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1、河 南 科 技 学 院成人教育本科生毕业论文(设计)（ 2014 届）论文题目：可控励磁发电系统综合性实验的研究与设计学生姓名：张晨光专业：电气工程及其自动化年级：完成时间：2016年4月13日可控励磁发电系统综合性实验的研究与设计张晨光河南科技学院成人高等教育郑州法商专修学院函授站（点） 电气工程及其自动化 专业 2014 届摘要 现代电力系统的发展，对同步发电机励磁控制提出了更高要求。发电机在正常工作情况下，负载总在不断地变化着。而不同容量的负载，以及负载的不同功率因数，对同步发电机励磁磁场的反映作用是不同的，要维持同步发电机端电压为一定水平，就必须根据负载的大小及负载的性质随时调节同步发

2、电机的励磁。在各类电站中，励磁系统是保证同步发电机正常工作，提高电网稳定水平的关键设备。同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的意义。本文主要对可控励磁发电系统进行了实验设计，首先对可控励磁发电系统做了相关简介并探讨了可控励磁发电系统的国内外未来发展形势。本文着重在可控励磁系统中的过励限制方面作了重点分析，并设计了相关的一个过励限制特性试验，对过励限制系统加深了了解。 关键词 电力系统；同步发电机；励磁控制系统；过励限制第1章 绪论1.1 发电机励磁控制系统简介同步发电机的励磁装置是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机的励

3、磁电源的一套系统。励磁装置一般由两部分组成，一部分用于向发电机提供直流电流以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分;另一部分用于在正常运行或发电机发生故障时调节励磁电流以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分(或称控制单元，亦称励磁调节器)。 同步发电机的运行特性与它的气隙电势Eq值的大小有关，而Eq的值是发电机励磁电流IL的函数，改变励磁电流就可影响同步发电机在电力系统中的运行特性。因此对同步发电机的励磁进行控制，是对发电机的运行实施控制的重要内容之一。 电力系统正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配。在某些故障情况下，发电机端电压降低将导致电

4、力系统稳定水平下降。为此，当系统发生故障时，要求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。可见，同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的稳定性及可靠性的方面都起着重要的作用。 同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成。如图1-1所示。励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即励磁电流;励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。图1-1 同步发电机励磁控制系统构成示意图在电力系统发展初期，同步发电机容量较小，励磁电流通常由与

5、发电机组同轴的直流发电机供给，即直流励磁机方式。随着发电机容量的提高，所需励磁电流也随之增大，而直流励磁机由于存在机械整流环，功率过大时制造存在困难，因此在大容量的发电机组上很少采用。同步发电机半导体励磁系统中的直流励磁电流是通过把交流励磁电源经半导体整流后得到的。根据交流励磁电源的不同种类，同步发电机半导体励磁系统又可分为两大类：1.他励半导体励磁系统这类励磁系统采用与主发电机同轴的交流发电机作为交流励磁电源，经二极管、晶闸管或全控功率器件进行整流后，供给发电机励磁；这类励磁系统由于交流励磁电源取自轴功率，即主发电机之外的独立电源，故称为他励半导体励磁系统，简称他励系统。用作励磁电源的同轴交

6、流发电机称为交流励磁机。2.自励半导体励磁系统这类励磁系统通常采用变压器提供交流励磁电源，励磁变压器接在发电机机端或厂用电母线上。因励磁电源取自发电机自身或发电机所在的电力系统，故这种励磁方式称为自励励磁系统，简称自励系统。1.2励磁控制系统的作用1.2.1维持发电机端电压在给定水平在发电机正常运行条件下，励磁系统应维持发电机机端（或指定控制点）电压在给定水平。通常当发电机负荷变化时，发电机机端电压将随之变化，这时，励磁系统将自动的增加或减少发电机的励磁电流，使机端电压维持在一定的水平上，保证有一定的调压精度。当机组甩负荷时，通过励磁系统的快速调节作用，应限制机端电压不致过分升高。维持发电机机

7、端（或制定控制点）电压在给定水平上是励磁控制系统最基本和最重要的作用。1.2.2提高电力系统的静态稳定性当系统受到小的扰动后，发电机能继续保持与系统同步运行特性称为电力系统的静态稳定性。现代电力系统的发展趋势是增大输送距离和提高输送功率。这需要解决许多技术问题。而其中最重的和最基本的困难之一是同步发电机只具有较小的静态稳定性。但由于自动励磁的调节装置的出现，使这一问题得到了圆满的解决。我们知道，对于一条交流输电线路，在不计电阻损耗的前提下，其上流动的有功功率P与线路两端电压、，线路电抗X间的关系为： （1-1）其中，为两端电压之间的电角度差。在=时线路达到所能输送的极限功率，即对于单机无穷大母

8、线系统，不考虑凸极效应和定子电阻。发电机送出的有功功率P可用以下两式表示 （1-2） （1-3）式中：为Eq与Us间的电角度差；为Ut与Us间的电角度差；Xd为发电机同步电抗；Xt为变压器电抗；XL为线路电抗；Eq为发电机空载电动势（励磁电动势）；Ut为发电机机端电压；Us为无穷大母线电压。在发电机不进行励磁调节，即Eq=Eq0不变的条件下，极限功率角为=，线路所能传送的静稳极限功率为： （1-4）当有励磁调节器，并且具有足够能力维持发电机端电压为恒定不变时，极限功率角为=，此时线路所能输送的静稳极限功率为 （1-5） 由于同步发电机内电抗较大，通常PmUt要大于PmEq。这样，发电机励磁调节

9、器实际上起到了补偿发电机内电抗的作用。最初的复励和电压校正器由于允许的反馈增益系数较小，通常只相当于补偿掉那一段内阻抗，这时静稳功率极限只提高到维持不变的功角特性最大值。灵敏快速的励磁调节器可以维持发电机机端电压恒定，相当于补偿了全部发电机的d轴同步电抗，即达到线路静稳功率极限。1.2.3改善电力系统的暂态稳定性电力系统的暂态稳定性是指系统遭受到大干扰（如短路，断线等）时，能否维持同步运行的能力。总的来说，调节励磁对暂态稳定的改善没有对静态稳定那样显著。励磁系统对提高暂态稳定而言，表现在强行励磁和快速励磁的作用上。当系统受到小的扰动后，发电机能继续保持与系统同步运行特性称为电力系统的静态稳定性

10、。现代电力系统的发展趋势是增大输送距离和提高输送功率。这需要解决许多技术问题。而其中最重的和最基本的困难之一是同步发电机只具有较小的静态稳定性。但由于自动励磁的调节装置的出现，使这一问题得到了圆满的解决。只有励磁电压上升快速并且顶值电压高的励磁系统对于改善暂态稳定才有较显著的作用，快速强励可减少加速面积，增加减速面积，提高系统的暂态稳定性。由于提高励磁系统的强励倍数受到励磁系统和发电机制造成本的制约以及发电机转子时间常数较大使励磁电流上升速度受到限制等原因，使得靠励磁控制来提高暂稳极限的幅度不可能像提高静稳极限那么显著，但其提高暂稳极限的效益还是明显的。良好的励磁控制在增加人工阻尼，消除第二摆

11、或多摆失步方面的作用则更为重要。1.2.4改善电力系统的动态稳定性动态稳定是研究电力系统受到扰动后，恢复原始平衡点（瞬时扰动）或过度到新的平衡点（大扰动后）的过程稳定性。研究的前提是：1.原始平衡点（或新的平衡点）是静态稳定的；2.大扰动的过程是暂态稳定的。电力系统的动态稳定问题，可以理解为电力系统机电震荡的阻尼问题。当阻尼为正时，动态是稳定的；阻尼为负时，动态是不稳定的；阻尼为零时，是临界状态。零阻尼或很小的正阻尼，都是电力系统运行中的不安全因素，应采取措施提高系统的阻尼特性，即动态响应特性。研究表明，按电压偏差调节的比例式快速励磁系统，会造成电力系统机电震荡阻尼变弱。在一定的励磁方式和励磁

12、系统参数下，快速励磁调节系统的电压调节作用，在维持发电机电压恒定的同时，将产生负的阻尼作用，当系统总阻尼较小时，就容易导致低频振荡的发生。目前解决这一问题的方法，是在励磁调节器上附加一个补偿环节，称为电力系统稳定器。此外，采用现代控制理论的励磁控制器，如线性最优励磁控制器、自适应励磁控制器和非线性励磁控制器等励磁系统，也能有效的抑制各种频率的低频震荡。当电力系统的负荷发生突变、线路结构参数改变，以及电力系统遭受突然短路等故障时，电力系统能否继续稳定运行，称为电力系统的动态稳定性，这也是同步发电机的重要性能之一。增加励磁自动调节系统强励能力，降低励磁调节系统的时间常数，是提高电力系统动态稳定性的

13、有效措施。1.2.5在并列运行的发电机间合理分配无功功率多台发电机在母线上并列运行时，他们输出的有功决定于输入的机械功率，而发电机输出的无功则和励磁电流有关，控制并联运行的发电机之间无功分配是励磁控制系统的一项重要功能。各并联发电机间承担的无功功率的大小取决于各发电机的调差特性，即发电机端电压和无功电流的关系。当母线电压发生波动时，发电机无功电流的增量与电压偏差成正比，与调差系数成反比。通常我们希望发电机间的无功电流应当按照机组容量的大小成比例的进行分配，即大容量机组担负的无功增量应大些，小容量机组担负的无功增量相应小写，这样就可使得各机组无功增量的标幺值相等。由于励磁调节器可对调差系数进行调

14、节，所以就可以达到机组间无功负荷合理分配的目的。第2章 励磁系统的过励限制2.1 过励限制的主要特性励磁系统和有刷交流励磁机励磁系统采用发电机磁场电流作为过励限制的控制量,无刷交流励磁机励磁系统采用励磁机励磁电流作为过励限制的控制量。过励反时限特性函数类型与发电机磁场过电流特性函数类型一致。因励磁机饱和难以与发电机磁场过电流特性匹配时宜采用非函数形式的多点表述反时限特性。隐极式同步发电机转子过电流特性表达式如下： (2-1)式中:为发电机磁场电流对额定磁场电流的比值;t为许可的过电流持续时间。水轮发电机转子仅有承受的持续时间的描述,缺少过电流特性的函数描述。励磁系统功率单元(励磁变压器、整流桥

15、、励磁机等)的过电流能力应保证实现发电机转子过电流能力,但是某些交流励磁机励磁系统的顶值电流可能小于发电机转子过电流能力,当两者不相同时按小者确定。按照继电保护规定,转子绕组过负荷保护特性与发电机转子过电流特性一致。过励反时限特性与发电机转子绕组过负荷保护特性之间留有级差,确保在保护动作之前限制动作。过励反时限启动值小于发电机转子过负荷保护的启动值,大于Ifn,一般为(105%110%)Ifn。启动值不影响反时限特性,并当磁场电流大于启动值后进入反时限计算。过励反时限限制值一般比启动值减少(5%10%)Ifn,以释放积累的热量,也可限制到启动值,再由操作人员根据过励限制动作信号减少磁场电流。限

16、制环节可以有不大于0.3 s时间常数的惯性环节,以减少有功功率波动和无功功率超调。过励限制信号测量误差小于0.5%,时间误差小于0.05%,有良好的调节参数,使得限制过程快速而稳定,过励限制特性能够通过试验证实。2.2限制过程过励反时限限制动作转为定磁场电流控制,磁场电流给定值(即限制值)瞬间给出,或者经过一阶惯性给出,有不同的响应,见表1。表1.励磁系统突限方式缓限方式回到110%的时间Is下降过程增加的热量I(%)回到110%Itm的时间Is下降过程增加的热量I（%）自并励励磁系统0.421.80.474.66交流励磁机励磁系统0.241.11.151.30表1. 自并励和交流励磁机励磁系

17、统过励反时限限制突限和缓限方式的差别由仿真可见,突限方式或者小延迟的缓限方式都可以接受。缓限方式可以减少有功波动,而缓限过程增加的热量不大。2.3级差发电机转子过负荷保护按照发电机特性设定。过励反时限与发电机转子过负荷保护之间的级差需要考虑以下原则：1.测量偏差不至于引起保护先于限制动作；2.过励反时限限制动作、电流回到长期值以下的过程中过热的积累不导致保护动作；3.较小的级差,即过励反时限限制设置较大的过热量有利于电力系统稳定。级差暂不考虑过励保护的理由是：1.完善的监测可以提前发现和处理将导致过励的故障,使得过励限制动作的时刻发生故障的概率大为减少；2.不良的限制失败的判断和通道切换在顶值

18、电流下需要超过1 s完成。考虑测量偏差和限制过程热量。如If=2,保护和过励限制电流测量各有1.5%和-1.5%的误差,并且各有0.2%和-0.2%的时间误差,限制过程磁场绕组增加的过热量约4.77%。设定级差为2 s。限制成功时刻离保护动作还有0.79S。上述条件下可以选择顶值电流下过励限制比保护提前2 s动作。提高电流测量准确度,适当减少限制过程时间,改进限制失败判断方法,有可能将顶值电流下的级差进一步减少。2.4以励磁机磁场电流作为过励限制控制量的过励限制整定1.顶值电流瞬时限制值确定顶值电流瞬时限制值时需要考虑励磁机的饱和。从励磁机负载特性曲线上,由顶值电流倍数决定的发电机磁场电压,获

19、得顶值电流瞬时限制值。2.过励反时限限制的最大过热量确定过励反时限限制的最大过热量时,可以不计发电机磁场回路时间常数。其步骤如下：1)由励磁机负载特性得到发电机磁场电压倍数与励磁机磁场电流倍数的关系。2)按照励磁机的最大磁场电流、励磁机连续运行最大磁场电流和发电机顶值电流持续时间计算励磁机磁场绕组过电流引起的最大过热量Ce： （2-2）式中:Iefmax为励磁机的最大磁场电流;Ief为励磁机连续运行最大磁场电流;tP为发电机的顶值电流持续时间。3)检查励磁机磁场过电流持续时间与发电机磁场过电流持续时间的配合情况,如不配合则调整Ce。4)按照Ce整定发电机转子过负荷保护。5)按照级差2 s选取过

20、励限制最大过热量。2.5无发电机转子过负荷保护的处理当不采用发电机转子过负荷保护时,过励限制仍按照上述方法确定,即过励限制与发电机过电流特性留有级差。2.6过热量的释放和再次过励的条件一次过电流带来的过热量经电流小于额定值而得到逐步释放,过热量最小等于0。再次过热的能力等于设定的最大过热量C减去剩余的过热量。因此,较大的过热量设定值在连续多次电网故障时提供较多的支持。2.7过励保护GB/T 7409.12008中的过励保护包含调节器的顶值电流保护和过励反时限保护2种。励磁调节器内的过励保护主要完成通道切换,保持闭环控制运行。仿真600 MW汽轮发电机自并励系统误强励过程,120%Un(Un为额

21、定电压)延时0.2 s保护动作的误强励时间是0.54 s。在此期间有可能完成电压互感器断线、调节器死机、电源故障、同步故障等的判断和通道切换。由于完善的监测可以提前发现和处理过励问题,过励保护实际起后备保护作用。2.7.1顶值电流保护励磁调节器的顶值电流保护对于高顶值励磁系统是必备功能。实现运行通道和非运行通道同时进行检测,以提高检测的可靠性。当顶值电流瞬时限制失效时发出信号,切换通道,在备用通道中实现顶值电流限制。备用通道可以是自动通道,也可以是独立的手动通道。由越过限制值的某个百分数和延时来判断限制是否失效,至切换的发电机磁场电流应远小于300%Ifn,附加发热应可以忽略。仿真无刷交流励磁

22、机励磁系统在超过顶值电流10%Ifn、延时0.15 s完成通道切换时,磁场电流达到235%Ifn,转子绕组附加发热量约2.8%。对于高顶值励磁系统,也可以采取独立的第2套过励限制功能,设置相同的特性和参数。高顶值励磁系统具有励磁系统内部或者外部的过电流切除调节器停机功能。2.7.2过励反时限保护过热量累计超过设定值某个百分数(如10%)时判断过励反时限限制失败,进行通道切换。现在有的调节器采用延时2 s观察电流是否回到110%额定值以内,因其判断时间长,势必降低过励反时限过热量设定值,这样,发电机转子过电流能力被削弱,对电力系统稳定不利。2.7.3过励报警信号为了及时调整励磁以避免跳机,可以设

23、置过励报警,如1.2倍额定电流延时5 s报警,其相当于转子过负荷定时限保护功能。第3章 可控励磁发电系统实验装置操作及维护3.1实验装置操作说明实验开启及关闭交流或直流电源都在控制屏上操作。1.开启三相交流电源的步骤1)开启电源前，要检查控制屏下方“直流操作电源”的“可调电压输出”开关（右下角）及“固定电压输出”开关（左下角）都须在“关”的位置。控制屏左侧安装的自耦调压器必须调在零位，即必须将调节手柄沿逆时针方向旋转到底。2)检查无误后开启“电源总开关”，“停止”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线已接通电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。3)按下“启动”按钮，“

24、启动”按钮指示灯亮，只要调节自耦调压器的手柄，在输出口U、V、W处可得到0450V的线电压输出，并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。当屏上的“电压指示切换”开关拨向“三相电网输入电压”时，三只电压表指示三相电网进线的线电压值；当“指示切换”开关拨向“三相调压输出电压”时，表计指示三相调压输出之值。4)实验中如果需要改接线路，必须按下“停止”按钮以切断交流电源，保证实验操作的安全。实验完毕，须将自耦调压器调回到零位，断总开关。 2.开启单相交流电源的步骤1)开启电源前，检查控制屏下方“单相自耦调压器”电源开关须在“关”位置，调压器必须调至零位。2)打开“电源总开关”，按下“启动”按钮，并将“单

25、相自耦调压器” 开关拨到“开”位置，通过手动调节，在输出口a、x两端，可获得所需的单相交流电压。3)实验中如果需要改接线路，必须将开关拨到“关”位置，保证操作安全。实验完毕，将调压器调回到零位，最后，关断“电源总开关”。3. 开启直流操作电源的步骤1)在交流电源启动后，接通“固定直流电压输出”开关，可获得220V（额定电流为1.5A）不可调的直流电压输出。接通“可调直流电压输出”开关，可获得40220V（额定电流为3A）可调节的直流电压输出。固定电压及可调电压值可由控制屏下方中间的直流电压表指示。当将该表下方的“电压指示切换”开关拨向“可调电压”时，指示可调电源电压的输出值，当将它拨向“固定电

26、压”时，则指示输出固定的电源电压值。2)“可调直流电源”是采用脉宽调制型开关稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时保护电路。所以本电源在开机时，约需有34秒钟的延时后，进入正常的输出。3)可调直流稳压输出设有过压和过流保护告警指示电路。当输出电压调得过高时（超过240V），会自动切断电路，使输出为零，并告警指示。只有将电压调低（约240V以下），并按“过压复位”按钮后，才能自动恢复正常输出。当负载电流过大（即负载电阻过小），超过3A时，也会自动切断电路，并告警指示，此时若要恢复输出，只要调小负载电流（即调大负载电阻）即可。有时候在开机时出现过流告

27、警，这说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流。若在空载下开机，发生过流告警，这是由于气温或湿度明显变化，造成光电耦合器TIL117漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机(即开启交流电源后，再开启“可调直流电源”开关)预热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。3.2实验的基本要求可控励磁发电系统实验的目的在于培养学生掌握系统的实验方法与操作技能。通过实验使学生能够根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，读取实验所需数据，对数据和现象进行分析研究，得出必要的结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，学生必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基

28、本要求。1.实验前的准备实验前应复习教科书有关章节内容，认真研读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验设备进行预习，熟悉组件的编号，使用及其规定值等）。实验前应写好预习报告，经教师检查认为确实做好了实验前的准备，方可开始实验。认真作好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备、保证人身安全等都具有十分重要的作用。2.实验的进行1)建立小组，合理分工每次实验都以小组为单位进行，每组由23人组成。实验过程中的接线、接通或切断负载、调节电压或电流、记录数据等项工作每人应有明确的分工，以保证实验操作的协调和记录数据

29、的准确。2)选择组件和仪表实验前先熟悉本次实验所用的组件，记录继电器铭牌数据和选择合适的仪表量程，然后依次排列组件和仪表，便于读取数据。3)按图正确接线根据实验线路图及所选组件、仪表，按图接线，接线力求简单明了。接线原则应是先接串联主回路，再接并联支路。为方便检查线路的正确性，实验线路图中的直流回路、交流回路、控制回路等应分别用不同颜色的导线连接。4)试运行在正式实验开始之前，先熟悉仪表，然后按有关规定起动继电保护电路，观察所有仪表是否正常。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。5)读取数据预习时对继电器及其保护装置的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正

30、式实验时，根据实验步骤逐个读取数据。6)认真负责，实验有始有终实验完毕，须将实验结果交指导老师审查。经指导老师认可后，才允许拆线，并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好，放至原位。第4章 过励限制特性实验4.1可控励磁发电系统过励限制电路原理及其工作特性过励限制是把可控励磁发电系统中可控桥最大输出电流，限制在一定限度内的安全保护措施。因为可控励磁系统调节灵敏，在发电机端电压下降5%时，就能将可控硅导通角开放到最大进行强励。如不加以限制，这时的强励电流约为额定励磁电流的2倍以上，对励磁绕组和可控桥整流元件都可能造成危害。因此必须设置过励限制电路把强励电流限制在强励允许值以内。过励限制电路原理

31、接线见图4-1。图4-1.过励限制电路原理接线图过励信号由可控功率整流桥交流侧的两个测量互感器5TA、6TA二次侧取得。本电路测量可控桥的交流输入电流，当其达限制值时，输出的过励限制信号自动限制可控硅开放角的增大，从而限制可控桥最大励磁电流在一定的数值内。其限制值由波段开关1Ke分十档进行整定调节。测量电流互感器5TA、6TA分别串在可控桥交流侧任意二相的输入端上，副边分别并接3RT、4RT。其上可取得与输入电流成正比的电压，将它们的一端异极性相连，接成V型，形成三相电压，接至过励限制电路的输入端4-5-6。此正比于可控桥输入电流的三相测量电压，经1-6VDe整流成直流后，送入比较检测桥。比较

32、桥的一个回路由17VDe、4Re、1VWe组成。以1VWe上的稳定电压作为给定电压。比较桥的另一回路由7-16VDe、1Re组成。7-16VDe二极管每个约有0.6伏正向压降，其值几乎不随流过电流的大小而变。故可看作一个个串联的小稳压管。波段开关1Ke将连接点逐个引出，分十档自由选择所需的稳定电压。当输入电压增加使7-16VDe都正向导通以后，1Re上的电压也随之增加。而7-16VDe的正向压降几乎不变。就以1Ke所选稳定电压（1Ke所选档以下的二极管正向电压总和）与正比于可控桥输入电流的1Re上的电压之和作为比较电压。可控桥输入电流未达限制值时，比较电压小于给定电压。因19VDe反偏，9-1

33、0端无过励限制信号输出。一旦可控桥输入电流达限制值，比较电压就大于给定电压，19VDe开通，9-10端输出正比于输入电流的过励限制信号。过励限制输出信号与控制方式切换电路输出的控制信号UK并联后，送入移相触发电路的移相控制端。此信号大于并联的控制信号Uk时，Uk不产生移相，而完全由过励限制信号控制移相。限制信号具有限制开放角继续增大的作用，使输入可控桥电流的最大值受到限制。限制值由1Ke调节整定。1Ke处在0档上，因无稳定电压相加，比较电压值较小，需有较大的输入电流才能输出限制信号。因此0档的限制值最大。1Ke处在10档上，相加的稳定电压最大，比较电压值也最大，只需较小的输入电流就能输出限制信

34、号，所以10档的限制值最小。图4-1中，2Re为减小限制信号的交流成分，防止励磁电压波起伏不平衡而设。2Re阻值不大，它并不明显地减慢1Ce的充电速度，保证限制信号有较快的上升速度。而3Re阻值较大，减慢了1Ce的放电速度，以此平滑过励限制信号，减小信号中的交流成分。4.2实验设备实验设备详见表4-1表4-1.实验设备表序号设备名称使用仪器名称数量1ZBL59可控励磁发电系统组件（六）1台2ZBL60可控励磁发电系统组件（七）1台3ZB35真有效值交流电流表3只4ZB36真有效值交流电压表3只5ZB31直流数字电压表、电流表2只6DZB02-2220可调电阻3只7DZB01三相自耦调压器1台三

35、相交流电源1路4.3实验内容与步骤1过励限制特性实验接线见图4-2。按图示要求接入三相自耦调压器、交流电压表、交流电流表和负载电阻1R、2R、3R。电流互感器二次电流在3RT、4RT上形成的三相交流电压是过励限制的输入电压，分别为U4-5、U5-6、U6-4，三相电流值相同时，三相电压值也应相等。在输出端9-10接入直流电压表用于测量输出电压U9-10。波段开关1Ke置于5档位置，将三相调压器调至零输出位置，电源开关处于断开状态，接线完毕检查无误后，接入三相交流电源。2 合上交流电源开关调节三相调压器，逐步增加输入TR原边电压至100V，注意观察电流表和电压表的变化情况，调节R1、R2、R3使

36、三相电流对称，然后按表4-2所对应各点电流改变值记录过励限制的输入输出参数。 图4-2 过励限制特性实验接线图3调压器置零输出位置，切断三相交流电源，调节整定过励限制值的波段开关置于“0”档位置。4记录绘制限制特性：断开5TA、6TA与过励限制电路输入端4、5、6的连接导线，将三相调压器输出端a、b、c直接接到过励限制输入端4、5、6，作为输入电压Usr，合上三相交流电源开关，按表4-2调整三相调压器改变输入过励限制电路的交流输入电压Usr，逐点测试记录过励限制输入电压Usr与输出电压Usc的对应值，测试数据正确记入表4-3中（注意：三相调压器输入过励限制电路的电压不应大于17V，三相电压应对

37、称均匀）。表4-2.测试记录表IB（A）1090807060504030201U4-5（V）10.38.877.996.9576.3285.4574.6043.5892.6931.547U5-6（V）9.638.467.7086.9556.3385.5844.1653.4052.8471.985U6-4（V）9.498.137.326.4175.8365.0943.8553.303.011.501U9-10（V）26.3728.6429.2330.2531.5731.2029.2428.6527.3627.01表4-3过励限制特性测试记录表整定开关置“0”档Usr（V）11.412.013.0

38、14.015.016.0Usc（V）29.4329.5630.0630.2330.6530.91整定开关置“5”档Usr（V）7.99.010.011.012.013.0Usc（V）28.7528.5528.2129.5130.2430.25整定开关置“10”档Usr（V）4.36.07.08.09.09.5Usc（V）22.5122.4022.4922.5022.6523.115 再将过励限制整定开关分别置于“5”档和“10”档时，按上面第4步分别测出二组数据记录在表4-3相应的表格中。结 论在课题完成之际，对可控励磁发电系统实验的设计有以下几点心得: 1.我国同步发电机励磁控制研究已经取得

39、了很大的成绩,但一些最初的难题还没有得到满意的解决,而电力系统的大规模联网、市场化运作等又对此提出了新的挑战。身为祖国培育出的电气工程方面的学子深感肩上责任的伟大，而以后即将进入电力行业工作的我们更是要脚踏实地的工作和学习，集我国广大科研工作者之力，一起推动我国电力事业的蓬勃发展。 2.发电机励磁控制系统是电力系统的重要组成部分，而同步发电机励磁控制则是提高电力系统稳定性最经济最有效的技术手段之一。针对发电机励磁控制系统的强非线性特点，通常采用的方法是对其进行线性化处理。但是当系统状态远离平衡点时，用平衡点局部线性化方法设计的控制器可能控制效果不理想。近年来，随着非线性控制理论的迅速发展，特别是以微分几何为代表的精确反馈线性化方法的迅速发展，从理论上较好地解决了非线性控制系统的大范围线性化问题。 3.随着智能控制理论的迅速发展，模糊逻辑励磁控制、基于规则(专家系统)的励磁控制、人工神经网络励磁控制、基于迭代学习算法的励磁控制等许多先进控制策略被广泛地应用到发电机励磁控制中。在人工智能应用于励磁控制时，并不需要被控对象精确的数学模型，其控制效果是由控制规则及其对系统运行变化的适应能力决定的。近年来，模糊控制技术得到了越来越多的重视，模糊控制不依赖对象的数学模型，鲁棒性好，简单实用，可以离线形成控制表存储在控