同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析-自动装置课设

设计报告

一．设计题目

同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析

二．原始数据：

发电机型号：QFS-125-2

基本数据：额定容量：（MW）125 转速：3000 额定电压：（KV）13.8 功率因数：0.85 效率：（%）98.35 额定电流：（A）6150 励磁数据：空载励磁电流（A）：630 满载励磁电流（A）：1635 空载励磁电压（V）：91 满载励磁电压（V）：265

参数：定子线圈开路时励磁线圈时间常数（s）6.9

转子电阻(75℃)(Ω)：0.175(R75℃=1.24R15℃)

电压降之和:ΔU=3

K C =2

三.设计内容:

主回路设计:

1.励磁方式选择---自并励励磁方式

2.励磁变压器选择

1)变压器的变比K=U1N/U2N

变压器原边电压U1N=U GN=13.8KV

变压器副边电压-------U2N按强励工况选择

X K=U K%U N²/100S N=0.065Ω

U LQ=2U LM=2×265=530(V)

U LQ=1.35U2COSαMI N－3/∏×X K U LQ/R75℃－ΔU

U2=534.1V

U2N= U2/0.8=667.6V(强励时机端电压是额定电压的80%-85%)符号说明

U LQ 强励工况下的励磁线圈两端电压

U LM 额定满载励磁电压

U2 二次侧实际机端电压

αMI N 强励时可控控制角,一般为5-10度,初算时可设为0度

X K 换流电抗,对于变压器供电方式,取它等于变压器漏抗

ΔU 电压降之和

2)额定电流下容量的选择---(全控桥)

I2N=(2/3)½I LM=(2/3)½×1635=1335A

S=3½U2N I2N=1544A

符号说明

I2N 交流侧额定电流

I LM 满载额定励磁电流

S 变压器容量

3)变压器接线方式的选择

一次侧角接,二次侧星接

3.起励问题及计算

起励方式:采用厂用电起励方式

起励容量S Q=1/40U LM I LM=1/40×265×1635=10.832KVA

起励电压U Q=1/4U LM=1/4×265=66.25V

符号说明: I LM额定满载励磁电流

4.整流元件参数的确定及选择---全控桥

1)(按强励工况选择)硅元件额定电流

整流桥直流侧电流I=K C I LM=2×1635=3270A

桥臂平均电流I A V=1/3I=1/3×3270=1090A

强励正向平均电流I2A V=K I×I AV=2.5×1090=2725A

(安全系数K I=2.5)

2)可控硅额定电压选择

桥臂反向工作电压瞬时值U QF=2½U2N=944V

硅元件反向工作电压瞬时值

U GF=K U K CG K B U QF=3×1.3×1.05×944=3886V

参数说明

K U 电压裕度系数,取2以上

K CG 过电压冲击系数,取1.3-1.6

K B 电源电压升高系数,取1.05-1.1

3)冷却方式风冷

5.主回路保护配置

1)整流元件的过电流保护: 快速熔断器

2) 过电压保护:抑制关断过电压

交流侧副边的过电压保护采用压敏电阻,阻容吸收电路

(压敏电阻:当电阻两端所加的电压达到阈值时呈低电阻特性,

可散热)

3) 转子过电压保护:采用切换采样式一点接地保护

6. 灭磁问题

为了消除励磁回路里残留的磁场能量,励磁回路装设两个灭磁开关MK1,MK2.

正常运行时MK1合,MK2开

灭磁工作时MK1开,MK2合,利用所串电阻消耗能量

性能分析报告

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,分析空载情况.

自并励励磁控制系统的性能分析(根轨迹分析方法)

设图中励磁控制系统的参数如下:

T A =0S , T D0=8.38S, T R =0.04S, T Z =1/300S, K Q =K R =K Z =1 由图可求得系统的开环传递函数为

G 0(S)=G (S)H (S)=

= 其中 开环极点为 P1=-0.12, P2=-25, P3=-300 它们是根轨迹的起始点 分母展开的多项式为: S ³+325.12S ²+7539S+900

MATLAB程序如下

>>num=[0 0 0 895]

>>den=[1 325.12 7539 900]

>>rlocus(num ,den)

根轨迹的图如下

系统的稳定性能分析

由1+G0(Jω)=0可得-325.12ω²+900+K+Jω(-ω²+7539)=0 即ω²—7539=0

-325.12ω²+900+K=0

此时:ω=86.8 K=2450179.68 即K A=K/895=2737.6

结论:当0