自动装置励磁系统设计

办系统自动装置原理鞘呈设孕

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：成绩:

2016.5.30-201668

自动装置励磁系统设计报告

、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

额定电压（KV ： 6.3 额定电流：（A ）: 2860

励磁数据：空载励磁电流（A ）: 149.4 空载励磁电压（V ）: 62.5 参数：定子线圈开路时励磁线圈时间常数（ 转子电阻：（75C ）

（Q ）： 0407 （ R 53=1.24R 15 2 ）

电压降之和△ U=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。

转速；3000

功率因数cos?： 0.8 效率（% : 97.74

满载励磁电流（A ）： 372 满载励磁电压（V ）： 180

s ）: 11.599

（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U i的确定：

取：=0°，K c=2，U f d（e）=180V, l f d（e）=372A, △ U=3 取X k=0.06

由公式：1.35U l 1 'co^ min ^K c U fd（e）■ -Kc I fd（e）X^ .-.U 得

2 H

1 "1 3

1.35U| x------ =2汽180 十—汇2 x372 x 0.06 十3

2 兀

1.35U l =405.627 二U l =300.465V

6 3 汉1000

已知U1=6.3KV 二变压器变比k= =21

300.465

（2）变压器的容量计算

3 3

U fd（e）I fd X k' ：U 180 372 0.06 3

n n

■■ - arccos[ 1] = arccos[ 1]

0.675U l0.675 汉300

=89.49

•••IWaW 二

「.l i =1.15[ ’ 一：血）]=1.15[.—°.4972

372]

3 .二；二

=303.36 （A ）

•••整流变压器的容量为： .3U l 1^ 3 300.465 303.36 = 0.158（MVA ）

（3） 接线方式

变压器的接线方式选择丫/ △ -11接线方式，即一次侧为丫接，二次侧为△接 一次侧为丫接的三相绕组中，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： U fd = U fd （°）= 62.5V, I fd = I fd （o ） = 149.4A

3

U fd - I fd X k ' U

:-(0) =arccos[

1] (0)

0.675U l

=129.37 3

3

I fd(0)X k

' ：U =62.5 149.4 0.06 3 =74.06(V) n

=11.21

U d (q )=K c U fd (e ) 2 K c l fd (e)X^ U -360

- 744 0.06 3 =405.63(V)

3

62.5

149.4 0.06

3 二 arccos[-

0.675X 300

-1]

U

d (0) ~ U fd(0)

额定运行时: U

fd ~ U

fd (e) - 180V , 1 fd

二 1 fd ⑹二 372A

3

U fd -…I fd X k ' U :(n arccos[—

(e)

0.675U i

3

180 372 0.06 3

T]二 arccos[ ----------- : ---------------------- 0.675 汉 300

1]

=89.49 U

d (e) - U fd(e)

-I fd(e) X k '

：U =180 - 372 0.06 3 = 204.31(V)

JI

H

强励运行时:

U

fd 二 K c U fd (e )=360V,l fd 二 KJ fd (e )= 744A

:-(q) =arccos[ 3 丄

P A , 3

丄

U fd 二 I fd X k ' U 360 二 744 0.06 3

--------- ---------------------------- T ] =arccos[ ------------ ---------------------- 1] 0.675U l ------------------------- 0.675 300