同步发电机励磁控制实验

实验二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．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；3．了解微机励磁调节器的基本控制方式；4．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。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α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于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方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；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图1励磁控制系统示意图磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。三、实验项目和方法（一）同步发电机起励实验同步发电机的起励（控制方式）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α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）停机状态下，将“励磁方式转换开关”切到“微机它励”方式，按下“励磁开关”红色按钮，将励磁回路接通；（2）按下微机励磁调节器上的“恒UF”按钮，选择恒UF控制方式，此时恒UF指示灯亮；（3）将微机励磁调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁状态；（4）启动机组（推荐采用微机手动模式）；（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。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）。记录起励后的稳态电压。【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：（1）停机状态下，将“励磁方式转换开关”切到“微机它励”方式，按下“励磁开关”红色按钮，将励磁回路接通；（2）按下微机励磁调节器上的“恒UF”按钮，选择恒UF控制方式，此时恒UF指示灯亮；（3）使调节器操作面板上的“灭磁”按钮为弹起松开状态（注意，此时灭磁指示灯仍然是亮的）；（4）启动机组（推荐采用微机手动模式）；（5）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，发电机停机时，也可由转速控制逆变灭磁。】停机步骤：（1）按下“励磁开关”的绿色按钮，切断励磁回路；（2）按下微机励磁调节器上的“灭磁”按钮；（3）按下调速器上的“减速”按钮（微机手动模式下使用），让发电机组缓慢减速直至停机；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給定值，选择范围为0～110%额定电压。2．恒IL方式起励步骤（1）停机状态下，将“励磁方式转换开关”切到“微机它励”方式，按下“励磁开关”红色按钮，将励磁回路接通；（2）按下微机励磁调节器上的“恒IL”按钮，选择恒IL控制方式，此时恒IL指示灯亮；（3）将微机励磁调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁状态；（4）启动机组（推荐采用微机手动模式）；（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，记录起励后发电机的稳定电压[提示：该电压并非发电机并网时的额定电压]。起励完成后，操作微机励磁调节器上的“增、减磁”按钮可以自由调整发电机电压。3．恒α方式起励步骤（1）停机状态下，将“励磁方式转换开关”切到“微机它励”方式，按下“励磁开关”红色按钮，将励磁回路接通；（2）按下微机励磁调节器上的“恒α”按钮，选择恒α控制方式，此时恒α指示灯亮；（3）将微机励磁调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁状态；（4）启动机组（推荐采用微机手动模式）；（5）当转速接近额定时（频率=47Hz）,将“灭磁”按钮松开，然后按下微机励磁调节器上的“增磁”按钮手动增磁，直到发电机起励建压（电压值根据实验要求进行调整）；（6）注意比较恒α方式起励与前两种起励方式有何不同。（二）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α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47Hz379.4V2.38A40.6V67.050Hz380V1.97A31.5V71.053Hz380.5V1.68A25.5V73.82．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47Hz360.7V2.05A34.0V70.550Hz380V2.05A33.7V69.953Hz400.4V2.05A31.1V71.53．恒α方式选择它励恒α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47Hz360.7V2.06A34.0V69.850Hz380V2.06A33.7V69.853Hz407.4V2.06A34.0V69.8四、注意事项（1）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。（2）在恒UF、恒IL、恒α三种模式下切换时，需在停机的状态下进行。五、实验报告要求分析比较各种励磁方式和各种控制方式；答：自并励是直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。他励直流电机的励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，永磁直流电机也可看作他励直流电机。他励直流电动机起动时，必须先保证有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。否则在加励磁电流之前，电枢中一直为起动电流。恒UF方式为保持机端电压稳定，随着频率的升高，励磁电流，励磁电压下降，控制角增大。恒IL方式为保持励磁电流稳定随着频率的升高，发电机电压升高，励磁电压下降，控制角增大。恒α方式为保持控制角稳定随着频率的升高，发电机电压升高，励磁电压，励磁电流，控制角不变。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于他励方式下使用。六、思考题比较三种运行方式：恒UF、恒IL、恒α的特点恒UF运行时发电机电压稳定不变，能建立起额定的空载电压，当负载大小和负载性质变化时，可以自动保持电压基本稳定且能均匀分配无功功率的功率，只要确定机端电压的整定值，就不要人工干预，恒Il运行时励磁电流不变，可以保持励磁电压不变，可以保持无功功率的稳定，提高系统的稳定性，恒α运行时控制角不变，需要调节机端电压，是一种开环控制，只限于它励方式使用。七，体会心得通过本次实验，我更深入理解了同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务，我掌握了励磁调节器的基本使用方法以及常用励磁限制器的作用，我还了解了同步发电机准同期并列过程和自并励励磁方式和它励励磁方式的特点、微机励磁调节器的基本控制方式以及电力系统稳定器的作用.通过这次自动装置实验及老师的讲解，使我对自动装置这门课都有了新的认识。之前觉得这门课很抽象，甚至有点无聊。在实验中改变了我一直以来的认识。发现自动装置在现代电力系统有着很重要的作用和很高的地位。在现代化、自动化程度越来越高的电力系统中，对传统的设备提出了更高的要求，要求性能越来越好，自动化程度也越来越重要。虽然实验室有限，不能每个人都能亲自参与全程实验，但是在老师的悉心指导和同学热烈讨论下，我们还是有很大的收获。总之，这次实验不仅丰富了我的理论知识、提高了我的实际动手能力，还让我明白了团队合作的重要性，这对我以后进一步深入学习和走入工作岗位都有很大的帮助。