同步发电机励磁控制实验.doc

同步发电机励磁控制实验一、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．理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；观测触发脉冲及其相位移动；4．理解微机励磁调节器的基本控制方式；5．理解电力系统稳定器的作用；观测强励现象及其对稳定的影响；6．理解几种常用励磁限制器的作用；7．掌握励磁调节器的基本使用措施二、原理与阐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构成，它们和同步发电机结合在一起就构成一种闭环反馈控制系统，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，合理分派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实验用的励磁控制系统示意图如图1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α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α（保持控制角稳定）。

其中，恒α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，可以升高或减少发电机电压；当发电机并网运营时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增长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营时，三相全控桥处在整流状态，控制角α不不小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α不小于90°，实现逆变灭磁电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效措施之一，已成为励磁调节器的基本配备；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运营的重要环节，常用的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等三、实验项目和措施（一）不同α角（控制角）相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”批示灯亮；（3）励磁调节器选择恒α运营方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面板上的“恒α”批示灯亮；（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长控制角α，从而变化三相全控桥的电压输出及其波形。

注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需要调节，则松开按钮，重新按下实验时，调节励磁电流为表1规定的若干值，记下相应的α角（调节器相应的显示参数为“CC”），同步通过接在Ud+、Ud-之间的示波器观测全控桥输出电压波形，并由电压波形估算出α角，此外运用数字万用表测出电压Ufd和UAC，将以上数据记入下表，通过Ufd，UAC和数学公式也可计算出一种α角来；完毕此表后，比较三种途径得出的α角有无不同，分析其因素表2-1励磁电流Ifd0.0A0.5A1.5A2.5A显示控制角α励磁电压Ufd交流输入电压UAC由公式计算的α示波器读出的α（6）调节控制角不小于90度但不不小于120度，观测全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？为什么？（7）调节控制角不小于120度，观测全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？为什么？（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α方式起励和恒IL方式起励其中，除了恒α方式起励只能在它励方式下有效外，其他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，现代励磁调节器一般有“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营人员手动设定，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似的电压水平上，有效跟踪范畴为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营默认的起励方式，而“设定电压起励”方式一般用于励磁系统的调试实验恒IL方式起励，也是一种用于实验的起励方式，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α方式起励只合用于它励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始由人工调节逐渐增长励磁，完毕起励建压任务1．恒UF方式起励环节（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批示灯亮；（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁批示灯亮，表达处在灭磁位置；（4）启动机组；（5）当转速接近额定期，（频率≥47Hz）,将“灭磁”按钮松开，发电机起励建压注意观测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）录波，观测起励曲线，测定起励时间，上升速度，超调，振荡次数，稳定期间等指标，记录起励后的稳态电压和系统电压。

上述的这种起励方式是通过手动解除“灭磁”状态完毕的，事实上还可以让发电机自动完毕起励，其操作环节如下：（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批示灯亮；（3）使调节器操作面板上的“灭磁”按钮为弹起松开状态（注意，此时灭磁批示灯仍然是亮的）；（4）启动机组；（5）注意观测，当发电机转速接近额定期（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，发电机停机时，也可由转速控制逆变灭磁变化系统电压，反复起励（无需停机、开机，只需灭磁、解除灭磁），观测记录发电机电压的跟踪精度和有效跟踪范畴以及在有效跟踪范畴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，必须一方面按下灭磁按钮并断开励磁开关！否则将也许引起转子过电压，危及励磁系统安全本励磁调节器将它励恒UF运营方式下的起励模式设计成“设定电压起励”方式（这里只是为了实验以便，实际励磁调节器不管何种励磁方式均可有两种恒UF起励方式），起励前容许运营人员手动借助增减磁按钮设定电压給定值，选择范畴为0～110%额定电压。

用灭磁和解除灭磁的措施，反复进行不同设定值的起励实验，观测起励过程，记录设定值和起励后的稳定值2．恒IL方式起励环节（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批示灯亮；（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁批示灯亮，表达处在灭磁位置；（4）启动机组；（5）当转速接近额定期（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毕后，操作增减磁按钮可以自由调节发电机电压3．恒α方式起励环节（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α按钮选择恒α控制方式，此时恒α批示灯亮；（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁批示灯亮，表达处在灭磁位置；（4）启动机组；（5）当转速接近额定期（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α方式起励与前两种起励方式有何不同三）控制方式及其互相切换本型微机励磁调节器具有恒UF，恒IL，恒Q，恒α等四种控制方式，分别具有各自特点，请通过如下实验自行体会和总结。

1．恒UF方式 选择它励恒UF方式，开机建压不并网，变化机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据；表2-2发电机频率发电机电压励磁电流励磁电压控制角·45Hz46Hz47Hz48Hz49Hz50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz55Hz2．恒IL方式选择它励恒IL方式，开机建压不并网，变化机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据；表2-3发电机频率发电机电压励磁电流励磁电压控制角·45Hz46Hz47Hz48Hz49Hz50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz55Hz3．恒α方式选择它励恒α方式，开机建压不并网，变化机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据；表2-4发电机频率发电机电压励磁电流励磁电压控制角·45Hz46Hz47Hz48Hz49Hz50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz55Hz4．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，调节器回绝接受恒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。

变化系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；表2-5系统电压发电机电压发电机电流励磁电流控制角·有功功率无功功率380V370V360V350V390V400V410V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，变化系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；表2-6系统电压发电机电压发电机电流励磁电流控制角α有功功率无功功率380V370V360V350V390V400V410V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，变化系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；表2-7系统电压发电机电压发电机电流励磁电流控制角α有功功率无功功率380V。