发电机自并励励磁自动控制系统电子教案

课程设计（论文）任务及评语

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目录

第1章课程设计目的与要求 (1)

1.1 课程设计目的 (1)

1.2 课程设计的实验环境 (1)

1.3 课程设计的预备知识 (1)

1.4 课程设计要求 (1)

第2章课程设计内容 (2)

2.1发电机励磁自动控制系统的概述 (2)

2.2发电机自动励磁自动控制系统传递函数 (2)

2.3同步发电机励磁自动控制系统特性的分析 (2)

2.3.1线性化分析 (2)

2.3.2稳定性分析 (3)

2.3.3稳态误差分析 (5)

2.3.4根轨迹分析 (5)

2.4 改变励磁控制系统稳定性措施 (8)

第3章课程设计总结..................................................................................................... ..9参考文献......................................................................................................................... ..9

第一章 课程设计目的与要求

1.1 课程设计目的

“电力系统自动化”课程设计是在教学及实验的基础上，对课程所学的理论知识进行深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学的理论知识，能够较全面地巩固和应用本课程中所学到的基本理论和基本方法，进行发电机励磁自动控制系统特性分析与计算，加深理解发电机励磁自动控制系统的基本原理，并分析系统的稳定性、稳态误差以及根轨迹的特性。通过这次课程设计培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。 1.2 课程设计的实验环境

在计算机上绘制相关电路图和编写相关公式，并利用word2000编辑课程设计说明书。 1.3 课程设计的预备知识

熟悉电力系统自动化课程的基础理论和基本知识。 1.4 课程设计要求

独立完成课程设计，说明书应按下列要求书写： 1 、选择合理定态工作点，将系统线性化。

2 、对不同i T 的值分析系统的稳定性，确定p K 的值。

3 、分析系统在单位阶跃函数作用下的稳态误差。

4 、作出对应不同i T 的根轨迹分析稳定性。

5 、提出改善系统稳定性的措施。

6 、对课程设计进行总结

8、 课程设计说明书应层次分明、内容完整、语言通顺、图表整齐规范、数据详实。 9、 课程设计说明书的格式按照教务处文件执行。 10、完成4000字左右说明书。

第2章课程设计内容

2.1 发电机励磁自动按制系统的概述

同步发电机励磁自动控制系统是一个反馈自动控制系统。一个自动控制系统首先应该是稳定的，这是该系统能够运行的前提；其次应该具有良好的静态和动态特性。

2.2发电机励磁自动控制系统的传递函数

图1 同步发电机自并励励磁动控制系统的传递函数框图

2.3同步发电机励磁自动控制系统特性的分析

2.3.1 线性化

分析励磁自动控制系统的特性可以使用古典控制理论，也可以便用现代控制理论。这些理论通常只适用于线性自动控制系统．对非线性系统是不适用的。而发电机励磁控制系统一般都有非线性环节。上图就是一个非线性系统，这就需要进行线性处理。线性处理时．首先要确定在那—点线性化，也就是首先要确定系统各环节的定态工作点，然后假定在整个运行过程中各环节的输入量和输出量在定态工作点附近变化的绝对值一直保持很小。这样就可以把本来是非线性的环节近似地当成线性环行对待。分析发电机励磁自动控制系统,一般假定发电机在空载额定状态(即发电机空载额定转速、额定定于电压)运行时各环节对应的输入、输出为定态工作点，而且励磁系统的输入信号Ugd只有很小变化。同

时考虑到发电机空载运行时励磁电流较小。可控硅整流电路的换相电抗压降不大，也可忽略。这样图1可以简化成下图图2所示：

图2 线性化的同步发电机自并励励磁系统传递函数框图

2.3.2 稳定性分析

分析励磁自动控制系统的稳定性可以使用古典控制理论和现代控制理论介绍的方法。本课设采用劳斯判据判定图2系统分析稳定性的方法。用劳斯判据判定系统稳定性时，首先求出系统的特性方程，然后根据特性方程列出劳斯表。如果表中第一列元素的值都是正的，则系统是稳定的．否则就是不稳定。对于图2所示系统，闭环传递函数由1／(1+T 2S ）和它右边的闭环组成。由于1／(1+T 2S ）构成系统的—个固定闭环极点，共值为1／T 2，且在复数平面的左半侧，所以只要1／(1+T 2S ）右边的闭环系统是稳定的，系统就是稳定的。这样，判断图2所示系统的稳定性只要判断1／(1+T 2S ）右边的闭环系统(以下称小闭环)是否稳定就可以了。小闭环的前向传递函数G(S)、反馈传递函数H(S)和闭环传递函数小G B (S)分别 为G(S)=

*)1(*S T S T K i i P +*11S T a +S T do

'+11

H(S)=

S

T 111

+ G B (S)=

)

()(1)

(S H S G S G +

由上式可知，小闭环的特征方程为：

T i S （1+ T a S ）（S T do '+1）（1+ T i S ）+ )1(*+S T K i P =0

将己知数据T1＝0.0242S T A ＝0.001s ，do

T '＝10.42s 代人上式，得：

0．2522×10-3 T i S 4十0．2626 T i S 3十10．4452 T i S 2十(1+K P*) T i S+ K P*=0（式1） 本系统的积分时间常数T I 和动态放大系数K P*是可以整定的。T I 的可整定值为I s 、2s 、3s 、4s 、5S 。K P 的可整定值为10、20、30、40、50和100。判定系统是否稳定．应计算出对应于不向的T I 保证系统稳定时K P*的允许范围。下面以T I ＝1s 为例说明用劳斯判据判定系统稳定性的方法。将T I ＝ls 代人式(1)得

0．2522×10-3 S 4十0．2626 S 3十10．4452 S 2十(1+K P*) S+ K P*=0 根据上式列出劳斯表如下：

S 4 0.252*10 10.4452 K P*

S 3 0.2626 1+ K P* 0

S 2

2626

.0)1(10*2522.04452.10*2626.0*3P K +-- 0.2626 K P* /0.2626 0

S 1

*

*

**001.04442.102626.0)1)(001.04452.10(P P P P K K K K --+- 0

S 0 K P* 0

根据劳斯判据，劳斯表中第一列元素的值为正时系统是稳定的，这样得出下列三式同时成立时本系统是稳定的：

10.4442-0.001 K

P*

>0

10.4441+10.180.6 K P* -0.001 K 2P* >0

K P* >0

所以K P* <10444 K 2P*-10181 K P* -10444<0 K P* <10182 K P* >-1

综上所述计算结果0< K P* <10182时,对于T I =1,本系统是稳定的.比照T I =1时的计算,可以求出T I 为其它时保证系统稳定的K P* 允许范围.