自动装置励磁系统设计讲义.doc

课 题： 励磁控制系统主回路设计及系统性能分析 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 4班 学 号： 姓 名： 指导教师： 设计日期： 2016.5.30-2016.6.8 成 绩： 自动装置励磁系统设计报告 一、设计目的 1、回顾发电机励磁控制系统主回路的设计原理。 2、进一步了解发电机励磁控制的系统性能分析。 3、学会建立发电机励磁系统的数学模型。 二、设计要求 励磁控制系统的动态特性如上升时间、超调量、调整时间等都要满足要求。因为本设计主要针对PID调节在励磁控制中的作用，因此设计方案设有无PID调节励磁控制和有PID调节控制两个方案，并进行对比，分出优劣，选取效果极佳的方案。 2号题：发电机型号QF—25—2 基本数据：额定容量（MW）：25 转速；3000 额定电压（KV）：6.3 功率因数cos?：0.8 额定电流：（A）：2860 效率（%）：97.74 励磁数据：空载励磁电流（A）：149.4 满载励磁电流（A）：372 空载励磁电压（V）：62.5 满载励磁电压（V）：180 参数：定子线圈开路时励磁线圈时间常数（s）：11.599 转子电阻：（75℃）（Ω）：0407（=1.24） 电压降之和ΔU=3 三、设计过程 1、系统概述 （1）设计发电机励磁控制系统的数学模型，并以PID控制方式，搭建仿真模型。 （2）性能分析： 应用控制理论的各种分析方法分析所设计的励磁控制系统的性能，并给出典型运行方式下的最佳参数整定值，要求打印主要分析曲线及计算结果。 （3）主回路设计 主回路设计包括：励磁方式选择；励磁变压器选择；起励问题及计算；整流元件参数确定及选择；主回路保护配置；要求绘出励磁系统主回路原理图。 励磁方式：自并励方式 励磁控制系统分为直流励磁机励磁系统、交流励磁机励磁系统和发电机自并励系统。在这里励磁方式我选择自并励励磁方式。 （4）发电机自并励系统的主要优点是： a.励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分，维护费用省，可靠性高。 b.不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，这样可减小基建投资。 c.直接用晶闸管控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度，可近似认为具有阶跃函数那样的响应速度。 由于自并励励磁方式具有上述优点，所以励磁方式采用自并励励磁系统。 （5)磁变压器选择 由由于同步发电机的励磁电压教端电压低得多，所以自并励系统中一般都需设置励磁变压器进行降压。其主要作用： a.使晶闸管工作时的导通角大小适当，控制教、较稳定。 b.降低整流元件的电压等级。 c.使整流回路、控制回路、励磁绕组三者都机端隔离，降低了回路对地的电位和对绝缘的要求，有利于安全运行并减少日常维修工作。 2、计算与分析过程 （1）变比k： 变压器二次侧电压的确定： 取0°，=2，=180V，=372A，ΔU=3，取=0.06 由公式：得 =405.627 ∴=300.465V 已知=6.3KV ∴变压器变比k= （2）变压器的容量计算 =89.49° ∵≤α≤ ∴ =303.36（A） ∴整流变压器的容量为： （3）接线方式 变压器的接线方式选择Y/Δ-11接线方式，即一次侧为Y接，二次侧为Δ接。一次侧为Y接的三相绕组中，三次谐波电流不能流通，即变压器励磁电流中不含有三次谐波而接近正弦波，二次侧为△接，是为了避免发电机侧的谐波影响励磁系统侧的波形，或避免由励磁系统产生的谐波影响到发电机侧，所以变压器的接线方式其中有一侧必须接成角形。 （4）系统三种典型运行方式计算（选做） 一般按空载、额定、强励三种工况进行计算，计算的目的是看这些控制角是否在一般所希望的范围之内，并在调试中将实测的与计算的相比较。 空载时： =129.37° 额定运行时： =89.49° 强励运行时： =11.21° 由以上计算得表格如下： 空载（0） 62.5 149.4 129.37° 74.06 额定（e） 180 372 89.49° 204.318 强励（q） 360 744 11.21° 405.63 由计算结果可以看出： ，且控制角的灵敏度比较大，满足励磁系统的要求。 （5）起励问题及计算 在同步发电机启动时，起励电源可以采用厂用电起励和蓄电池起励两种方法，但一