電力系統(tǒng)自動化第三版第二章 同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)課件

第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)概述1電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)原理Anelectricgeneratororelectricmotorthatusesfieldcoilsratherthanpermanentmagnetsrequiresacurrenttobepresentinthefieldcoilsforthedevicetobeabletowork.(fromWiki)勵磁繞組通入直流電，產(chǎn)生磁場，當(dāng)原動機(jī)拖動電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁場與定子繞組有相對運(yùn)動，會在定子繞組感應(yīng)出交流電勢，即定子三相繞組會產(chǎn)生三相交流電勢。2電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)一、自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的概念和構(gòu)成勵磁系統(tǒng)：與同步發(fā)電機(jī)勵磁回路電壓建立、調(diào)整及在必要時使其電壓消失的有關(guān)設(shè)備和電路。勵磁系統(tǒng)一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個部分組成圖2-1勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)勵磁自動控制系統(tǒng)的作用空載電勢發(fā)電機(jī)空載電勢決定于勵磁電流，改變勵磁電流就可影響同步發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行特性;電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時可以通過控制勵磁電流來控制電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率的分配;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時迅速增大勵磁電流，可以改善電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性。4電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)兩種不同的運(yùn)行方式：單機(jī)運(yùn)行方式：與無窮大系統(tǒng)并聯(lián)方式特點(diǎn)：機(jī)端電壓隨發(fā)電機(jī)電流的變化而變化。特點(diǎn)：機(jī)端電壓不隨發(fā)電機(jī)電流的變化而變化。5電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)控制電壓（2-1）式中，——發(fā)電機(jī)直軸電抗。空載電勢和機(jī)端電壓的關(guān)系：（b）等值電路6電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)

圖2-2同步發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動勢和勵磁電流關(guān)系(c)矢量圖

發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動勢與端電壓的幅值關(guān)系為式中—與間的相角，即發(fā)電機(jī)的功率角；

—發(fā)電機(jī)的無功電流。7電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)一般很小，可近似認(rèn)為，可得簡化的運(yùn)算式為（2-2）式說明，負(fù)荷的無功電流是造成和幅值差的主要原因，發(fā)電機(jī)的無功電流越大，兩者之間的差值也越大。

由（2-2）式可以看出，同步發(fā)電機(jī)的外特性必然是下降的。當(dāng)勵磁電流一定時，發(fā)電機(jī)端電壓隨無功負(fù)荷增大而下降。

（2-2）8電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)

圖2-3同步發(fā)電機(jī)的外特性

發(fā)電機(jī)的勵磁自動控制系統(tǒng)就是通過不斷地調(diào)節(jié)勵磁電流來維持機(jī)端電壓為給定水平的。

9電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)控制無功功率分配

為了分析簡便，設(shè)同步發(fā)電機(jī)與無窮大母線并聯(lián)運(yùn)行，即發(fā)電機(jī)的端電壓不隨負(fù)荷大小而變化，是一個恒定的值。1、同步發(fā)電機(jī)與無窮大系統(tǒng)母線并聯(lián)運(yùn)行的有關(guān)問題如果發(fā)電機(jī)的有功功率恒定，即（2-3）當(dāng)勵磁電流改變時，10電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)不考慮定子電阻和凸極效應(yīng)，發(fā)電機(jī)功率還可表示為（2-4）當(dāng)勵磁電流改變時11電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)(b)相量圖圖2-4同步發(fā)電機(jī)與無限大母線并聯(lián)運(yùn)行12電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)由此可見，與無限大母線并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組，調(diào)節(jié)它的勵磁電流可以改變發(fā)電機(jī)無功功率的數(shù)值。在實際運(yùn)行中，與發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的母線并不是無限大母線，母線的電壓將隨著負(fù)荷波動而改變。改變其中一臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流不但影響發(fā)電機(jī)電壓和無功功率，而且也將影響與之并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的無功功率。13電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)并聯(lián)各發(fā)電機(jī)間無功電流的分配取決于各發(fā)電機(jī)的外特性，而上傾的和多于一條水平的外特性都不能起到穩(wěn)定分配無功電流的作用。并聯(lián)運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無功功率的分配圖2-5并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無功負(fù)荷的分配14電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)通常我們希望發(fā)電機(jī)間無功電流應(yīng)按機(jī)組容量的大小進(jìn)行比例分配，大容量的機(jī)組擔(dān)負(fù)的無功增量應(yīng)相應(yīng)地大，小容量的機(jī)組增量應(yīng)該相應(yīng)地小。只要并聯(lián)機(jī)組的“UG—IQ*”特性完全一致（IQ*為機(jī)組無功電流與其無功電流額定值的比值），就能使得無功負(fù)荷在并聯(lián)機(jī)組間進(jìn)行比例分配。要作到這一點(diǎn)，單純地想把參加并聯(lián)運(yùn)行的大小發(fā)電機(jī)組都做成相同的“UG—IQ*”特性是很難實現(xiàn)的，甚至是不可能的，但是自動調(diào)壓器卻可以相當(dāng)容易地作到這一點(diǎn)。15電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)在擾動后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者過渡到另一個新的運(yùn)行狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。通常將電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題分為三類：靜態(tài)穩(wěn)定（SteadyStateStability）、和暫態(tài)穩(wěn)定（TransientStability）和動態(tài)穩(wěn)定（DynamicStability）。勵磁電流直接影響的是。勵磁自動控制系統(tǒng)是通過改變勵磁電流從而改變值來改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的。提高穩(wěn)定性16電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)勵磁對靜態(tài)穩(wěn)定的影響圖2-6單機(jī)向無窮大母線送電(a)接線圖；(b)等值網(wǎng)絡(luò)；(c)相量圖17電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的輸出功率按（2-4）式可以寫成式中—系統(tǒng)總電抗，為發(fā)電機(jī)，變壓器，輸電線電抗之和；

—發(fā)電機(jī)空載電動勢和端電壓間的相角。（2-5）

發(fā)電機(jī)輸出有功功率和功率角的關(guān)系稱為同步發(fā)電機(jī)的功率特性（或稱功角特性）。

18電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)圖2-7同步發(fā)電機(jī)的功率特性

眾所周知，當(dāng)時,即（如圖中a點(diǎn)所示），系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)定的。當(dāng)時，即（如b點(diǎn)所示），則是不穩(wěn)定的。為穩(wěn)定的極限情況，最大可能傳輸?shù)墓β蕵O限為19電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)

實際運(yùn)行時，為了可靠起見留有一定裕度，運(yùn)行點(diǎn)總是低于對應(yīng)功率極限值。設(shè)P0為實際輸出的功率，則把比值（2-6）

在正常運(yùn)行方式下，按功角判據(jù)計算的靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)應(yīng)為15％～20％；在事故后運(yùn)行方式和特殊運(yùn)行方式下，不得低于10％?！峨娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則（2001版）》20電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)自動勵磁控制提高靜態(tài)穩(wěn)定性的原理圖2-8發(fā)電機(jī)的幾條代表性功率特性圖2-7同步發(fā)電機(jī)的功率特性Notice：通常把大于90度的區(qū)段稱為人工穩(wěn)定區(qū)。21電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)自動勵磁調(diào)節(jié)器按電壓偏差調(diào)節(jié)的放大倍數(shù)愈大，發(fā)電機(jī)維持機(jī)端電壓的能力愈強(qiáng)，Eq增加愈大，功率特性曲線幅值愈高，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定極限功率就愈大。有了自動調(diào)節(jié)勵磁后，如果仍按功率P0運(yùn)行，則提高了靜穩(wěn)定儲備；如果按規(guī)定的靜穩(wěn)定儲備系數(shù)運(yùn)行，則可增大發(fā)電機(jī)傳輸?shù)墓β?。由此可見，性能?yōu)良的勵磁系統(tǒng)，改善了實際的運(yùn)行功率特性，提高了穩(wěn)定極限，而且可以擴(kuò)大穩(wěn)定區(qū)，使同步發(fā)電機(jī)能在的區(qū)段運(yùn)行。22電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)擺次暫態(tài)穩(wěn)定的基本屬性：在遭受擾動后，如果系統(tǒng)在到達(dá)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)之前動能減小到零，則該擺次是暫態(tài)穩(wěn)定的。要求勵磁系統(tǒng)必須具有快速響應(yīng)能力，以及足夠高的強(qiáng)勵倍數(shù)。勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響圖2-9發(fā)電機(jī)暫態(tài)功角特性曲線23電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)勵磁頂值電壓是勵磁功率單元在強(qiáng)行勵磁時，可能提供的最高輸出電壓值，該值與額定工況下勵磁電壓之比稱為強(qiáng)勵倍數(shù)。其值的大小，涉及制造和成本等因素，一般取1.6-2。提高勵磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵能力，即提高電壓強(qiáng)勵倍數(shù)和電壓上升速度，被認(rèn)為是提供電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性最經(jīng)濟(jì)、最有效的手段之一。隨著繼電保護(hù)和斷路器動作速度的提高，強(qiáng)勵對暫態(tài)穩(wěn)定的作用有所減小，因為強(qiáng)勵作用的時間縮短了。但強(qiáng)勵對遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)仍是十分重要的。24電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)時間常數(shù)和強(qiáng)勵倍數(shù)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響圖2-10勵磁系統(tǒng)時間常數(shù)Te與暫態(tài)穩(wěn)定極限功率的關(guān)系，由圖可見在0.3s以下時，提高強(qiáng)勵倍數(shù)K對提高暫態(tài)穩(wěn)定極限功率有顯著效果。當(dāng)Te較大時，效果就不明顯。圖2-10時間常數(shù)與暫態(tài)穩(wěn)定極限功率的關(guān)系25電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)圖2-11強(qiáng)勵倍數(shù)與暫態(tài)穩(wěn)定極限功率的關(guān)系

從圖2-11的強(qiáng)勵倍數(shù)與暫態(tài)穩(wěn)定極限功率之間的關(guān)系中，可以說明當(dāng)勵磁系統(tǒng)既有快速響應(yīng)特性又有高強(qiáng)勵倍數(shù)時，才對改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定有明顯的作用。26電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)改善異步電動機(jī)的自起動條件改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件圖2-12短路切除后電壓的恢復(fù)1-無勵磁自動控制；2-有勵磁自動控制27電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)造條件同步發(fā)電機(jī)失去勵磁時，需要從系統(tǒng)中吸收大量無功功率，造成系統(tǒng)電壓大幅度下降，嚴(yán)重時危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在此情況下，如果系統(tǒng)中其它發(fā)電機(jī)組能提供足夠的無功功率維持系統(tǒng)電壓水平，則失磁的發(fā)電機(jī)還可以在一定時間內(nèi)以異步運(yùn)行方式維持運(yùn)行，這不但可以確保系統(tǒng)安全運(yùn)行而且有利于機(jī)組熱力設(shè)備的運(yùn)行。28電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)提高繼電保護(hù)裝置工作的正確性當(dāng)系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時，發(fā)電機(jī)的勵磁電流不大，若系統(tǒng)此時發(fā)生短路故障，其短路電流較小，且隨時間衰減，以致帶時限的繼電保護(hù)不能正確工作。勵磁自動控制系統(tǒng)就可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁以增大短路電流。使繼電保護(hù)正確工作。29電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障突然跳閘時，由于它的調(diào)速系統(tǒng)具有較大的慣性，不能迅速關(guān)閉導(dǎo)水葉，因而會使轉(zhuǎn)速急劇上升。如果不采取措施迅速降低發(fā)電機(jī)的勵磁電流，則發(fā)電機(jī)電壓有可能升高到危及定子絕緣的程度，所以，在這種情況下，要求勵磁自動控制系統(tǒng)能實現(xiàn)強(qiáng)行減磁。水輪發(fā)電機(jī)組強(qiáng)行減磁30電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)對勵磁調(diào)節(jié)器的要求具有較小的時間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。系統(tǒng)正常運(yùn)行時，勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能維持發(fā)電機(jī)電壓在給定的水平。勵磁控制系統(tǒng)的自然調(diào)差率一般在1％以內(nèi)。勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能合理分配機(jī)組的無功功率，為此，勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)保證同步發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)差率可以在土10％以內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。對遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行，要求勵磁調(diào)節(jié)器沒有失靈區(qū)。勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵磁等控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件。二、對勵磁系統(tǒng)的基本要求31電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)對勵磁功率單元的要求要求勵磁功率單元有足夠的可靠性并具有一定的調(diào)節(jié)容量。具有足夠的勵磁頂值電壓和電壓上升速度。32電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)33電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)34勵磁方式的分類直流勵磁機(jī)交流勵磁機(jī)靜止電源供電自勵他勵自勵他勵自并勵自復(fù)勵電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)一、直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)35直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)是過去常用的一種勵磁方式；限于換相制約，通常只在10萬kW以下機(jī)組中采用。直流勵磁機(jī)大多與發(fā)電機(jī)同軸，它是靠剩磁來建立電壓的；按勵磁機(jī)勵磁繞組供電方式的不同，又可分為自勵式和他勵式兩種。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)自勵直流勵磁機(jī)系統(tǒng)36圖2－15自勵直流勵磁機(jī)系統(tǒng)原理接線圖FLQIRCLLQILQIZTLRcYHF

勵磁調(diào)節(jié)器=L電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)37他勵直流勵磁機(jī)系統(tǒng)IZTLFLYHFLILQ==

勵磁調(diào)節(jié)器IRC圖2—16他勵直流勵磁系統(tǒng)原理接線圖電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)自勵與他勵的區(qū)別他勵比自勵多用了一臺副勵磁機(jī)；他勵方式勵磁單元的時間常數(shù)就是勵磁機(jī)勵磁繞組的時間常數(shù)，與自勵方式相比，時間常數(shù)減小了，即提高了勵磁系統(tǒng)的電壓增長速率（第三節(jié)討論）。他勵直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)一般用于水輪發(fā)電機(jī)組；自勵與他勵的區(qū)別直流勵磁機(jī)有電刷、整流子等轉(zhuǎn)動接觸部件，運(yùn)行維護(hù)繁雜，從可靠性來說，它又是勵磁系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。38區(qū)別電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)因直流勵磁機(jī)有整流環(huán)，是安全運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，容量不能制造的很大，故近代100MW以上的發(fā)電機(jī)組都改用交流勵磁機(jī)系統(tǒng)了。

由于要求勵磁系統(tǒng)響應(yīng)速度很快，所以現(xiàn)在用作大型機(jī)組的交流勵磁機(jī)系統(tǒng)一般都采用他勵的方式；有交流主勵磁機(jī)也有交流副勵磁機(jī)，其頻率都大于50Hz，一般主勵磁機(jī)為100Hz或更高。交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)根據(jù)勵磁機(jī)電源整流方式及整流器狀態(tài)的不同又可分為以下幾種。39二、交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)自勵交流勵磁機(jī)靜止可控整流器勵磁系統(tǒng)40自勵交流勵磁機(jī)系統(tǒng)圖2-13自勵交流勵磁機(jī)靜止可控整流器勵磁接線電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)41他勵交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)圖2-15他勵交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)原理接線電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)42圖2-16永磁式副勵磁機(jī)系統(tǒng)圖永磁式感應(yīng)子中頻發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)他勵交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)是國內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗最豐富的一種系統(tǒng)；滑環(huán)限值了勵磁系統(tǒng)的可靠性的提高。43無刷勵磁系統(tǒng)圖2-17無刷勵磁系統(tǒng)原理接線圖電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)無刷勵磁系統(tǒng)的性能和特點(diǎn)為：無炭刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量可大為減少。發(fā)電機(jī)勵磁由勵磁機(jī)獨(dú)立供電，供電可靠性高。并且由于無刷，整個勵磁系統(tǒng)可靠性更高。發(fā)電機(jī)勵磁控制是通過調(diào)節(jié)交流勵磁機(jī)的勵磁實現(xiàn)的，因而勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢。44電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及其勵磁電路都隨軸旋轉(zhuǎn)，因此在轉(zhuǎn)子回路中不能接入滅磁設(shè)備，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路無法實現(xiàn)直接滅磁，也無法實現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的常規(guī)檢測（如轉(zhuǎn)子電流、電壓，轉(zhuǎn)子絕緣，熔斷器熔斷信號等），必須采用特殊的測試方法。要求旋轉(zhuǎn)整流器和快速熔斷器等有良好的機(jī)械性能，能承受高速旋轉(zhuǎn)的離心力。因為沒有接觸部件的磨損，所以也就沒有炭粉和銅末引起的對電機(jī)繞組的污染，故電機(jī)的絕緣壽命較長。45電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)勵磁機(jī)本身就是可靠性不高的元件，它是勵磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)致之一，因勵磁機(jī)故障而迫使發(fā)電機(jī)退出工作的事故并非鮮見。故相應(yīng)出現(xiàn)了不用專門勵磁機(jī)的勵磁方式。靜止勵磁系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的勵磁電源不用勵磁機(jī)，而由機(jī)端勵磁變壓器供給整流裝置。這類勵磁裝置采用大功率晶閘管元件，沒有轉(zhuǎn)動部分，故稱靜止勵磁系統(tǒng)。46三、靜止勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)概念：發(fā)電機(jī)的勵磁電源取自于發(fā)電機(jī)機(jī)端，經(jīng)勵磁變壓器、晶閘管整流后供給發(fā)電機(jī)勵磁。由于勵磁變壓器是并聯(lián)在發(fā)電機(jī)端的，且發(fā)電機(jī)向自己提供勵磁電源，所以稱為自并勵勵磁方式。47自并勵勵磁方式圖2-18自并勵勵磁方式接線原理圖電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)（從取消勵磁機(jī)分析）發(fā)電機(jī)主軸長度縮短、造價降低、占地減少；沒有了機(jī)械轉(zhuǎn)動或機(jī)械接觸類元件，使用元件數(shù)目減少，可靠性增加；缺點(diǎn)（從勵磁電源取自機(jī)端分析）時間常數(shù)較大，使響應(yīng)速度受到不利影響；在故障情況下，強(qiáng)勵不能充分發(fā)揮，發(fā)電機(jī)不能向系統(tǒng)提供充分的無功功率，這對整個系統(tǒng)的反事故能力是十分有害的。自并勵勵磁方式具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，被推薦用于大型發(fā)電機(jī)組，特別是水輪發(fā)電機(jī)組。國外某些公司把這種方式列為大型機(jī)組的定型勵磁方式。48自并勵勵磁的特點(diǎn)電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)由于短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護(hù)是否能正確的動作；對于大、中容量的機(jī)組。由于其轉(zhuǎn)子時間常數(shù)較大，轉(zhuǎn)子電流要在短路0.5s后才顯著衰減。因此，在短路剛開始的0.5s內(nèi)自并勵勵磁方式和他勵方式的勵磁電流是很接近的，只是在短路0.5s后，才有明顯的差別?？紤]到高壓電網(wǎng)中重要設(shè)備的主保護(hù)動作時間都在0.1s之內(nèi)，且都設(shè)雙重保護(hù)，因此沒有必要擔(dān)心。49對于自并勵勵磁系統(tǒng)的疑惑電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)自并勵勵磁系統(tǒng)的頂值電壓受發(fā)電機(jī)端和系統(tǒng)側(cè)故障的影響，在發(fā)電機(jī)近端三相短路而切除時間又較長的情況下，不能及時提供足夠的勵磁，以致影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。自并勵勵磁系統(tǒng)特別適宜用于發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間有升壓變壓器的單元接線中。由于發(fā)電機(jī)引出線采用封閉母線，機(jī)端電壓引出故障的可能性極小，設(shè)計時只需考慮在變壓器高壓側(cè)三相短路時勵磁系統(tǒng)有足夠的電壓即可。

50Con’t電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)把發(fā)電機(jī)電流取出一部分經(jīng)過整流后作為發(fā)電機(jī)的勵磁電流，這種方式稱為復(fù)式勵磁。同時從機(jī)端電壓和機(jī)端電流取得電源的勵磁方式，就是自復(fù)勵勵磁方式。較自并勵方式而言，增加了復(fù)勵部分，增大了故障情況下的強(qiáng)勵能力；同時增大了接線的復(fù)雜性。實際應(yīng)用中，自復(fù)勵要少于自并勵方式。51自復(fù)勵勵磁方式電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)52電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)53電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁場的建立、強(qiáng)勵和滅磁54電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)事故情況下要求發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場能夠迅速增加，以彌補(bǔ)系統(tǒng)無功功率的缺額。要使繼電器強(qiáng)勵的效果能夠及時發(fā)揮，要求勵磁機(jī)的時間常數(shù)要?。黄浯未艌龅慕⑺俣纫?，一般用勵磁電壓響應(yīng)比來表示轉(zhuǎn)子磁場建立的快慢。在某些情況下，為防止因過勵磁而產(chǎn)生過電壓，要求轉(zhuǎn)子磁場內(nèi)存儲的大量能量迅速消釋，稱為滅磁問題。55電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)他勵直流機(jī)勵磁系統(tǒng)時間常數(shù)56一、勵磁機(jī)時間常數(shù)式中、——勵磁機(jī)勵磁線圈的電阻和電感。（2-6）圖2-14(a)他勵直流勵磁機(jī)時間常數(shù)計算原理圖電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)57由式（2-6），IEE是按指數(shù)曲線增長的，其時間常數(shù)為:（2-7）由于勵磁機(jī)電勢UE正比于，也是按指數(shù)曲線增加的。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)自勵直流機(jī)勵磁系統(tǒng)時間常數(shù)58在這條虛線上任一點(diǎn)的勵磁機(jī)電勢為圖2-15自勵直流發(fā)電機(jī)等值特性圖電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)59對自勵勵磁機(jī)的電勢，也有式中—自勵直流發(fā)電機(jī)的殘余電勢值

—勵磁機(jī)的工作電壓值

—勵磁機(jī)的工作電流值

k—比例常數(shù)于是以式（2-8）代入，得（2-8）電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)60由此得自勵系統(tǒng)時間常數(shù)整理得（2-9）電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)自勵與他勵系統(tǒng)時間常數(shù)的比較61（2-7）（2-9）

但自勵系統(tǒng)UE的建立過程卻是UE與IEE相互作用的結(jié)果。圖2-20說明，對自勵系統(tǒng)而言，外加電勢只是Eo，起勵以后，雖然IEE促使UE加大，但本身的增長，又依靠UE增長后的反作用，它們互相促進(jìn)，最后穩(wěn)定在1點(diǎn)。由于IEE的增長要依賴于UE的增長，所以，他的上升過程就延長了，其等值時間常數(shù)就大為增加。

比較式（2-7）與式（2-9），由于k值比較接近于，可以看出他勵系統(tǒng)的時間常數(shù)遠(yuǎn)小于自勵系統(tǒng)的時間常數(shù)，其原因就在于他勵系統(tǒng)的電壓的建立過程與本身無關(guān)，它完全是由于外加電動勢E的作用，即只與勵磁線圈的時間常數(shù)有關(guān)。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)自勵系統(tǒng)的時間常數(shù)比他勵系統(tǒng)的大，電壓變化過程的慣性比較大，這個結(jié)論不僅對直流勵磁機(jī)適用，對其他的自勵系統(tǒng)與他勵系統(tǒng)一般的也是適合的。

常規(guī)勵磁系統(tǒng)一般是指直流勵磁機(jī)系統(tǒng)，快速勵磁系統(tǒng)則是有高頻交流勵磁機(jī)組成的。由于其頻率較高，達(dá)到同樣勵磁電壓需要磁通量可以大為減少，因而勵磁機(jī)的時間常數(shù)也大為減小。

62電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)磁場建立、強(qiáng)勵和滅磁63電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓因故障降低到約（80～85）％額定值時，希望同步發(fā)電機(jī)的勵磁能迅速上升到頂值。發(fā)電機(jī)勵磁的速度增大，有利于繼電保護(hù)、系統(tǒng)電壓恢復(fù)、電機(jī)自起動。機(jī)端電壓降低時迅速將勵磁增加到頂值的措施稱之為強(qiáng)行勵磁，簡稱強(qiáng)勵。64二、同步發(fā)電機(jī)的強(qiáng)行勵磁電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)要使強(qiáng)勵充分發(fā)揮，都應(yīng)滿足強(qiáng)勵電壓頂值高、勵磁響應(yīng)速度快的基本要求。所以強(qiáng)勵倍數(shù)和強(qiáng)勵電壓響應(yīng)比是衡量強(qiáng)勵能力的兩個指標(biāo)。強(qiáng)勵倍數(shù)強(qiáng)勵時實際能達(dá)到的最高勵磁電壓ULmax與額定勵磁電壓ULe

的比值，稱為強(qiáng)勵倍數(shù)。K越大，強(qiáng)勵效果越好。但提高K值受到勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備費(fèi)用的限制，一般K取為1.8~2。65兩個強(qiáng)勵指標(biāo)電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)勵磁電壓響應(yīng)比66

勵磁電壓響應(yīng)比又稱為勵磁電壓響應(yīng)倍率，能反映出勵磁響應(yīng)速度的大小，表示了勵磁電壓的響應(yīng)能力。

對勵磁機(jī)而言，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路是勵磁機(jī)的負(fù)載?？紤]到轉(zhuǎn)子繞組是一個電感，故有：（2-10）圖2-22勵磁繞組等值電路圖式中—發(fā)電機(jī)勵磁電壓上升曲線；

—強(qiáng)勵t秒時轉(zhuǎn)子回路的磁通量；

—

與轉(zhuǎn)子參數(shù)有關(guān)的常數(shù)。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)67

一般地說，在暫態(tài)穩(wěn)定過程中，發(fā)電機(jī)功率角搖擺到第一個周期最大值的時間約為0.4-0.7s，所以，通常將勵磁電壓在最初0.5s內(nèi)上升的平均速率定義為勵磁電壓響應(yīng)比。圖2-16勵磁電壓上升速度的確定電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)68

對常規(guī)勵磁系統(tǒng)，該值為2左右；在快速勵磁系統(tǒng)中，可達(dá)6～7。

對于快速勵磁系統(tǒng)來說，如果t取0.5s，則顯得強(qiáng)勵太慢而無實際意義。為此，出現(xiàn)了用0.1s或0.2s時間來定義快速勵磁系統(tǒng)的勵磁電壓響應(yīng)比。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)69圖2-23勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時間

如果勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時間為0.1s或更短的勵磁系統(tǒng)，稱為高初始響應(yīng)勵磁系統(tǒng)。響應(yīng)時間電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)滅磁就是將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁繞組的磁場盡快的減弱到最小程度。方法：勵磁回路斷開；將轉(zhuǎn)子勵磁繞組自動接到放電電阻滅磁。對滅磁要求滅磁時間要短，這是評價滅磁裝置的重要技術(shù)指標(biāo)滅磁過程中轉(zhuǎn)子電壓不應(yīng)超過允許值，通常取額定勵磁電壓的4～5倍。70三、滅磁電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)71勵磁繞組對恒定電阻放電滅磁圖2-24滅磁開關(guān)接線圖圖2-25滅磁過程示意圖

滅磁電阻一般為轉(zhuǎn)子繞組熱狀態(tài)電阻值的4～5倍。滅磁時間約為5～7s。

滅磁時間與滅磁電阻成反比：電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)72理想的滅磁過程

理想的滅磁過程，在每次過程中始終保持GEW的端電壓為最大允許值不變，直至勵磁回路斷開為止。 圖2-26滅磁過程比較電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)勵磁調(diào)節(jié)器原理73電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)74一、自動調(diào)節(jié)器的功能和基本框圖

勵磁調(diào)節(jié)單元的最基本部分是一個閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器。它的輸入量是發(fā)電機(jī)電壓，輸出量是勵磁機(jī)的勵磁電流或是轉(zhuǎn)子電流。

兩個功能：保持發(fā)電機(jī)端電壓、并聯(lián)機(jī)組間無功功率分配。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)75人工調(diào)節(jié)規(guī)律總結(jié)圖2-30人工調(diào)壓的作用電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)76圖2-31自動勵磁系統(tǒng)基本原理框圖電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)構(gòu)成勵磁調(diào)節(jié)器的型式很多，但自動控制系統(tǒng)的核心部分卻很相似?；镜目刂朴蓽y量比較、綜合放大、移相觸發(fā)單元組成。77二、勵磁調(diào)節(jié)器原理電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)78測量比較單元圖2-26電壓測量環(huán)節(jié)原理圖測量比較單元的作用是測量發(fā)電機(jī)電壓并變換為直流電壓，與給定的基準(zhǔn)電壓相比較，得出電壓的偏差信號。測量比較單元由電壓測量、比較整定環(huán)節(jié)組成。1、電壓測量電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)79圖2-34比較整定電路(a)原理電路；(b)輸出特性2、比較整定電路電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)80綜合放大單元圖2-35綜合放大單元的輸入信號各輸入控制信號按其性質(zhì)可分為三種類型：被調(diào)量控制量（基本控制量）、反饋控制量（為改善控制系統(tǒng)動態(tài)性能的輔助控制量）、限制控制量（按發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況要求的特殊限制量）。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)移相觸發(fā)單元是勵磁調(diào)節(jié)器的輸出單元，它根據(jù)綜合放大單元送來的綜合控制信號的變化，產(chǎn)生可以改變相位的脈沖，用以觸發(fā)功率整流單元的晶閘管，從而改變可控整流單元的輸出，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁的目的。81移相觸發(fā)單元圖2-31移相觸發(fā)單元原理框圖電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)勵磁調(diào)節(jié)器由自動勵磁(AC)調(diào)節(jié)器和手動勵磁(DC)調(diào)節(jié)器組成，為雙通道結(jié)構(gòu)。AC調(diào)節(jié)器是主勵磁調(diào)節(jié)器，按發(fā)電機(jī)端電壓對給定值的偏差量大小自動調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁，以維持機(jī)端電壓穩(wěn)定，正常運(yùn)行時，AC調(diào)節(jié)器工作，DC調(diào)節(jié)器作AC調(diào)節(jié)器的備用。當(dāng)AC調(diào)節(jié)器故障時，由AC-DC自動切換裝置控制，將DC調(diào)節(jié)器投入運(yùn)行，可保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。為了防止AC調(diào)節(jié)器向DC調(diào)節(jié)器切換引起沖擊，在勵磁調(diào)節(jié)器中還設(shè)有DC調(diào)節(jié)器自動跟蹤AC調(diào)節(jié)器的自動跟隨器，可確保切換沖擊最小。

82自動－手動的自動切換電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)工作特性的合成K1、K2、K3、K4分別表示各單元的增益，其間輸入量輸出量的符號如圖所示。83勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性圖2-34勵磁調(diào)節(jié)器簡化框圖

測量K1

綜合放大K2

移相觸發(fā)K3可控整流K4電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)84綜合放大單元：

測量單元：電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)85三相橋式全控整流電路具有線性特性電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)86圖2-35調(diào)節(jié)器的靜態(tài)工作特性右移當(dāng)調(diào)整整定電位器使參考電壓增大時，特性曲線將右移，反之，特性曲線將左移。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)87勵磁調(diào)節(jié)器的特性曲線在工作區(qū)內(nèi)的陡度，是調(diào)節(jié)器性能的主要指標(biāo)之一，即式中K—調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)可見，勵磁調(diào)節(jié)器總的放大倍數(shù)等于各組成單元放大倍數(shù)的乘積。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)88發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)靜態(tài)特性圖2-36發(fā)電機(jī)無功調(diào)節(jié)特性的形成(a)調(diào)節(jié)特性；(b)無功調(diào)節(jié)特性電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)89調(diào)差系數(shù)用表示，其定義為式中

—發(fā)電機(jī)額定電壓

、—分別為空載運(yùn)行和帶額定無功電流時的發(fā)電機(jī)電壓,一般取。(2-19) 圖2-37無功調(diào)節(jié)特性電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)90圖2-44發(fā)電機(jī)調(diào)差特性與外特性調(diào)差系數(shù)也可用百分?jǐn)?shù)表示，即調(diào)差系數(shù)表示無功電流從零增加到額定值時，發(fā)電機(jī)電壓的相對變化。調(diào)差系數(shù)越小，無功電流變化時，發(fā)電機(jī)電壓變化越小。調(diào)差系數(shù)表征了勵磁控制系統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)電壓的能力。勵磁調(diào)節(jié)器總的放大倍數(shù)越大，ab直線越平緩，調(diào)差系數(shù)就越小。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)需要對自動勵磁調(diào)節(jié)器工作特性進(jìn)行調(diào)整：保證并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間無功電流的合理分配，即改變調(diào)差系數(shù)；保證發(fā)電機(jī)能平穩(wěn)的投入和退出工作，平穩(wěn)的改變無功負(fù)荷，而不發(fā)生無功功率的沖擊現(xiàn)象；即上下平移無功調(diào)節(jié)特性。91四、勵磁調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性的調(diào)整電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)決定于自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總的放大倍數(shù)。一般放大系數(shù)足夠大，調(diào)差系數(shù)一般都小于1％，近似為無差調(diào)節(jié)。不利于發(fā)電機(jī)組在并列運(yùn)行時無功負(fù)荷的穩(wěn)定分配；調(diào)差系數(shù)要人為的加以調(diào)整，使調(diào)差系數(shù)加大到3％～5％左右。

92調(diào)差系數(shù)的調(diào)整電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)93稱為無差調(diào)節(jié)。

圖2-38發(fā)電機(jī)調(diào)差系數(shù)與外特性電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)正調(diào)差系數(shù)，有利于維持穩(wěn)定運(yùn)行。至于負(fù)調(diào)差系數(shù)，一般只能在大型發(fā)電機(jī)-變壓器組單元接線時采用，這時發(fā)電機(jī)外特性具有負(fù)調(diào)差系數(shù)，但考慮變壓器阻抗壓降以后，在變壓器高壓側(cè)母線上看，仍具有正調(diào)差系數(shù)，因此負(fù)調(diào)差系數(shù)主要是用來補(bǔ)償變壓器阻抗上的壓降，使發(fā)電機(jī)-變壓器組的外特性下傾度不致太厲害，這對于大型機(jī)組是必要的。正負(fù)調(diào)差系數(shù)可以通過改變調(diào)差接線極性來獲得，調(diào)差系數(shù)一般在±5%以內(nèi)。調(diào)差系數(shù)的調(diào)節(jié)原理見下頁。

94電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)在不改變調(diào)壓器內(nèi)部元件結(jié)構(gòu)的條件下，在測量元件的輸入量中，除UG外，再增加一個與無功電流IQ成正比的分量，就獲得調(diào)整調(diào)差系數(shù)的效果。

95圖2-39調(diào)差系數(shù)原理框圖在圖2-39中，測量單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并未改變。其放大倍數(shù)仍為，只將輸入量改為由于測量單元的放大倍數(shù)并未變化。所以有時稱調(diào)差接線為無功補(bǔ)償接線。于是測量輸入變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)96圖2-46兩相式正調(diào)差接線電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)97發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性的平移發(fā)電機(jī)投入或退出電網(wǎng)運(yùn)行時，要求能平穩(wěn)的轉(zhuǎn)移負(fù)荷，不要引起對電網(wǎng)的沖擊。圖2-48調(diào)節(jié)特性的平移與機(jī)組無功功率的關(guān)系電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)98圖2-49調(diào)節(jié)特性的平移

通過改變勵磁調(diào)節(jié)器的整定值RP來實現(xiàn)移動發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性。

整定值增加，無功調(diào)節(jié)特性上移。

整定值減小，無功調(diào)節(jié)特性下移。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)輔助勵磁控制的必要性：線路充電電容導(dǎo)致電壓升高發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行；受靜態(tài)穩(wěn)定極限和定子端部發(fā)熱限制。勵磁系統(tǒng)應(yīng)具有高起始的響應(yīng)特性勵磁電流過大，超過規(guī)定的強(qiáng)勵電流會危及發(fā)電機(jī)的安全；須設(shè)置瞬時電流限制器以限制強(qiáng)勵頂值電流。不參與正常情況下的自動控制；通過信號綜合放大電路中的競比閉鎖正常的電壓控制起作用。99五、自動勵磁調(diào)節(jié)器的輔助控制電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)欠勵時，發(fā)電機(jī)吸收系統(tǒng)的無功功率，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為進(jìn)相運(yùn)行。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時

受靜態(tài)穩(wěn)定極限的限制100最小勵磁限制（也稱之為“欠勵磁限制”）圖2-6單機(jī)無窮大母線相量圖電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)101

從式（2-25）中很明顯的看到：計及外部阻抗時，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行靜穩(wěn)定極限的軌跡是一個圓，其圓心在Q軸上，距原點(diǎn)為

其半徑為，如圖2-51所示。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)限制發(fā)電機(jī)在允許進(jìn)相容量曲線之上，從而防止發(fā)電機(jī)定子端部過熱。在相同視在功率條件下，發(fā)電機(jī)隨著功率因數(shù)由滯相向進(jìn)相轉(zhuǎn)移，發(fā)電機(jī)定子端部漏磁磁密值相應(yīng)增高，這將引起定子端部元件的損耗發(fā)熱也趨向嚴(yán)重。隨著發(fā)電機(jī)進(jìn)相程度的增大，要維持發(fā)電機(jī)端部元件的溫度不超過允許值，其出力便要相應(yīng)的降低。防止定子端部過熱，是發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行深度的一個限制因素。

102電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)103圖2-44最小勵磁限制線

在P-Q平面上，繪制出發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量曲線和臨界失步曲線，再在兩曲線圍定的公共區(qū)域內(nèi)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，整定一條最小勵磁限制線。

欠勵限制器的任務(wù)就是確保在任何情況下，將發(fā)電機(jī)的功率運(yùn)行點(diǎn)（P、Q）限制在這條最小勵磁限制線之上。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，大容量機(jī)組的勵磁系統(tǒng)必須具有高起始響應(yīng)的性能。104瞬時電流限制圖2-53勵磁機(jī)勵磁電壓對勵磁機(jī)電壓的影響當(dāng)勵磁機(jī)電壓達(dá)到發(fā)電機(jī)允許的勵磁頂值電壓倍數(shù)時，應(yīng)立即對勵磁機(jī)的勵磁電流加以限制。電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)基本原理：瞬時電流限制器檢測勵磁電流判斷信號控制。瞬時電流限制器必須設(shè)置多級，一般分為三級，其限制定值分別為1.0、1.05、1.1倍頂值電流，以此來確保發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)的運(yùn)行安全。

105電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)最大勵磁限制是為了防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組長時間過勵磁而采取的安全措施。106最大勵磁限制轉(zhuǎn)子電壓標(biāo)幺值允許時間轉(zhuǎn)子電壓標(biāo)幺值允許時間1.121201.46301.25602.0810表2-1不同勵磁電壓的允許時間電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)107最大勵磁限制器具有反時限特性。另外，定時限限制器可以與反時限限制器配合使用；當(dāng)反時限限制器動作后，轉(zhuǎn)子電流在規(guī)定時間（如3～5s）內(nèi)未能恢復(fù)到反時限限制器的啟動值（如1.1倍的額定勵磁電流）以下，則定時限限制器動作，跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)。定時限限制器作為反時限限制器的后備保護(hù)。

圖2-55最大勵磁限制器反時限特性電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓可能較高如甩負(fù)荷時；發(fā)電機(jī)端頻率可能較低如機(jī)組啟動期間。如果其機(jī)端電壓UG與其頻率fG的比值UG/fG過高，則同步發(fā)電機(jī)及與其相連的主變壓器的鐵心就會飽和，使空載勵磁電流造成鐵心過熱。V/Hz（伏/赫）限制器的任務(wù)，就是保證在任何情況下，將比值UG/fG限制在允許的安全數(shù)值以下。

V/Hz（伏/赫）限制器，用于防止發(fā)電機(jī)的端電壓與頻率的比值過高，避免發(fā)電機(jī)及與其相連的主變壓器鐵心飽和而引起的過熱108V/Hz（伏/赫）限制器電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)109勵磁控制系統(tǒng)的任務(wù)同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)的功能電壓控制無功功率分配提高穩(wěn)定性直流勵磁機(jī)交流勵磁機(jī)靜止勵磁強(qiáng)勵滅磁自勵他勵勵磁調(diào)節(jié)器測量比較綜合放大移相觸發(fā)靜態(tài)特性電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)第七節(jié)勵磁控制系統(tǒng)仿真1.對第五節(jié)中勵磁自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性算例進(jìn)行MATLAB仿真

已知開環(huán)傳遞函數(shù)為閉環(huán)傳遞函數(shù)為其中,

電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)1.1求當(dāng)K=0~1315變化時的根軌跡

指令如下：num=1;den=[126.9549.47518.125];figure(1),rlocus(num,den);axis([-305-1010])結(jié)果如圖2-73所示。與課本圖2-54比較，完全一致。

圖2-73電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)1.2用matlab指令求階躍響應(yīng)

指令如下：kA=50;numc=0.725*kA*[125];denc=[1，26.95，49.475，18.125+18.125*kA];t=0:.05:20;c=step(numc,denc,t);figure(2),plot(t,c),xlabel('t,s'),gridtitle('Terminalvoltagestepresponse')機(jī)端電壓階躍響應(yīng)如圖2-74。其中時域特性指標(biāo)為：圖2-74峰值時間=0.52174s，超調(diào)量=85.7143%；上升時間=0.30434s，穩(wěn)定時間=19.1667s電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)在simulink中建立模型框圖2-75，使其運(yùn)行結(jié)果與圖2-74相同。

2.添加電壓負(fù)反饋把參數(shù)代入圖2-63的框圖，并取，得開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)為

圖2-75電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為取，代入上式得穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為2.1求階躍響應(yīng)

MATLAB指令如下：kA=50;numc=0.725*kA*[125.5513.75];電力系統(tǒng)自動化第三版第二章同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)denc=[1，27.5+0.805*kA，64.298+20.527*kA，45.336+28.175*kA，9.969+10.062*kA];t=0:.05:10;c=step(numc,denc,t);figure(2),plot(t,c),xlabel('t,s'),gridtitle('Terminalvoltagestepre