课题：励磁控制系统主回路设计及系统性能分析专业：电气工程及其自动化
班级：4班
学号：
姓名：
指导教师：
设计日期：2016.5.30-2016.6.8
成绩：
自动装置励磁系统设计报告
一、设计目的
1、回顾发电机励磁控制系统主回路的设计原理。
2、进一步了解发电机励磁控制的系统性能分析。
3、学会建立发电机励磁系统的数学模型。
二、设计要求
励磁控制系统的动态特性如上升时间、超调量、调整时间等都要满足要求。因为本设计主要针对PID 调节在励磁控制中的作用，因此设计方案设有无PID 调节励磁控制和有PID 调节控制两个方案，并进行对比，分出优劣，选取效果极佳的方案。
2号题：发电机型号QF —25—2
基本数据：额定容量（MW ）：25 转速；3000
额定电压（KV ）：6.3 功率因数cosø：0.8
额定电流：（A ）：2860 效率（%）：97.74
励磁数据：空载励磁电流（A ）：149.4 满载励磁电流（A ）：372
空载励磁电压（V ）：62.5 满载励磁电压（V ）：180
参数：定子线圈开路时励磁线圈时间常数（s ）：11.599
转子电阻：（75℃）（Ω）：0407（
c 75︒R =1.24c 15︒R ）
电压降之和ΔU=3 三、设计过程
1、系统概述
（1）设计发电机励磁控制系统的数学模型，并以PID 控制方式，搭建仿真模型。
（2）性能分析： 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。
（3）主回路设计
主回路设计包括：励磁方式选择；励磁变压器选择；起励问题及计算；整流元件参数确定及选择；主回路保护配置；要求绘出励磁系统主回路原理图。
励磁方式：自并励方式
励磁控制系统分为直流励磁机励磁系统、交流励磁机励磁系统和发电机自并励系统。在这里励磁方式我选择自并励励磁方式。
（4）发电机自并励系统的主要优点是：
a.励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分，维护费用省，可靠性高。
b.不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，这样可减小基建投资。
c.直接用晶闸管控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度，可近似认为具有阶跃函数那样的响应速度。
由于自并励励磁方式具有上述优点，所以励磁方式采用自并励励磁系统。
（5)磁变压器选择
由由于同步发电机的励磁电压教端电压低得多，所以自并励系统中一般都需设置励磁变压器进行降压。其主要作用：
a.使晶闸管工作时的导通角大小适当，控制教、较稳定。
b.降低整流元件的电压等级。
c.使整流回路、控制回路、励磁绕组三者都机端隔离，降低了回路对地的电位和对绝缘的要求，有利于安全运行并减少日常维修工作。
2、计算与分析过程
（1）变比k ：
变压器二次侧电压l U 的确定：
取=α0°，c K =2，)(e fd U =180V ，)(e fd I =372A ，ΔU=3，取k X =0.06 由公式：U X I K U K U k e fd c e fd c l ∆++=+⨯)()(min 32cos 135.1π
α得 306.037223180221135.1+⨯⨯⨯+⨯=+⨯π
l U l U 35.1=405.627 ∴l U =300.465V
已知1U =6.3KV ∴变压器变比k=
21465
.30010003.6=⨯ （2）变压器的容量计算
]1300675.0306.03723180arccos[]1675.03arccos[)(-⨯+⨯⨯+=-∆∑+⨯⨯+=ππαl k fd e fd U U X I U =89.49°
∵3
π≤α≤π ∴]3724972.0[15.1][15.1)(⨯-=-=πππαπe fd l I I =303.36（A ）
∴整流变压器的容量为：)(158.036.303465.30033MVA I U S l l =⨯⨯==
（3）接线方式
变压器的接线方式选择Y/Δ-11接线方式，即一次侧为Y 接，二次侧为Δ接。一次侧为Y 接的三相绕组中，三次谐波电流不能流通，即变压器励磁电流中不含有三次谐波而接近正弦波，二次侧为△接，是为了避免发电机侧的谐波影响励磁系统侧的波形，或避免由励磁系统产生的谐波影响到发电机侧，所以变压器的接线方式其中有一侧必须接成角形。
（4）系统三种典型运行方式计算（选做）
一般按空载、额定、强励三种工况进行计算，计算的目的是看这些控制角是否在一般所希望的范围之内，并在调试中将实测的与计算的相比较。
空载时： A I I V U U fd fd fd fd 4.149,5.62)0()0(====
]1300
675.0306.04.14935.62arccos[]1675.03arccos[)0(-⨯+⨯⨯+=-∆∑+⨯⨯+=ππαl k fd fd U U X I U =129.37°
)(06.74306.04.1493
5.623
)0()0()0(V U X I U U k fd fd d =+⨯⨯+=∆++=∑ππ
额定运行时： A I I V U U e fd fd e fd fd 372,180)()(====
]1300
675.0306.03723180arccos[]1675.03arccos[)(-⨯+⨯⨯+=-∆∑+⨯⨯+=ππαl k fd fd e U U X I U =89.49°
)(31.204306.03723
1803
)()()(V U X I U U k e fd e fd e d =+⨯⨯+=∆++=∑ππ
强励运行时： A I K I V U K U e fd c fd e fd c fd 744,360)()(====
]1300
675.0306.07443360arccos[]1675.03arccos[)(-⨯+⨯⨯+=-∆∑+⨯⨯+=ππαl k fd fd q U U X I U
