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)的分析與校正設計的4個步驟：建模，分析，校正（傳遞函數設計，校正電路設計），校核一 勵磁控制系統(tǒng)數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）解析法建模1 同步發(fā)電機在額定轉速下，發(fā)電機空載時，忽略鐵心飽和的影響，近似記為 由氣隙特性決定，即 （1）式（1）中，空載勵磁電流對于勵磁繞組，由 得 （2）式（2）中，勵磁繞組在定子繞組開路條件下的時間常數。由式（1）、（2）得發(fā)電機機端電壓與勵磁電壓的動態(tài)關系 因 ，空載勵磁電壓故 （發(fā)電機參數：取，）2 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。類似于與的

2、關系，可得主勵磁機機端電壓與其勵磁電壓之關系式中 三相整流橋可看作比例環(huán)節(jié) 不計負載效應，將主勵磁機和整流橋合并，得 式中 （勵磁機參數：，。發(fā)電機空載時）3.三相全控橋和移相觸發(fā)電路對三相全控橋 式中 永磁式副勵磁機機端電壓，在額定轉速下，（取200v）對余弦移相觸發(fā)電路 式中 控制電壓，同步電壓有效值，同步變壓器變比（取13）。綜上可有 即 式中 4、串聯(lián)校正單元式中 串聯(lián)校正環(huán)節(jié)傳遞函數。校正前取 5測量單元 式中 低通濾波器傳遞函數。（，）在上圖中，運放a1的注入電流反饋電流 由 可得 其中 ， （可取1）忽略負載效應，機端電壓測量環(huán)節(jié)的傳遞函數為 式中 6綜合單元式中 。7、系統(tǒng)模型

3、框圖 忽略各單元之間的負載效應，可得全系統(tǒng)的模型框圖：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)數值為基準，可求得各環(huán)節(jié)的標幺增益?zhèn)鬟f函數。例如，對發(fā)電機環(huán)節(jié)可有 由，得 類似有 設的穩(wěn)態(tài)增益等于1，則，由本題目數據計算，得（當發(fā)電機空載運行時，）系統(tǒng)標幺增益模型為：圖中，為系統(tǒng)標幺開環(huán)增益。如近似認為測量環(huán)節(jié),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：自然調差率 式中，為發(fā)電機的空載電壓，為發(fā)電機帶額定無功功率負荷時的端電壓

4、。（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）的最大超調量，調節(jié)時間 。對應的頻域性能指標：增益裕量 ，相位裕量 。三、校正前系統(tǒng)分析1開環(huán)放大倍數由 為滿足穩(wěn)態(tài)性能要求，系統(tǒng)開環(huán)放大倍數為 2 校正前系統(tǒng)分析以采用單位反饋模型為例。取，。校正前系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為繪制伯德圖進行分析,得：幅值裕量 相位裕量 剪切頻率 上機仿真計算單位階躍響應，得最大超調量 5%誤差調節(jié)時間 可知校正前系統(tǒng)不滿足設計指標要求。四、系統(tǒng)校正1校正電路采用串聯(lián)滯后超前校正環(huán)節(jié)。一種校正電路為：滯后環(huán)節(jié) 超前環(huán)節(jié)其傳遞函數為：式中 。 ，, ，2校正環(huán)節(jié)傳遞函數參數 （1）超前環(huán)節(jié)設計： 取相位裕量裕度。超前環(huán)節(jié)應提供的超前相位 。則 近似取超前環(huán)節(jié)中心頻率 （或者按教材：取未校正系統(tǒng)伯德圖上增益為處的頻率）則故 （2）滯后環(huán)節(jié)設計：取滯后環(huán)節(jié)轉折頻率：則 秒取，則 （3）校正環(huán)節(jié)合成傳遞函數 3電路元件參數 建議取 則 取 ，則 取 ， 則 ，取 根據實際元件參數可得校正環(huán)節(jié)實際參數：， 校正環(huán)節(jié)實際傳遞函數： 五校核校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為即