同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的分析與校正

1、同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的分析與校正設(shè)計的4個步驟：建模，分析，校正（傳遞函數(shù)設(shè)計，校正 電路設(shè)計），校核勵磁控制系統(tǒng)數(shù)學模型勵磁控制系統(tǒng)=同步發(fā)電機+控制器+勵磁系統(tǒng)（交流勵磁機）（交流勵磁機）NMESu_ g ugrvs I .mfSE比較放大4圖1勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解析法建模同步發(fā)電機uGfif同步發(fā)電機空載特性曲線在額定轉(zhuǎn)速下，發(fā)電機空載時，忽略鐵心飽和的影響，近似記 為ug = f (if)由氣隙特性決定，即(1)u = k i式(1)中，k牝UGn G if 0f 0 空載勵磁電流 TOC o 1-5 h z 對于勵磁繞組，由（Rf+ Lfs） If （s）= ug （s）得11/R(

2、2)1 f - R + L s - 1 + TsGff fd 0式（2）中，八=上一勵磁繞組在定子繞組開路條件下的時間常 d 0 Rf數(shù)。由式（1）、（2）得發(fā)電機機端電壓與勵磁電壓的動態(tài)關(guān)系U =當 U =kGUG 1 + T s Gf I + T s Gf d 0d 0因R fM Gf 0 . f 0 ，Gf 0空載勵磁電壓故ik Gn - f 0 GnG ST偵偵（發(fā)電機參數(shù)：取 T0 T0.42s， u 18000V, UGf0 177V ）主交流勵磁機和三相整流橋同步發(fā)電機空載時，交流勵磁機的負載較輕，可以忽略主勵磁機 鐵心飽和的影響。類似于 g與 Gf的關(guān)系，可得主勵磁機機端電壓

3、m與其勵磁電壓u mf之關(guān)系mkm - 1 + TE S 河mf 0小-u 式中 k日mnE Umf 0三相整流橋可看作比例環(huán)節(jié)U=1.35UGfm不計負載效應(yīng)，將主勵磁機和整流橋合并，得u廣tX七式中 k = 1.35k EE（勵磁機參數(shù)：Tmf 0u = 800V，u 寸 0 = 75V。 發(fā)電機空載時,mf 0u = u/k = 12.29 ）三相全控橋和移相觸發(fā)電路 對三相全控橋u = 1.35u cos a式中us永磁式副勵磁機機端電壓，在額定轉(zhuǎn)速下，us三usn（取200V）對余弦移相觸發(fā)電路uuu - ka = arccos c = arc cos c = arccos j2u2

4、 /2uksy式中u控制電壓, c器變比（取13）。綜上可有同步電壓有效值，k 同步變壓syu = 1.35u k / 挪式中 k = 1.35ksy4、串聯(lián)校正單元U = G (s)U式中 G (s)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。校正前取G (s) = 15 .測量單元uGfug圖2電壓測量環(huán)節(jié)U = 1 - 1 - k - k U = k UWR kkVZ WR G R G式中(KTVU = G (s)U gAiWRGai (s)低通濾波器傳遞函數(shù)。i8000 = i80，K = i00 = 5，K = i.35，T0，,，在上圖中，I (s)=sR + R 11(反饋電流KTS 20vz運放A1

5、的注入電流ics十csUWRi Ai Cs1R1 +由Is (s) + If (s)機 0KWR=0.373 )1R2C s + 2Ri iii UR g2可得WR12Ri Ci i s +1 rUWRU = RJ2 R1 U =k、RUgR C . wr t s +1 WR1 1 s +1R2RC 其中TR - 21,k R = r2 /2 R1 （可取 1）忽略負載效應(yīng)，機端電壓測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為式中kR = k r k 二6 .綜合單元U = (-*4)( R3)(U+ U ) = R4 (U + U ) = K (U + U )p R R gr g R gr g p gr g式中 K

6、 = R4 R3。7、系統(tǒng)模型框圖忽略各單元之間的負載效應(yīng)，可得全系統(tǒng)的模型框圖:UpUcUkE m?UGfkGkpG (s)kamf1 +1, sUgkR+ gr1+TRs為分析方便，可化為標幺增益的形式。以各環(huán)節(jié)額定空載情況下 輸入輸出變量穩(wěn)態(tài)數(shù)值為基準，可求得各環(huán)節(jié)的標幺增益?zhèn)鬟f函數(shù)。例如，對發(fā)電機環(huán)節(jié)UG =1 W sU d 0可有U / U = kGfo： U Gn U / U G Gn1 + T sGf Gf 0u 由丁戶，得Gf 0G*1 + T s Gf *d 01類似有U = 一 UGf *1 + TS mf*U = 一 _ Ug *1 + T s G*匕* =1=u n，由

7、本題目數(shù)據(jù)計算，得 c 0u=g0 kc 0設(shè)G (s)的穩(wěn)態(tài)增益等于1，則up0kp*u=g0 kp0uu = grgr*u一（當發(fā)電機空載運行時，u冰。m 0u = u = u * k = 10 V）g 0=u心ke =12.29，u 0 = u k = 0.99 V，系統(tǒng)標幺增益模型為:IIIk = g0 k = 10.1k圖中，p* u p p為系統(tǒng)標幺開環(huán)增益。如近似認為測量環(huán)節(jié)Tr= 0，即得到單位反饋系統(tǒng)形式的模型框圖。分析、校正可采用三種不同形式的系統(tǒng)模型:（1）基本系統(tǒng)模型（2）標幺增益系統(tǒng)模型（3）單位反饋模型二、系統(tǒng)性能指標系統(tǒng)性能指標：（1）穩(wěn)態(tài)性能指標 自然調(diào)差率5

8、（%） = G0Gr X 100 = 0.5U式中，U為發(fā)電機的空載電壓，uG0為發(fā)電機帶額定無功功率負荷時的 端電壓。（2）暫態(tài)性能指標:時域性能指標：同步發(fā)電機空載建立額定電壓（單位階躍響應(yīng)）的最大超調(diào)量% 10 dB，相位裕量y 60。三、校正前系統(tǒng)分析1 .開環(huán)放大倍數(shù)X5 = d *由Kp*為滿足穩(wěn)態(tài)性能要求，系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)為K = x / = 1.1/0.005 = 2202.校正前系統(tǒng)分析以采用單位反饋模型為例。取K * = 220，G (s) = 1。校正前系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G (s) =p*0(1 + T s)(1 + T s)(1 + T s)d 0mf 0R繪制伯德圖

9、進行分析，得：幅值裕量K = 7.483dB 10dB相位裕量丫 = 6.06。 155%誤差調(diào)節(jié)時間t = 17.6秒 5秒 可知校正前系統(tǒng)不滿足段計指標要求。四、系統(tǒng)校正1.校正電路采用串聯(lián)滯后一超前校正環(huán)節(jié)。一種校正電路為:滯后環(huán)節(jié)其傳遞函數(shù)為：七氣C 2G (s) = (，+打)- + ) = G 卅(s)G_(s) c1 +叫s T+oJTs滯后 超前式中 a1。T = C R， T = C R , p = R R，a = R ,R12 622 8567/82 .校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)參數(shù)(1)超前環(huán)節(jié)設(shè)計:G超前(s) = ；取相位裕量裕度0 = 100。超前球節(jié)應(yīng)提供的超前相位中=r

10、- r + 0 = 600 - 6.060 +100 = 63.940。1 一 sin 中a = L = 0.0541 + sin 中C近似取超前環(huán)節(jié)中心頻率s = s = 3.224rad is=ilm(或者按教材：取未校正系統(tǒng)伯德圖上增益為-10lg(1/a )處的頻率)則= 13.874氣二廣=3.224x0 = 0.749 s =a / = 3.224/1 + s_G超前(s)=0749 = 1 + 1.335s1 1 + 0.072s1 + s13.874(2)滯后環(huán)節(jié)設(shè)計:G滯后(s)1= =2 T11 + Ts =11 + p Ts1rocTV取滯后環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)折頻率:則T = 34

11、= 3.102 秒取P =10,則G滯后1 + 3.102s1 + 31.02s校正環(huán)節(jié)合成傳遞函數(shù)1 + Tv叩)=(.(11 + Ts21-aT s2建議取取 R =15MQ5取 R =32kQ，7)J + 3 . 102s 1 + 1.335s)_ l + 31.02s l + 0.072s3.電路元件參數(shù) TOC o 1-5 h z C =22 = 2.2*10-6 g則2R = , T /C = 31.02/(2.2*10-6)= 14.098MQ51/2，貝0 R =R /10 = 1.4M。 R =a T /C =32.68kQ6572/2貝(J R =R M =595.52kQ，取 R =60BQ878根據(jù)實際元件參數(shù)可得校正環(huán)節(jié)實際參數(shù):=華= 3.3秒，“=坦= 1.3 0 秒7校正環(huán)節(jié)實際傳遞函數(shù):G (s) = C1 + C 1 + 33s、.1 +1.3 0 3、7 S).( _)1 + 00 7 0 4 s校核正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G (s) = G (s)G (s)G (s) = ( 1) . ( 1 + 7? ) .即 01 +