1、- 1 -實驗一同步發電機勵磁控制實驗一、實驗目的1 加深理解同步發電機勵磁調節原理和勵磁控制系統的基本任務。2 了解微機勵磁調節裝置的基本控制方式。3 了解幾種常用勵磁限制器的作用。4 掌握勵磁調節裝置的基本使用方法。二、原理與說明同步發電機勵磁系統由勵磁功率單元和勵磁調節裝置兩部分組成，它們和同步發電機結合在一起構成一個閉環反饋控制系統，稱為發電機勵磁控制系統。 勵磁控制系統的三大基本任務是：穩定電壓、合理分配無功功率和提高電力系統穩定性。實驗用的勵磁控制系統示意圖1-1如下所示，交流勵磁電源取自380V市電，構成他勵勵磁系統，勵磁系統的可控整流模塊由TQLC-III 微機自動勵磁裝置控制

2、。市電TQLC-III 型微機自動勵磁裝置F1GF 2圖 1-1 勵磁控制系統示意圖TQLC-III 型微機自動勵磁裝置的控制方式有四種：恒 Ug（恒機端電壓方式，保持機端電壓穩定）、恒 IL （恒勵磁電流方式，保持勵磁電流穩定）、恒 Q（恒無功方式，保持發電機輸出的無功功率穩定）和恒（恒控制角方式，保持控制角穩定），可以任選一種方式運行。恒Q和恒 方式一般在搶發無功的時候才投入。大多數情況下應選擇恒電壓方式運行，這樣能滿足發電機并網后調差要求，恒勵流方式下并網的發電機不具備調差特性。同步發電機并入電力系統之前，勵磁調節裝置能維持機端電壓在給定水平。當操作勵磁調節裝置的增減磁按鈕，可以升高或降

3、低發電機電壓； 當發電機并網運行時，操作勵磁調節裝置的增減磁按鈕，可以增加或減少發電機的無功輸出。無論是在“手動”還是“自動”方式下，都可以操作增減磁按鈕， 所不同的- 2 -是調節的參數不同。 在“自動”方式下， 調節是的機端電壓， 也就是上下平移特性曲線，在“手動”方式下， 改變的是勵磁電流的大小，此時即使在并網的情況下，也不具備調差特性。三、實驗項目與方法3.1不同 角對應的勵磁電壓測試本實驗機組不并網。1) 參照“同步發電機準同期并列實驗”完成實驗接線。2) 檢查機組控制屏上各指示儀表的指針是否指在 0位置，如不在則應調到 0位置。3) 合上機組控制屏上的“ 220V電源”開關，檢查開

4、關狀態：控制屏一次系統圖上 1QF處信號燈應綠燈亮，紅燈熄滅。4) 合上“調速勵磁電源”開關（ 380V）。注意，一定要先合“ 220V電源”開關，再合“調速勵磁電源”開關，否則，勵磁或調速輸出的功率模塊可能處于失控狀態！5) 根據液晶顯示屏顯示和面板指示燈狀態檢查調速、勵磁、同期裝置是否正常；通過菜單檢查各項參數是否設置正確。6) 將調速裝置“方式選擇”開關選擇為“自動”或“手動”方式，“遠方/就地”選擇為“就地”（選擇為“遠方”時，就地控制失效）。“啟動/停止”開關選擇為“啟動”，此時，調速裝置開始輸出控制信號。通過“增速”按鈕逐漸升高電動機轉速，當按住“增速”按鈕不動時，轉速將快速升高。

5、接近額定轉速時，采用“點動”的方式操作按鈕，使電動機達到需要的轉速。7) 將勵磁裝置“方式選擇”開關撥到中間位置（“恒 Q/恒”）， 10秒后，將“恒 Q/恒 ”開關選擇為“恒 ”（此時的增磁、減磁按鈕控制導通角 的減小和增大），“遠方 /就地”開關選擇為“就地”。當機組轉速升到額定附近時，“啟動 /停止”開關選擇為“啟動”，此時，調節器開始輸出控制信號。通過“增磁”按鈕逐漸升高發電機電壓，當按住“增磁”按鈕不動時，電壓將快速升高。接近額定電壓時，采用“點動”的方式操作按鈕，使發電機達到需要的電壓。實驗時，調節勵磁電流為表1-1規定的若干值，記下對應的角，對應的勵磁電壓，觀察其變化規律。（勵磁

6、電流、角及勵磁電壓在勵磁裝置液晶顯示屏上讀取）實驗完畢后停機， 應嚴格按照 “同步發電機準同期并列實驗”中的停機步驟- 3 -執行。表 1-1不同控制角下的狀態參數勵磁電流I fd（ A ）0.00.250.50.751.0顯示控制角勵磁電壓U fd（ V ）3.2同步發電機起勵同步發電機的起勵方式有兩種： 恒機端電壓方式起勵，恒勵磁電流方式起勵。恒機端電壓方式起勵， 起勵后的發電機電壓穩定在手動設定的電壓水平上； 恒勵磁電流方式起勵，起勵后的發電機勵磁電流穩定在手動設定的電流水平上。本實驗機組不并網。A. 恒 勵磁電流方式起勵1) 將調速裝置“方式選擇”開關選擇為“自動”或“手動”方式，“遠

7、方/就地”選擇為“就地”。“啟動 /停止”開關選擇為“啟動”。按增速按鈕，使發電機組頻率達到表 2-4所示數值。2) 將勵磁調節裝置“方式選擇”開關選擇為“恒 I L”方式，“遠方 /就地”選擇為“就地”。當機組轉速升到額定附近時，“啟動 /停止”開關選擇為“啟動”，按“增磁”按鈕，使發電機電壓達到接近需要電壓。說明：在恒 IL 方式下，按“增磁”按鈕表示增加發電機勵磁電流給定值，進而改變發電機電壓。每次實驗完畢后停機， 應嚴格按照 “同步發電機準同期并列實驗” 中的停機步驟執行。改變起動時機組轉速，重復步驟 1)3)，將記錄數據填入表 1-2。表 1-2恒 方式起勵測試發電機組頻率（Hz）發

8、電機電壓 (V)勵磁電流 (A)勵磁電壓 (V)控制角 (° )4748.55051.553B. 恒機端電壓方式起勵1) 將調速裝置“方式選擇”開關選擇為“自動”或“手動”方式，“遠方 / 就地”選擇為“就地”。“啟動 /停止”開關選擇為“啟動”。按增速按鈕，使發電機組頻率達到表 1-4所示數值。- 4 -2) 將勵磁裝置“方式選擇”開關選擇為“恒 Ug”方式，“遠方 /就地”選擇為“就地”。當機組轉速升到額定附近時，“啟動 /停止”開關選擇為“啟動”。按“增磁”按鈕，使發電機電壓達到接近需要電壓。說明：在恒 Ug方式下，按“增磁”按鈕表示增加發電機機端電壓給定值。3) 觀測在起勵時

9、勵磁電流和勵磁電壓的變化，并記錄起勵后的發電機穩態電壓、勵磁電流、勵磁電壓和控制角 。每次實驗完畢后停機， 應嚴格按照 “同步發電機準同期并列實驗” 中的停機步驟執行。改變起動時機組轉速，重復步驟 1)3)，將記錄數據填入表 1-3。表 1-3恒 Ug 方式起勵測試發電機電壓發電機組頻率（Hz）勵磁電流 (A)勵磁電壓 (V)控制角 (° )(V)4748.55051.553實驗報告要求1. 在同步發電機勵磁控制實驗中 , 當勵磁裝置以“恒 (觸發 ) 控制角 ”方式運行時 , 那么發電機電壓與機組轉速 (頻率 ) 呈何種關系變化 ,為什么 ？2. 在同步發電機勵磁控制實驗中 , 當

10、勵磁裝置以“恒 Ug”方式運行時， 如果改變機組 (頻率 )轉速 , 那么發電機電壓相對) 呈何種關系變化,為什么 ？- 5 -實驗二調差系數的測定在勵磁裝置中，使用的調差公式為（按標么值計算）：U BU gK q * Q ，它是將無功功率的一部分疊加到電壓給定值上， 其中 Ug為電壓給定值， Q為無功功率， Kq為調差系數。一、實驗步驟：1）啟動機組，滿足條件后并網運行，并退出同期裝置，并網步驟見“同步發電機準同期并列實驗”。2）調速裝置設置為“自動”方式，勵磁裝置設置為“恒Ug”方式。3）用降低系統電壓的方法（調節調壓器）以增加發電機無功輸出，記錄一系列機端電壓和無功功率的數據，將數據填入

11、表2-1。（如果記錄數據時，勵磁調節裝置上的數值顯示有波動，則可以參考實驗臺上方的電壓表和無功表，計算時額定無功功率為 KVar ，額定電壓 220V）4）作出調節特性曲線，并計算出調差系數。比較計算得出的調差系數與設置的調差系數是否大致相同。 （設置的“調差系數”可在勵磁裝置的主界面下按 “ OK”鍵，進入主菜單，進入“參數設置”選項查看）A. 零調差實驗設置調差系數 0，在勵磁裝置的主界面下按“ OK”鍵，進入主菜單，進入“參數設置”選項，將調差系數設為“ 00.0”。退出保存設置。實驗步驟同 A 。用降低系統電壓的方法增加發電機無功輸出， 記錄一系列機端電壓、 和無功功率的數據，作出調節

12、特性曲線。UGQ圖 2-1 調節特性曲線B. 正調差實驗設置調差系數 5，在勵磁裝置主界面下按“ OK”鍵，進入主菜單，進入“參數設置” 選項，將“調差系數” 設為“05.0”。將“調差極性” 設為“”。退出保存設置。實驗步驟同 A 。- 6 -用降低系統電壓的方法增加發電機無功輸出， 記錄一系列機端電壓、 和無功功率的數據，作出調節特性曲線。C. 負調差實驗設置調差系數 5，在勵磁裝置主界面下按“OK ”鍵，進入主菜單，進入“參數設置” 選項，將“調差系數” 設為“ 05.0”。將“調差極性” 設為“”。退出保存設置。實驗步驟同A 。用降低系統電壓的方法增加發電機無功輸出，記錄一系列機端電壓

13、、 和無功功率的數據，作出調節特性曲線。表 2-2不同調差系數下機端電壓與無功關系表Kq 0Kq 5Kq 5 UGQ(kvar)U GQ(kvar)U GQ(kvar)3400300030000.50.50.51.01.01.01.51.51.5D. 低勵限制實驗欠勵限制器的作用是用來防止發電機因勵磁電流過度減小而引起失步或因機組過度進相引起定子端部過熱。 欠勵限制器的任務是： 確保機組在并網運行時，將發電機的功率運行點 (P、Q)限制在欠勵限制曲線上方。欠勵限制器的工作原理：根據給定的欠勵限制方程和當前有功功率P計算出對應的無功功率下限：Qmin ( A / B ) ( P B) 。將 Qm

14、in 與當前 Q 比較，若： QQmin ，欠勵限制器不動作； QQmin ，欠勵限制器動作，自動增加無功輸出，使QQmin 。（均為絕對值計算）。實驗步驟：1) 啟動機組，滿足條件后并網運行，調速裝置設置為“自動”方式，勵磁調節裝置設置為“恒 Ug”方式。2) 在勵磁裝置主界面下按“ OK”鍵，進入主菜單。進入“參數設置”選項，設置“欠勵限制” A （如 A=2 ）和 B( 如B1)的值。退出并保存設置。3) 進入“保護投退” 選項，將“欠勵限制” 選為“投”，其他兩項設為 “退”。退出并保存設置。注意：此功能若未投入，實驗所要求的功能將無法實現。4) 調節有功功率和無功功率輸出分別為 0，

15、用增大系統電壓的方法使發電機- 7 -進相運行，直到欠勵限制器動作（勵磁裝置的欠勵限制指示燈亮），記下此時的有功 P和無功 Q，此時再升高系統電壓或按“減磁”按鈕勵磁調節均不起作用。如果系統電壓上升到 450V 左右時，仍不能使欠勵限制器動作，則可以進一步按勵磁裝置的減磁按鈕，使發電機進相程度更深，從而使欠勵限制器動作。5) 恢復系統電壓為正常值（ 380V），使發電機恢復運行在非欠勵區，調節有功、無功輸出均為 0。6) 調節 50%、100%額定有功，重復上面的實驗，并記錄欠勵限制時的無功值，填入表 2-3。表 2-3 不同有功下欠勵限制動作時的無功值發電機有功功率P欠勵限制動作時的Q值零功率50%額定有功100額定有功7) 根據試驗數據作出欠勵限制曲線 P=f(Q)，并計算出該直線的斜率。8) 停機調節有功輸出和無功輸出分別為零，在不帶負載的情況下跳開同期開關1QF，使同步發電機與系統解列。在發電機與系統解列之后，將勵磁調節裝置“啟動/停止”選擇為“停止”，使發電機端電壓降為零，將調速裝置“啟動 /