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同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析自动装置课设-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN设计报告一．设计题目同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析二．原始数据：发电机型号：QFS-125-2基本数据：额定容量：（MW）125 转速：3000 额定电压：（KV）功率因数：效率：（%）额定电流：（A）6150励磁数据：空载励磁电流（A）：630 满载励磁电流（A）：1635空载励磁电压（V）：91 满载励磁电压（V）：265参数：定子线圈开路时励磁线圈时间常数（s）转子电阻(75℃)(Ω)：(R75℃ =15℃ )电压降之和:ΔU=3KC =2三.设计内容:主回路设计:1.励磁方式选择---自并励励磁方式2.励磁变压器选择1)变压器的变比 K=U1N/U2N变压器原边电压 U1N=UGN=变压器副边电压-------U2N按强励工况选择XK=UK%UN2/100SN=ΩULQ=2ULM=2×265=530(V)ULQ=αMIN－3/∏×XKULQ/R75℃－ΔUU2=U2N= U2/=(强励时机端电压是额定电压的80%-85%)符号说明ULQ 强励工况下的励磁线圈两端电压ULM 额定满载励磁电压U2 二次侧实际机端电压αMIN 强励时可控控制角,一般为5-10度,初算时可设为0度XK 换流电抗,对于变压器供电方式,取它等于变压器漏抗ΔU 电压降之和2)额定电流下容量的选择---(全控桥)I2N=(2/3)ILM=(2/3) ×1635=1335AS=3U2NI2N=1544A符号说明I2N 交流侧额定电流ILM 满载额定励磁电流S 变压器容量3)变压器接线方式的选择一次侧角接,二次侧星接3.起励问题及计算起励方式:采用厂用电起励方式起励容量 SQ=1/40ULMILM=1/40×265×1635= 起励电压 UQ=1/4ULM=1/4×265=符号说明: ILM额定满载励磁电流4.整流元件参数的确定及选择---全控桥1)(按强励工况选择)硅元件额定电流整流桥直流侧电流 I=KCILM=2×1635=3270A桥臂平均电流 IAV=1/3I=1/3×3270=1090A强励正向平均电流 I2AV=KI×IAV=×1090=2725A(安全系数KI=2)可控硅额定电压选择桥臂反向工作电压瞬时值 UQF=2U2N=944V硅元件反向工作电压瞬时值UGF=KUKCGKBUQF=3×××944=3886V参数说明KU 电压裕度系数,取2以上KCG 过电压冲击系数,取电源电压升高系数,取 3)冷却方式风冷5.主回路保护配置1)整流元件的过电流保护: 快速熔断器2) 过电压保护:抑制关断过电压交流侧副边的过电压保护采用压敏电阻,阻容吸收电路(压敏电阻:当电阻两端所加的电压达到阈值时呈低电阻特性,可散热)3) 转子过电压保护:采用切换采样式一点接地保护6. 灭磁问题为了消除励磁回路里残留的磁场能量,励磁回路装设两个灭磁开关MK1,MK2.正常运行时MK1合,MK2开灭磁工作时MK1开,MK2合,利用所串电阻消耗能量性能分析报告应用控制理论的各种分析方法分析所设计的励磁控制系统的性能,并给出典型运行方式下的最佳参数整定值,要求打印主要分析曲线及计算结果,分析空载情况.自并励励磁控制系统的性能分析(根轨迹分析方法)设图中励磁控制系统的参数如下:TA=0S , TD0=, TR=, TZ=1/300S, KQ=KR=KZ=1由图可求得系统的开环传递函数为其中 K=895KAKZKG=895KA开环极点为 P1=, P2=-25, P3=-300 它们是根轨迹的起始点分母展开的多项式为: S3++7539S+900MATLAB程序如下>>num=[0 0 0 895]>>den=[1 7539 900]>>rlocus(num ,den)根轨迹的图如下系统的稳定性能分析由1+G0(Jω)=0可得ω2+900+K+Jω(-ω2+7539)=0 即ω2—7539=0ω2+900+K=0此时: ω= K= 即KA=K/895=结论:当 0<KA<时此系统保持稳定.此数据说明同步发电机励磁控制系统主回路采用自并励励磁方式KA的取值较广，稳定性较高.。
同步发电机自动励磁调节装置的设计本文将介绍《同步发电机自动励磁调节装置的设计》的主题和目的，并说明该装置在电力领域的重要性和应用价值。
同步发电机是一种广泛用于发电厂和电力系统中的发电设备。
为了保持同步发电机的稳定运行，必须对其励磁进行有效控制和调节。
励磁是指通过电磁场使发电机产生电磁力，进而产生电能的过程。
励磁调节装置的设计就是为了实现对发电机励磁电流的自动调节和控制。
同步发电机自动励磁调节装置在电力系统中具有重要作用。
首先，它能够确保发电机的励磁电流始终处于适当的范围内，以保证发电机的工作效率和发电能力。
其次，它还能够对发电机的励磁进行实时监测和调整，以应对电力系统的变化和故障情况。
同时，自动励磁调节装置还可以提高电力系统的稳定性和可靠性，减少对人工干预的依赖。
由于同步发电机自动励磁调节装置的设计具有重要的实际意义和应用价值，因此对其进行深入研究和设计是非常必要的。
本文将对该装置的设计原理、控制策略和实施方法进行详细介绍，以期能够为电力系统的稳定运行和高效发电做出贡献。
接下来的章节将对不同方面的设计要点进行阐述，包括设计原理、系统结构、控制要求和实施步骤等内容。
通过对这些方面的深入研究和理解，读者将能够掌握同步发电机自动励磁调节装置的设计技术和应用要点。
背景接下来的章节将对不同方面的设计要点进行阐述，包括设计原理、系统结构、控制要求和实施步骤等内容。
通过对这些方面的深入研究和理解，读者将能够掌握同步发电机自动励磁调节装置的设计技术和应用要点。
背景概述同步发电机的基本原理和励磁调节的作用，以及现有的励磁调节装置存在的问题和局限性。
概述同步发电机的基本原理和励磁调节的作用，以及现有的励磁调节装置存在的问题和局限性。
详细介绍同步发电机自动励磁调节装置的设计方案，包括控制原理、硬件组成、软件算法等方面。
1.控制原理同步发电机自动励磁调节装置的控制原理是通过监测发电机的输出电压和频率，并根据预设的目标值进行自动调节励磁电流，以维持稳定的电压输出。
1250KVA船用轴带发电机励磁控制系统改造简介 我司“向泰”轮是一艘1986年4月由前东德Ver Warwowwerft wame建造的集装箱尾机型船舶，船长：165.5m，型宽：23.05m，型深：13.4m，船舶总吨位：13 769t，载箱量：950TUE。
船舶主要动力系统：配备前东德VEB Diesel Motorenwerk Rostock生产的K5SZ70/125BL船舶柴油主机一台，推进系统采用液压变螺距装置。
电力系统：配备2台8VDS26/20AL-2和1台6VDS26/20AL船舶柴油辅机，驱动3台型号：S450L6 885KVA无刷发电机，同时配备DGASO 5621-6N 1250KVA船用轴带有刷发电机一台。
2007年，我司从船舶二手市场购入该船后，一直从事东南亚和中日韩航线的集装箱运输。
船舶港内航行通常使用柴油发电机组，海上航行使用船舶轴带发电机组，以获得最经济的航行Marine Technology航海技术图1航海NAVIGATION5657航海NAVIGATION成本。
一、船舶轴带发电机主要参数及原理 1．轴带发电机主要参数： 发电机型号：DGASO 5621-6N 生产厂家：VEB ELEKTROMAS CHINENBAU DRESDEN 额定功率：1 250KVA 额定转速：1 000RPM 额定电压：390V 额定电流：1850A 额定频率：50Hz 功率因数：0.8 励磁电压：95V 励磁电流：210A 2．轴带发电机励磁系统组成及工作原理： 轴带发电机励磁系统原理图见图1。
该轴带发电机励磁系统采用单相桥式半控带电流复励的有刷自励恒压励磁系统，系统分别由扼流圈单元、功率单元、功率保护单元、调节单元、复励单元、复励变压器等部件组成（图2）。
轴带发电机励磁系统的基本工作原理： 由发电机R相与零线构成的URO 220V电压经扼流圈单元中的两个扼流圈（空心电抗器）后送功率单元，经功率单元内的单相桥式半控整流器整流后，作为励磁系统的自励分量给发电机励磁绕组供电。
励磁系统设计方案论文文励磁系统设计方案论文文随着技术的不断发展和应用的广泛推广，励磁系统作为常见的电力系统组成部分，正在逐渐受到越来越多的关注。
励磁系统是电力系统中一个重要的控制系统，它在保证发电机稳态运行的同时，也对电网质量提供了保障。
本文旨在介绍励磁系统设计方案的设计思路、该设计方案的优点及实现过程中需要注意的一些问题。
一、设计思路1. 励磁系统的基本组成在设计励磁系统的过程中，需要对励磁系统的基本组成有一个清晰的认识。
一般情况下，励磁系统主要包括以下几个部分：电源、调节器、传感器等。
其中，电源是为励磁系统提供电能的组成部分，调节器是通过控制电磁铁使输出电压和电流满足发电机所需的励磁系数的部分，传感器是通过检测发电机极端电势（或磁通）来提供测量信号的部分。
2. 励磁系统配置方式的选择在确定励磁系统的配置方式时，需要考虑多方面的因素。
一般来说，励磁系统的配置方式可以分为两种：直接励磁和间接励磁。
其中，直接励磁是指将励磁调节器直接连接到发电机的励磁绕组上，而间接励磁则是指在发电机的励磁绕组输出端加上串联的变压器，再将励磁调节器连接到变压器的输出端。
从以上两种励磁系统配置方式中的选择，应根据实际的需要，结合环境条件、使用经验、可靠性以及经济性等多方面综合考虑。
3. 励磁系统的控制方案在确定励磁系统的控制方案时，需要考虑多方面的因素。
一般来说，励磁系统的控制方案可以分为两种：自动励磁控制和手动励磁控制。
其中，自动励磁控制是指通过设置相应的控制策略和算法，对励磁调节器所控制的发电机励磁电流、电压进行自动调节的方式。
而手动励磁控制则是指通过人工干预，对励磁调节器所控制的发电机励磁电流、电压进行手动调节的方式。
从以上两种励磁系统控制方案中的选择，应根据实际的需要，结合环境条件、使用经验、可靠性以及经济性等多方面综合考虑。
二、实现过程1. 技术方案在设计励磁系统的技术方案时，可以根据具体的应用场景，选用不同的发电机、调节器、传感器等组成部件。
绪论1 绪论1.1 题目来源来源于生产/社会实际1.2 研究目的和意义近年来，随着电力系统的发展，大机组的出现，要求励磁调节器具有更高的技术经济指标、更加完善的控制功能。
早期的机电型调节器、电磁型调节器、半导体调节器都越来越不能适应当今同步发电机励磁自动调节系统的发展。
目前，由于大规模集成电路和微机技术的迅猛发展，由硬件和软件组成的微机调节器己成为今后的发展方向。
优良的励磁调节系统有能提高系统的静稳定储备，防止励磁过分降低，提高继电保护灵敏度，快速灭磁等功能，能较好地使电力系统在稳定状态下运行并有较强的抗干扰能力。
本系统采用MSP4300F149单片机为主控芯片，设计的微机励磁调节器将会作为励磁自动调节系统发展的一个新的方向。
1.3 国内外现状和发展趋势1.3.1 励磁功率系统的发展50年代初期，汽轮发电机的励磁主要是采用直流励磁机系统。
直流励磁机的容量受机械强度和换向电压等电气参数的影响，其最大功率取决于 nP=1.8 X 106 (1-1)式中 P——直流励磁机的最大功率，kW；n——直流励磁机的转速，r/min。
由于直流励磁机与汽轮发电机同轴旋转，即n=3000 r/min，则励磁机的最大功率P为600kW。
对于励磁功率大于600kW的汽轮发电机，无法采用同步直流励磁机系统。
后来，交流励磁系统逐渐发展起来。
同步发电机励磁自动调节系统设计在交流励磁系统的发展过程中，先后出现了他励交流励磁机系统，自励和自复励静止励磁系统。
图1-1他励旋转硅整流励磁系统图1-1所示为交流励磁机系统，其励磁功率电源可靠，不受电力系统或发电机端短路故障的影响，即励磁功率电源取自发电机以外的独立的并与其同轴旋转的交流励磁机，故称为他励。
他励交流励磁机系统比起直流机励磁系统，容量增大了，能提供较大功率。
在直流励磁系统之后很长一段时间内，他励交流励磁机系统占有很重要的地位。
由于他励交流励磁机系统仍有转动部分，维护不方便，且与发电机同轴，增大了发电机和厂房体积，使投资大大增加，不利于今后的发展，于是自励和自复励静止励磁系统便发展起来。
船舶无刷同步发电机励磁系统的基本原理
船舶无刷同步发电机励磁系统是现今船舶上共轭励磁系统的主要成分，其配置主要由1颗船舶助力发电机组成，结构相对简单，具有体积小，重量轻，稳定性高，功能全面，操作灵活等优势。
它是一种恒定小特性无刷同步发电机组成的船舶共轭励磁系统，同步发电机该系统中用到的是小型、低转速、定子绕组永磁铁芯和定子陶瓷芯材料，有效地降低了发电机的重量，降低了发电机的制造成本，提高了发电机的效率，延长了发电机的使用寿命。
船舶共轭励磁系统的控制模式是典型的PWM型控制，即按照船舶助力发电机的负载特性，利用PWM的技术调节发电机的转速，调节发电机的输出功率，以达到负载特性的最优化。
船舶无刷同步发电机励磁系统的励磁电路中采用的是双模式的励磁控制，其中一个是由船舶助力发电机提供电能进行励磁，另一个模式则是利用外接电源提供电量进行励磁。
因此，这种系统既可以在船舶运行期间使用外接电源提供电能进行励磁，也可以在船舶停止运行时，使用船舶助力发电机提供电能进行励磁，可以较好地满足船舶的励磁需求。
此外，该系统还可实现空调用电，隔离变压器抗干扰，提升船舶及用电负荷的安全性及供电系统相关参数的发挥。
因此，船舶无刷同步发电机励磁系统技术具有巨大的潜力和广泛的应用前景，扮演着越来越重要的角色，在助力系统和船舶发电系统中得到了越来越多的应用。
同步发电机励磁自动控制系统设计摘要随着电力行业不断发展和机组单机容量的增大，对机组的要求是越来越高，不仅仅是机组的可用率、运行效率和安全性，对机组的可靠性与经济性也提出了更高的要求。
励磁系统作为发电机的核心控制系统，它的运行状态直接影响发电机运行可靠性与经济性。
因此，保证励磁系统安全、可靠的工作是十分重要的。
对励磁系统进行状态监测与诊断不仅能够提高设备维护的经济性，还能显著提高系统的可靠性。
在本论文中，通过分析了同步发电机励磁系统的工作原理，运用飞升曲线法建立了励磁控制系统的动态数学模型，运用工程设计法设计出闭环控制系统的调节器。
组建了同步发电机励磁自动控制系统，完成系统调试。
实验结果表明该数学模型和控制算法是合理的。
然后分析了同步发电机自励励磁系统的不足,提出一种新型斩波控制励磁系统。
分析了这种系统的工作原理,建立了各个环节的数学模型,利用工程设计法设计出相应的调节器,根据反馈控制原理组建了自励自动控制系统。
仿真结果证明了本文提出控制方案的可行性,为励磁改造和优化提供了一定的理论指导意义。
关键词：同步发电机；飞升曲线法；工程设计法Design of automatic control system for synchronous generator excitationAbstractWith the power industry will continue to development and unit capacity increasing, the requirement of the unit is more and more high. Not only is the unit availability, operation efficiency and safety of, also put forward higher requirements on the unit reliability and economy. As the core control system of generator, the operation state of the excitation system directly influences the reliability and the economy of generator.Therefore, it is very important to guarantee the safety and reliability of the excitation system.. The state monitoring and diagnosis of excitation system can not only improve the economic performance of the maintenance, but also improve the reliability of the system.In this paper, through the analysis of the working principle of the excitation system of synchronous generator, using upwards curve method to establish the dynamic mathematical model of excitation control system, a closed loop control system of the regulator using the engineering design method is adopted to design. The automatic control system of generator excitation is established, and the system is debugged.Experimental results show that the model and control algorithm are reasonable.And then analyzes the lack of self excitation of synchronous generator excitation system, puts forward a new type of chopper control excitation system. Analysis of the working principle of this system, all aspects of the mathematical model are established, and the engineering design method design corresponding regulator, according to the feedback control principle of formation of the automatic control system of self. The experimental results prove the feasibility of the proposed control scheme, and provide some theoretical guidance for the excitation and optimization.Key words:synchronous generator; soaring curve; engineering design目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 励磁系统概述 (1)1.2 励磁系统的分类 (2)1.2.1 直流励磁机系统 (2)1.2.2 他励交流励磁机系统 (2)1.2.3 静止并励励磁系统 (2)1.3 励磁系统状态监测发展前景 (3)2励磁系统的建模分析 (4)2.1 建模方法简介 (4)2.2 飞升曲线法简介 (5)2.3 本次实验的方法及数据处理 (7)3 控制器的设计 (10)3.1 PID励磁控制 (10)3.2 励磁调节器的 PID 算法 (10)3.3 调节器的工程设计方法 (11)3.3.1 工程设计方法的基本思路 (12)3.3.2 典型Ⅰ型系统 (12)3.3.3 典型Ⅱ型系统 (14)3.4 励磁控制系统的设计 (16)3.4.1 PID电压调节器参数整定 (17)4 开关式自并励励磁系统的硬件设计 (18)4.1 同步发电机励磁自动控制策略 (18)4.2控制器的设计与应用 (18)4.2.1 PWM调制器 (18)4.2.2 驱动电路 (22)4.3 机械功率输出部分的设计与应用 (24)4.4 开关式并励励磁系统功率主回路的设计与应用 (25)4.4.1 降压斩波电路简介 (25)4.4.2 功率回路分析 (27)4.5 检测控制单元 (29)5 励磁自动控制系统的仿真及结果分析 (29)5.1 动态特性试验 (30)5.2 直流电源起励方式 (30)5.2.1 起励流程 (30)5.2.2 国家相关标准 (31)5.2.4 MATLAB仿真图 (32)5.3 抗扰动特性试验 (32)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)1 绪论现实生活中，越来越多的同步发电机系统应用于像电站、工厂、舰船等独立供电系统之中。
