同步发电机励磁控制实验

同步发电机励磁控制实验姓名：赵东伟学号：3110105004指导老师：王康元一、实验目的1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；4.了解微机励磁调节器的基本控制方式；5.掌握励磁调节器的基本使用方法。二、原理与说明同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。图1励磁控制系统示意图－1－实验用的励磁控制系统示意图如图l所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小角限制。微机励磁调节器的控制方式有四种：恒UF(保持机端电压稳定)、恒IL(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒(保持控制角稳定)。其中，恒方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角小于90；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角大于90，实现逆变灭磁。三、实验项目和方法(一)不同角(控制角)对应的励磁电压波形观测1.合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄；2.励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器面板“它励”指示灯亮；3.励磁调节器选择恒运行方式：操作调节器面板上的“恒”按钮选择为恒方式，面板上的“恒”指示灯亮；4.合上励磁开关，合上原动机开关；5.在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮即可逐渐减小或增加控制角，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。(二)同步发电机起励实验同步发电机的起励有三种：恒UF方式起励，恒方式起励和恒IL方式起励。其中，除了恒－2－方式起励只能在它励方式下有效外，其余两种方式起励都可以分别在它励和自并励两种励磁方式下进行。恒UF方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”的两种起励方式。设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳定在手动设定的电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工不能干预，起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为85％～115％额定电压；“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励方式，而“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验。恒IL方式起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工不能干预，起励后的发电机电压一般为20％额定电压左右；恒方式起励只适用于它励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始由人工调节逐渐增加励磁，完成起励建压任务。1．恒UF方式起励步骤1)将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；2)按下“恒UF”按钮选择恒UF控制方式，此时恒UF指示灯亮；将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；3)启动机组；4)当转速接近额定时，(频率47Hz)，将“灭磁”按钮松开，发电机起励建压。注意观察在起励时励磁电流和励磁电压的变化(看励磁电流表和电压表)。观察起励时间，上升速度，超调，振荡次数，稳定时间等指标，记录起励后的稳态电压和系统电压。5)上述的这种起励方式是通过手动解除“灭磁”状态完成的，实际上还可以让发电机自动完成起励，其操作步骤如下：a)将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；b)按下“恒UF”按钮选择恒UF控制方式，此时恒UF指示灯亮；c)使调节器操作面板上的“灭磁”按钮为弹起松开状态(注意，此时灭磁指示灯仍然是亮的)；d)启动机组；e)注意观察，当发电机转速接近额定时(频率47Hz)，灭磁灯自动熄灭，机组自动起励建压，整个起励过程由机组转速控制，无需人工干预，这就是发电厂机组的正常起励方式。同理，发－3－电机停机时，也可由转速控制逆变灭磁。改变系统电压，重复起励(无需停机、开机，只需灭磁、解除灭磁)，观察记录发电机电压的跟踪精度和有效跟踪范围以及在有效跟踪范围外起励的稳定电压。按下灭磁按钮并断开励磁开关，将“励磁方式开关”改切到“微机它励”位置，恢复投入“励磁开关”(注意：若改换励磁方式时，必须首先按下灭磁按钮并断开励磁开关！否则将可能引起转子过电压，危及励磁系统安全。)本励磁调节器将它励恒UF运行方式下的起励模式设计成“设定电压起励”方式(这里只是为了试验方便，实际励磁调节器不论何种励磁方式均可有两种恒UF起励方式)，起励前允许运行人员手动借助增减磁按钮设定电压绐定值，选择范围为0～110％额定电压。用灭磁和解除灭磁的方法，重复进行不同设定值的起励试验，观察起励过程，记录设定值和起励后的稳定值。2．恒IL方式起励步骤1)将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式或者“微机它励”方式，投入“励磁开关”；2)按下“恒IL”按钮选择恒IL控制方式，此时恒IL指示灯亮；3)将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；4)启动机组；5)当转速接近额定时(频率=47Hz)，将“灭磁”按钮松开，发电机自动起励建压，记录起励后的稳定电压。起励完成后，操作增减磁按钮可以自由调整发电机电压。3．恒方式起励步骤(1)将“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，投入“励磁开关”；(2)按下恒按钮选择恒控制方式，此时恒指示灯亮；(3)将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；(4)启动机组；(5)当转速接近额定时(频率=47Hz)，将“灭磁”按钮松开，然后手动增磁，直到发电机起励建压；(6)注意比较恒方式起励与前两种起励方式有何不同。－4－(三)控制方式及其相互切换本型微机励磁调节器具有恒UF，恒IL，恒Q，恒等四种控制方式，分别具有各自特点，请通过以下试验自行体会和总结。1．恒UF方式选择它励恒UF方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角的关系数据：2．恒IL方式选择它励恒IL方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角的关系数据：3．恒方式选择它励恒方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角a的关系数据：4．恒Q方式选择它励恒UF方式，开机建压，并网后选择恒Q方式(并网前恒Q方式非法，调节器拒绝接受恒Q命令)，带一定的有功、无功负荷后，记录下系统电压为380V时发电机的初始状态，注意方式切换时，要在此状态下进行。改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角，无功功率的关系数据：将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒UF方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角，无功功率的关系数据：将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒IL方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角，无功功率的关系数据：将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角，无功功率的关系数据：－5－注意：四种控制方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。5．负荷调节调节调速器的增速减速按钮，可以调节发电机输出有功功率，调节励磁调节器的增磁减磁按钮，可以调节发电机输出无功功率。由于输电线路比较长，当有功功率增到额定值时，功角较大(与电厂机组相比)，必要时投入双回线；当无功功率到额定值时，线路两端电压降落较大，但由于发电机电压具有上限限制，所以需要降低系统电压来使无功功率上升，必要时投入双回线。记录发电机额定运行时的励磁电流，励磁电压和控制角。将有功、无功减到零值作空载运行，记录发电机空载运行时的励磁电流，励磁电压和控制角。了解额定控制角和空载控制角的大致度数，了解空载励磁电流与额定励磁电流的大致比值。(四)停机灭磁发电机解列后，直接控制调速器停机，励磁调节器在转速下降到43HZ以下时自动进行逆变灭磁。待机组停稳，断开原动机开关，跳开励磁和线路等开关，切除操作电源总开关。四实验数据与分析1、不同角(控制角)对应的励磁电压与交流电压励磁电流fI(A)0.00.51.52.5显示控制角86.682.570.760.2励磁电压fU（V）07.52543交流输入电压ACU(V)76767675由公式计算的9084.3470.855.02从上可见，通过对导通角的控制，可以改变励磁电压－6－实验中的观测波形如上图所示。2、控制方式的切换1）恒FU方式发电机频率发电机电压(V)励磁电流(A)励磁电压(A)控制角a46Hz380.51.62669.748Hz380.51.42472.150Hz380.51.32272.852Hz380.51.1207454Hz380.511975.3可以看出，由于是恒FU方式，发电机端电压保持在380.5V，基本不变，而励磁电压随着发电机频率的增加而减小，变化曲线如下图所示，近似呈线性。－7－2）恒LI方式发电机频率发电机电压（V）励磁电流(A)励磁电压(V)控制角46Hz351.91.42372.548Hz368.81.42372.550Hz379.41.42372.452Hz398.71.42372.654Hz415.01.42372.5可以看出，由于此时是恒LI方式，所以励磁电流、励磁电压基本不变，所以控制角都基本不变，而发电机电压随发电机频率升高而升高，关系如下图所示，近似呈线性05101520253044464850525456励磁电压(V)发电机频率(Hz)励磁电压——发电机频率20025030035040045044464850525456发电机端电压(V)发电机频率(Hz)发电机电压—发电机频率－8－3）恒方式发电机频率发电机电压(V）励磁电流(A)励磁电压(V)控制角46Hz346.61.3227348Hz361.81.3227350Hz380.51.3227352Hz393.41.3227354Hz409.81.32273可以看出，由于此时是恒方式，所以经过斩波后励磁电压、励磁电流也近似不变，而发电机电压随发电机频率的升高而升高，如下图所示，近似呈线性。4)恒Q方式系统电压(V)发电机电压(V)发电机电流(A)励磁电流(A)控制角有功功率(W)无功功率(Var)360375.30.8381.372.349772.2370384.60.8111.471.651563380409.80.7771.668.6471140390412.70.7361.668.1453109400416.80.6951.668.744459从上表，在恒Q方式下，发电机输出无功功率应保持常数，但是由于系统电压较高时，发电20025030035040045044464850525456发电机端电压（V）发电机频率（Hz）发电机电压—发电机频率－9－机端电压也会过高，若保持原来的无功，发电机电压则达不到给定的数值，这时实验装置只能降低无功，所以无功功率数值有所偏差。a)恒FU将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒FU方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角，无功功率的关系数据：系统电压发电机电压发电机电