第四节 电力系统自动调压器的原理与基本框图 ========基本知识点======== ❖ 自动调压器的功能 ❖ 模拟元件调压器的工作原理 ❖ 自动励磁调节器的静态工作特性 ❖ 自动励磁调节器静态工作特性的调整 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 一、自动调压器的功能 ❖励磁调节器是一个闭环比例调节器。 U U U ❖输入量：发电机电压 或线路送、受端电压 、 g s r I I ❖输出量：励磁机的励磁电流 或是线路电流 L e ❖功能：①保持发电机的端电压不变 ②其次是保持并联机组间无功电流的合理分 配。 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 ❖无自动调压器时，如图2-39 ❖人工不断调整Re 的大小，以达到维持其端电压不变的目的。 ❖人工在调压过程中的作用可用图2-40 中的ab 线段来表示。 ❖人工和发电机形成了一个“封闭回路”。 I e b I E.b + I e R e I r • G U G DE G a I E.a - o U g U gb U ga 图2-39 励磁系统一例 图 2 -40 人工调压的作用 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 规律：当发电机电压 升高时，人工就使 减小；反 U I G e 之， 降低时，就使 增大。 U I g e Ug .a ~ Ug .b 是发电机正常运行时允许的电压变动范围 I e.a ~ I e.b 代表励磁系统一定要具有的调整容量的最低值 当Ug .b Ug Ug .a 时，发电机超出了正常运行范围 ab 线段 是所有自动调压器共有的基本特性 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 ◆有自动调压器时，如图2-42 工作原理：利用U =U g -Urf 作为输入信号，在输出端输 U I U 出一个与 相反的调整电流 ，使调压器的输入量 e g I ab U 与输出量 达到图2-40 中 表示的比例关系。即 下 e g I E U 降时， 增大，发电机的 随之增加，使 重新再回到 e g g 基准值附近； U I E 反之，当 升高时， 减小， 减小， g e g U 使 重新再回到基准值附近。 g 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 二、同步发电机微机自动调压器的程序框图 ❖ 自动调压装置的功率放大元件就是晶闸管的 整流。 ❖ 基本环节：测量、放大、同步、触发，实现 电压调节和无功功率分配 ❖ 当自动励磁调节器退出工作后，由自动切换 装置将手控单元投入。 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 CT G 励磁电源 PT 变压器 调差 SCR 反馈 同步 触发 放大 测量 起励 附加控制信号 手控 稳压电源 图2-25 典型可控硅自动励磁调节器框图 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 1.晶闸管主回路的工作原理 ❖自动调压的晶闸管电路主要是：三相半控桥或三 相全控桥电路 ❖三相半控桥输出电压和触发角的关系： ❖ 1+cos U 1.35U ( ) d ~ 2  ❖改变 大小能改变整流输出电压的大小，从而 调节励磁电流的大小 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 二、微机调压器的同步脉冲和触发脉冲 同步脉冲：保证在晶闸管每次承受正向阳极电压时，向其控 制极发出脉冲， 使晶闸管可靠导通，这时的触发脉冲称为同步脉冲。 同步信号主要取自晶闸管整流装置的主回路，一般用同步变 压器和同步移相 器作为同步信号发生器，以提供具有合适 幅值和合适相位的交流同步信 号。 从发出同步脉冲之后，开始计算触发角，发出触发脉冲，调 节触发角的大小 第四节 电力系统自动调压器与基本框图  I e U 越大， 就越小，增加的励磁电流 就越大，使 重新 g U 回到 附近。 N  的大小由微机的计数功能来完成，在同步脉冲分相到达 后，微机调压器  的相关程序开始分相先后计数，达到所要求的 值就发出 出发脉冲。 3 ．微机调压的原理程序 调压原理：正常运行时，二次调接电压均为零，微机调压器 就按照运行厂给定的 U U  r ，求出电压差 g ，根据此时计算出 ，改变晶闸管整 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 二、TCR 控制原理 TCR 为硅控电抗器，2-51 是单相TCR 原理接线图，用 于控制交流无功电流。 规律：V1 和V2 中的一个在电源电压的正半周导通，另 一个在电源的负半周、相互导通。 触发角的范围：90 90+ 180   当 =90 °时晶闸管全程导通，当 =180 °时，晶闸管 全程关断   导通角 ，截止角270 °— 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 TCR 是晶闸管全波控制调压器 TCR 自动调压器原理：在图2-57 （e ）中，母线 电压互感器引入并加以平方，即图（e ）中的 ，作为 U TCR 调压器的输入量，与经二次调压的参考值 比较， r U U c 1 差值 ，再与限值 相加，其和值进入积分器，当积分 U 2 到达 时，即启动脉冲触发器 PG ，发出触发脉冲，一 者进入二分器，如图（d）所示，轮流触发晶闸管V1 与 V2 ；另者将积分器清零，开始对下一次触发脉冲的积分 计值。 T / 2 k U dt 2f U TCR 调压器正确工作的条件：  1 0 2 0 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 u u u 在运行中，当 降低时， 呈现负值，使 对积分器的输 s c 1 u 入减小，于是积分达到限值 的时间推迟，PD 推迟发出 2  u 脉冲，使 增大，电抗器电流的基波成分减小，以提高 ， s u u2 U 直到 重新为零， 又等于 ，调节过程才会结束。 c r 三、TSC 投、切电容器调压的控制问题 图2-59 （b ）表示用熔断器QF 投、切电容器 C，由于 QF 的投、切都有机械动作完成，需要一些时间长，投入需 要2 个周波，断开需要8 个周波，且有接触电阻等，可 以不按瞬时投、切来处理，而机械装置承受瞬时过电流 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 的能力很强，所以QF 可以直接投、切电容器C，但使 用寿命较短。 图2-59 （c）表示用反接的两个晶闸管投、切补偿电容， 由于两个晶闸管动作较快，投入只需半周波，而管断也 只需一个周波，但本身承受电流的冲击能力低，所以必 须串接一个小电抗器L 来缓解充电电流的冲击。 TSC 没有办法进行平稳调压，所以一般用并联一个同容量的 TCR，用 TCR 均匀地调整容性无功电流，以达到平稳 调压的目的，如图2-61 （a）所示。 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 I 工作原理：开始投入TSC1 的同时，也投入TCR， TCR I TCR 的电流置于最大，总的无功电流为零。调压时， 的 I TSC1 电流逐渐减小，容性电流 就均匀的增加，直到TCR I 关闭，容性电流 TSC1.max ；如果此时电压再降低时，调节 器再将TSC2 同时“投入”，再经过改变以达到调压的目 的。 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 四、模拟调压器的工作原理 1.测量单元（图2-62 ） 作用:按比例的反应发电机端电压对给定值的偏差 构成：测量变压器、整流桥、滤波回路、整定电位器及 测量桥 特性：测量单元输入电压与输出电压之间的关系是线性 的，响应速度快，有较高的灵敏度及测量单元的工作不 受系统频率变化的影响 ①测量变压器 T：由三个单相三绕组变压器组成，并按 Ddy 接线，二次侧两个绕组的线电压相等，并分别接 到两个三相全波整流电路上 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 ②滤波回路：由二级 RC 滤波器组成，保证放大器和触 发器稳定工作 R R 1 2 ③测量桥：由 、 和稳压管VD1 、VD2 组成，如图 2-63 （a ）所示 U2 工作段 A + c VD2 R1 e U2 0 ‘ +a -b 0 U1 U2 (2U2) d -U2 R2 VD1 B 图2-63 测量桥及其特性曲线 （a ）电路图 （b）特性曲线图 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 U  U 工作原理：（1）当输入电压 1 Z 时，VD1 与 VD2 均未击穿，稳压管电流I VD 0 ,则U2 -U1 U  U （2 ） 1 Z 时，VD1 与VD2 均被击穿，且维 持端电压不变，则U2 U1-UZ 2U KU 及KU 令 Z gN g U K (U -U ) KU (KU U ) 则： 2 g gN g g Z 显然利用测量桥的ced 段，可以按比例的测量发 电机电压对其额定值的偏差。 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 R w ——电压整定电位器，单机运行时，用以改变发电机 电压的整定值；在并列运行时，用以调整发电机输出的 无功功率的大小。 R w 图2-64 （a）分析 对测量环节的影响 U2 A n=0 + Rw n=0.5 VD2 R1 n=1 +a -b 0 e e Ud R3 U1 U2 e Ud -U2 R2 VD1 (b) (a) 图2-64测量环节总特性 （a ）电路图 （b）特性曲线图 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 ()U  U 时, 1 Z U U -U ,U U -IR ,I 1 2 1 1 d w R U U d 2 R 1+ w R ()U  U 时， 1 Z U U -2U ,U U -IR , 2 1 Z 1 d w 3U -2U I 1 Z R 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 R W U +2U ( ) d Z R U 1 R W 1+3 R R W U -[1+2( )]2U d R Z U 2 R W 1+3 R RW Ud -(1+2n)2UZ 令 n,则U2 R 1+3n n 为不同值时，U f (U ) 的特性如图2-64 （b ）所 2 d U 示，可见 为一定值时改变 n 的大小，能改变 d 发电机标称电压值e 的整定值。 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 （b ）还说明当n 值达到某一范围（如n0.5 ）时，系数 n 数值的改变对图2-63 （b ）测量单元特性上的ce 工作 段的斜率无明显影响，却使e 点的整定值发生了较明显 R R 的移动。因此， 的特性可以表示在图2-65 中。 减 W W 小，测量单元的输出特性左移，反之，特性右移。 U2 c1 c2 c3 Rw减小 Rw加大 e2 e1 e3 Ud （KUg） 图2-65 Rw的功能 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 2.放大单元 作用：能线性的放大多个控制信号之和，提高励磁装置 的灵敏度，以及满足励磁调节的要求。 元件：运算放大器 Rfa I fa I  I 1 +E U1 -K R1 + I 2 U  -E Uou U2 R2 图2-67 运算放大器原理接线图 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 I  0,U 0 则: I +I I 1 2 fa U -U U I 1  1 1 R R 1 1 U2 -U U2 I 2 R R 2 2 U -U -U I  ou ou fa R R fa fa U U U 1 2 ou 故： + - R R R 1 2 fa R R U -( fa U + fa U ) ou 1 2 R R 1 2 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 上式说明：运算放大器的输出电压的大小等于多 个输入信号按不同比例相加后之和。 3.触发单元 作用：将控制信号按照调压器工作特性的要求转 换成移相脉冲，并触发晶闸管单元，从而改变可 控整流的输出，达到调节发电机励磁的目的。 构成：同步回路、单稳态触发回路及脉冲输出电 路 同步回路：削波二极管VD1、VD2 及微分电容 C1 组成。 单稳态触发器：V1、V2 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 五、模拟元件自动励磁调节装置 1、ZTL-1 型自动励磁调节装置简介 构成：调差、测量、触发、放大、同步、稳压、 手动 （1）同步变压器：采用Dy5 接线） 稳压电源：向调压器提供稳定可靠的直流 电源 有四组，两组供放大单元使用，其余两组供 供触发器和手控单元使用 （3 ）手控单元：调压器在启励、投入、实验和 某些单元故障时，需采用手控方式来进行励 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 调节。 本装置采用不完全手控方式 手动方式与自动方式切换时，为了能平滑进行， 应先测量手控输出电压和放大器输出电压 的大小，只有两者相等时，才允许切换，否 则会引起较大的电压摆动。 2 ．ZTL-1 型自动励磁调节装置的工作特性 （1）空载工作点 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 U U I 2 U  e g 测量K1 放大 3 触发 SCR K2 K3 K4 U d 图2-76 ZTL-1简化框图 （a ）测量环节的工作特性 U K U K (U -U ) 2 1 g 1 g gN K ——测量元件的放大系数 1 U gN ——发电机电压额定值（特性曲线 （a ）） （b ）放大环节 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 U K U 3 2 2 K 2 ——放大单元的放大系数，其工作特性如图2-77 （b ） (c)触发单元的工做特性  K U 把特性曲线 ——触发单元等值放大系数 U U L d e 稳态励磁电流： e R R 励磁电流与导通角的关系如图2-77 （d） I e0 在图 2-77 （d ）中，取 为发电机空载时励磁电流，在 I e f (a) 0 0 上求出 ，一般取 =90 ° 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 U3 U3 U set=常数 UKU KU 3 3 2 3 3 （b） (C)  U2 0 0  0 1+cos I e0 I 1.35U /R （a ） e 2 U KU e (d) 2 1 g U g I g 图2-77ZTL-1型励磁调节装置开环时各单元特性曲线图 （a ）测量单元（b）放大单元（c ）触发单元（d ）励磁电流与导通角 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 （2 ）ZTL-1型励磁调节装置的工作特性的综合 U3 a a R w加大 b （b） b （c ） -U2 U g 0 b （a ） a R w加大 U g 图2-78 ZTL型励磁调节装置测量及放大单元的合成特性（a ） 测量单元（b）放大单元（c ）测量—放大综合 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 I e b 2-79 （d）的I f (U) d e G （c ） e 特性就是ZTL-1型励 e 磁调节装置的工作特 a 性 a a b e -U2 0 U k b U g e e a （b） a U1 U 3 （a ） 图2-79 ZTL型励磁调节装置的工作特性（a ）U3=f (U g）（b） 触发单元特性（c ）I e=f( a )特性（d ）I e=f( U g ） 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 U g 图2-79 （d）说明，在工作特性区内， 升高， I U I e g e 就急剧下降； 降低， 就飞速增加，其中ab 为线性工作区，e 为额定工作点。当发电机降到某 I e 一数值时， 就出现饱和，可控硅已经全部关断。 自动调节器的工作特性在工作区内的陡度，是调 I K e 节性能的重要指标之一。即 Ug K——ZTL-1 型励磁调节器在工作区内的放大系 数 将图2-77 中各曲线线性化 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 U KU,U KU 2 1 g 3 2 2  KU,I K 3 3 e 4 I K e KKKK 1 2 3 4 U g 调压器的放大系数等于所有的环节的放大系数的乘积 （3 ）ZTL-1型励磁调节装置的调差系数 同步发电机的调整特性是指发电机在不同的电压值 时，发电机转子电力 与无功功率负荷电流 的关 I I W 系。 e 第四节 电力系统自动调压器与基本框图 图2-80 （c）说明，发电机在加装励磁调节器以后， I U w g 当无功电流 变动时，发电机端电压 基本维 持不变，达到了调压的目的。 发电机外特性又稍下倾，下倾的程度代表了发电机 正常运行特性的一个重要参数，即调差系数，它决 定了并联机组间无

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