05-3 5.3 励磁调解装置的.pptx

第1页：励磁调节装置的基本原理

励磁调节装置的基本原理

5.3励磁调解装置的基本原理一、励磁调解装置的基本原理与调节特性（一）基本原理励磁调解装置(自动励磁调节器)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端电压，输出量是励磁机的励磁电流或发电机的励磁电流。

它的作用：首先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2页：励磁调节器的调节特性

励磁调节器的调节特性

（二）调节特性由测量元件测得的发电机端电压与给定基准电压进行比较，用其差值作为前置功率放大器的输入信息，再经过一级功率放大后输出一个与前面差值相反方向的励磁调节电流，使励磁调节器的输出量与输入量之间达到图5.15中线段表示的比例关系。

当发电机端电压因某种原因降低时，励磁机的励磁电流大为增加，发电机的感应电势随之增加，使发电机的端电压重新回到基准值附近；当发电机端电压因某种原因升高时，在自动励磁调节器的作用下，同样使发电机的端电压回到基准值附近。

人工在调压过程中的作用可用图5.15中的线段ab来表示。

图中是发电机车正常运行时允许电压变动的范围；一般不超过额定电压的10%。

代表励磁系统必须具备的最低调整容量。

图5-15

第3页：励磁调节器原理框图

励磁调节器原理框图

（三）原理框图原理：由测量元件测得的发电机端电压与给定基准电压进行比较，用其差值作为前置功率放大器的输入信息，再经过一级功率放大后输出一个与前面差值相反方向的励磁调节电流，使励磁调节器的输出量与输入量之间达到图5.15中线段表示的比例关系。

第4页：ZTL型励磁调节器的构成

ZTL型励磁调节器的构成

与工作原理随着自动化技术的进步，励脱调节器经历了电磁式、模拟半导体式和数字式等几个发展阶段。

目前，电力系统运行的励磁调节器种类很多、类型各异，但就控制规律而言，绝大多数属于比例式调节器。

比例式可控硅励磁调节器的典型结构框图图中“辅助控制”不是励磁调节器的必备单元，只有大容量发电机的励磁调节器才配置。

第5页：电压测量比较单元

电压测量比较单元

作用:把发电机电压变换成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

• （1）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70％一110％额定电压范围内进行平衡地调节。
• （2）测量电路应具有优良的动态性能，即要反应迅速(电路的时间常数要小)。
• （3）测量电路的输出电压应平稳，纹波要小。

第6页：正序电压滤过器与测量变压器

正序电压滤过器与测量变压器

2、电路工作原理及特性正序电压滤过器的作用是在电力系统的三相电压不平衡时，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。

正序电压滤过器不是测量比较单元中必须设置的环节。

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，进而减小滤波电路的电容量，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。

与此相适应，整流电路也做成为6相或12相。

应当指出，发电机励磁自动控制系统的性能指标是由各构成单元的特性共同决定的，在设计时要根据对励磁系统性能指标的要求通盘考虑，然后对各环节的指标提出要求。

盲目地提高某一环节的性能指标，使电路过于复杂，是不合适的。

这就是在测量比较单元中可不设置正序电压滤过器和不采用12相和6相整流的原因。

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。

第7页：比较整定电路的作用

比较整定电路的作用

：

• ①把测量输出的电压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，；
• ⑦通过调节发电机电压的给定值Ugd去调节Ub的大小，进而调节发电机端电压或无功功率，可以就地手动调节，也可以远方自动调节或通过自动装置调节。3、比较整定电路图5.18是半导体励磁调节器中常用的一种比较整定电路，其中稳比管WYl、WY2与R1和R2组成比较电路；电位器的作用是整定发电机端电压。电路中R1＝R2，稳压管WY1和WY2的稳定电压相等。

第8页：比较电路的工作情况

比较电路的工作情况

设稳压管WY1和WY2的稳定电压为UW。

当Uab<Uw时，稳压管WY1和WY2不能导通，相当于开路，电路中各点电压如下：当Uab>Uw时，WY1和WY2导通，两端电压为其稳定电压UW，电路中各点电压如下：根据以上比较电路的工作情况，可作出如图5.18(b)所示的工作特性图中Ub的上升段是励磁调节器的工作段。

第9页：比较整定电路的输出关系

比较整定电路的输出关系

式(5-11)中Uab正比于发电机端电压UG，Uab=KCUG，KC为放大系数；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。

将上述关系代入式(5-11)得从上式可以看出，比较整定电路的输出电压同发电机端电压与给定电压之差成正比。

第10页：发电机端电压整定原理

发电机端电压整定原理

发电机端电压整定是指确定发电机端电压稳定工作电压。

它是通过调整图5.18中电位器W的阻值RW来实现的。

W的阻值可以在本地手动调整，也可以在控制室通过控制电动机D的正、反转进行远方调整。

设发电机运行在电压UG，与之对应，比较电路的输出电压Ub=0。

若调整W，使阻值RW增加，其上电压降随之增加。

因系统延迟，发电机端电压不会立即下降，即Uc不变。

这样，RW增加的结果会使Uav↓→Ub↓，从而导致发电机的励磁电流IEF↑→UG↑→UC↑→Uab↑→Ub↑。

当上升到Ub≈0时，调节过程结束，发电机进入新的稳定运行状态。

同理，当减小Ｗ的阻值时，调节过程与Ｗ阻值增加时相反，可以使发电机端电压下降。

这就是发电机端电压的整定过程。

第11页：综合放大单元的作用

综合放大单元的作用

:

• ①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、为改善励磁控制系统动态性能的微分反馈信号、最大及最小励磁限制信号等。
• ②改善励磁自动控制系统的静态和动态性能指标。根据自动控制原理知，合理选取综合放大单元的放大系数，可以做到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。
• ③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的要求，这种要求是靠综合放大单元来满足的。

第12页：对综合放大单元的基本要求

对综合放大单元的基本要求

• 。①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，是指输出与输入之间呈线性关系，而且改变输入信号的任何一个信号的放大倍数，不影响其他输入信号的放大倍数。②要有足够的运算精度和放大系数，且放大系数可调。③要有足够的响应速度，即时间常数要小。④工作稳定可靠，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。⑤输出电压范围应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。在半导体励磁调节器中，综合放大单元通常采用集成电路运算放大器，如图5.19(a)所示，

第13页：综合放大器的输出电压关系

综合放大器的输出电压关系

图中为辅助控制电压信号。

由运算大器的特性可知：≈0，≈0，则有上式说明，综合放大器的输出电压等于输入电压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。

在实际应用时，由于运算放大器的开环放大系数和输入电阻都不是无穷大，因此按式(5-13)计算时，其结果会有一定误差。

第14页：晶闸管整流电路的作用

晶闸管整流电路的作用

。

晶闸管(旧称可控硅)整流电路的作用是将交流电压整流成直流电压向发电机励磁绕组或励磁机励磁绕组供给可控制的励磁电流。

励磁调节器中使用的晶闸管整流电路有三相半控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路两种。

在ZTL型励磁调节器中，采用三相半控桥式整流电路。

在大型发电机励磁系统中还使用三相桥式不可控整流电路。

2、晶闸管整流电路的工作原理及特性。

图5.20是在ZTL型励磁调节器中所采用的共阴极型三相半控桥式整流电路。

图中SCRA、SCRB、SCRC是晶闸管，SRA、SRB、SRC是不可控整流二极管。

按照课程分工，可控硅整流电路在《电力电子技术》课程中讲授，这里仅从发电机励磁调节的角度作简单介绍。

第15页：半控整流桥的工作原理

半控整流桥的工作原理

• 由于电路中仅在整流桥的一侧用了可控硅整流管，所以称为半控整流桥；又由于电路中可控硅整流元件的阴极是连接在一起的，又称为共阴极型半控整流桥。工作原理：
• （1）整流元件的通断可控硅整流元件的工作特性是：元件两端加正向电压，同时向控制极加正向触发信号就导通。元件导通之后触发信号就失去作用，只有元件的正向电流小于它的维持电流时才截止。为了使元件可靠截止，一般都向元件施加反向电压。根据上述特性，对于共阴极型半控桥式整流电路，在有触发脉冲的前提下，阳极电压最高的SCR元件和阴极电压最低的SR元件导通。
• （2）整流元件的导通次序。按照图5.20(a)中各元件的编号，在对SCRA、SCRB、SCRC依次触发时，元件则按图5.20(b)箭头所指方向依次两两导通，如，1和2导通之后2和3导通，然后换成3和4导通，……5和6导通之后再换成6和1导通，周而复始循环不止。

第16页：可控硅的控制角

可控硅的控制角

• 。图5.21为三相半控桥式整流电路的电压波形图。控制角是向晶闸管施加触发脉冲的角度(亦称触发角)。谈及角度的大小首先确定角度的起始点，三相半控桥式整流电路中晶闸管控制角的起始点为晶闸管阳极电压的自然换相点，即图5.21(a)中的1、3、5点，它们分别为SCRA、SCRB、SCRC的控制角、、的零度。三相半控桥式整流电路的控制角的移相范围为0°～180°。
• ④晶闸管的导通角。导通角是晶闸管经过一次触发之后导通的角度。它与控制角的大小及整流电路负荷的性质有关。
• ⑤整流电路的输入电压。三相半控桥式整流电路的输入交流电压或来自交流励磁机，或来自励磁变压器的二次(侧)；可以是相电压，也可以是线电压。
• ⑥整流电路的输出电压。输出电压有瞬时电压和平均电压之分。如图5.21(c)所示是整流电路输出瞬时电压的波形。平均电压是瞬时电压的等效平均值。一般晶闸管整流电路的输出电压是指平均电压。它是一个直流电压。对于三相半控桥式整流电路，其输出电压为

第17页：同步和移相触发单元

同步和移相触发单元

• (1)对移相触发单元的要求
• ①晶闸管的触发脉冲应与晶闸管阳极电压同步。在三相半控桥式整流电路中，晶闸管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其频率相同。晶闸管的触发脉冲与晶闸管阳极电压同步是保证晶闸管整流电路正常工作的基本条件。
• ②触发脉冲的移相范围要符合相应可控整流电路的要求。三相半控桥式整流电路的理论移相范围为0°～180°。实际电路中为了保证可控整流电路能在各种工作条件下都能可靠地工作，通常都对触发脉冲的移相范围加以限制。三相半控桥式整流电路移相范围通常限制在10°～170°。
• ③触发脉冲应有足够的功率以保证晶闸硅可靠地导通。晶闸硅的控制极参数有分散性，而且其所需的触发电压和电流随温度而变化。为了保证晶闸硅可靠地导通，触发电路输出的电压和电流要满足可控硅元件对触发信号的要求。

第18页：触发脉冲的上升沿要求

触发脉冲的上升沿要求

• ④触发脉冲上升沿要陡。上升沿的上升时间一般在10左右。在晶闸硅整流电路中，当元件的耐压水平及通流能力不够大时，可将多个元件串、并联组成。为了保证在同一桥臂中的所有晶闸硅同时导通，以防止元件损坏，要求触发脉冲有足够大的触发功率的同时，还要求触发脉冲的上升沿有足够的陡度。这是因为提高触发脉冲的前沿陡度可以保证同一桥臂上的所有元件导通的同时程度更高。
• ⑤触发脉冲应有足够的宽度。晶闸硅整流电路输出电流因励磁绕组存在较大电感必须从零逐渐上升。在晶闸硅整流电路输出的电流还没上升到大于晶闸硅的维持电流时，若触发脉冲已经消失，则晶闸硅就会重新关断。对三相半控桥式整流电路，要求触发脉冲宽度不小于100，通常取1ms，相当于50Hz正弦波的18°。

第19页：控制角一致与触发隔离

控制角一致与触发隔离

• ⑥保证各相晶闸硅的控制角一致。若不保持一致，整流桥输出电压谐波增加。对三相半控桥式整流电路，要求各相触发脉冲的相角偏差应小于10°。⑦触发脉冲应与主电路相互隔离。这是为保证触发电路不受主电路高电压影响而安全工作的基本条件。
• (2)移相触发电路的工作原理及特性。图5.24是移相触发单元的构成框图。其包括同步、移相、脉冲形成和脉冲放大等几个部分。

第20页：ZTL型励磁调节器静态工作特性

ZTL型励磁调节器静态工作特性

ZTL型励磁调节器静态工作特性是指其输出电流ILL与输入电压UG之间的静态关系。

前面已经介绍了构成ZTL型励磁调节器各单元的工作特性。

思想：在求出各构成单元的工作特性后，再合成为整个励磁调节器的工作特性。

应当指出，分单元调试得出的励磁调节器各构成单元的特性，一般来说是不会像图5.29配合得那么好。

在励磁调节器中，测量单元和移相触发单元的工作特性应该是可以调整的，例如可以将图5.29(c)中的特性曲线调整到曲线C的位置。

这样就可以通过调节各单元的工作特性得到满意的励磁调节特性。

该过程称为励磁调节器的统调。

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