UG2Iq0Iqe0UG 调差单元调差单元的工作原理的工作原理:在在ZTL测量比较单元测量比较单元的的输入侧输入侧,不是不是直接输入经直接输入经YH的发电机端电压的发电机端电压UG,而而是是输入无功电源输入无功电源补偿后补偿后的发电机的发电机UG 使得使得测量单元测量单
46、元感受到的电压感受到的电压 UG随发电机无功电随发电机无功电流流IQ而变化：而变化：当当IQ增加时增加时,ZTL感受到的感受到的UG 也增加也增加,通过通过ZTL调调节节去降低去降低IL,这样这样就就减少减少了了发电机的发电机的UG.当发电机当发电机带纯有功负带纯有功负荷荷,即即cos=1、=0时时,作向量图。作向量图。图图4-39调差单元的向量图调差单元的向量图（b）cos=1时时（4-46）aacaIUURbbUUccacIUUR返回21页İcİa=0acRIcUbUbUaUaUacI RcU 在在cos1时时,ZTL中中增加调差单元后增加调差单元后,输入输入ZTL测量比较单元测量比较单元
47、的电压的电压Ua 、Ub 和和Uc 基本基本上不随发电机电流的增加而变化上不随发电机电流的增加而变化,只是将原来由只是将原来由Ua、Ub和和Uc组成的电压三角形以组成的电压三角形以Ub为为圆心圆心逆时针逆时针转动了一个不大的转动了一个不大的角度角度。这样这样,按照按照励磁系统的工作特性励磁系统的工作特性,发电机的励磁电流发电机的励磁电流和机端电压将不随发电机和机端电压将不随发电机有功电流有功电流的变化而变化的变化而变化。综合图可看出综合图可看出,励磁调节器的调差单元只反映发电励磁调节器的调差单元只反映发电机机无功功率变化无功功率变化而基本不反映而基本不反映有功功率变化有功功率变化。以上介绍了以
48、上介绍了两种极端两种极端情况情况.实际上发电机实际上发电机既带有功既带有功负荷负荷,也带无功负荷也带无功负荷,即即 1cos 0 图图4-38调差单元结线会使发电机端电压随发电调差单元结线会使发电机端电压随发电机电流的增加而下降即机电流的增加而下降即0。如果将如果将İa和和İc接入接入Rc和和Ra的两个的两个接线头对调接线头对调就得发就得发电机电机上翘上翘的调差特性的调差特性(即即0)。负调差可以部分补偿无功电流在变压器变压器漏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。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
49、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？单元机组的何时用？单元机组的发电机经升压变压器后发电机经升压变压器后并联运行并联运行 高压母线上电压：高压母线上电压：tj
50、rXT0IrUt0 00 0113IrXB0 00 0。改变调差电阻改变调差电阻R值可以调整值可以调整的大小的大小:当当R增加增加时时,可使可使增增加加,当当R减小减小时时,可使可使减小减小,当当R=0时时,=0,为为自然调差系数自然调差系数(调差退出调差退出)正调差系数的物理概念正调差系数的物理概念是是:当无功电流当无功电流Iq增加增加时时,自动励磁调节器自动励磁调节器感受到感受到发电机端电压发电机端电压UG 在上升在上升(发电机端电压虚假升高一样发电机端电压虚假升高一样),于是调节装置于是调节装置降低降低发发电机的励磁电流电机的励磁电流IL,驱使驱使UG下降下降,所以得到所以得到下倾的发下
