2022年本科毕业设计方案同步发电机恒端电压控制 .pdf

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1、1 / 11 毕业设计题目：.同步发电机 .(自备电源 恒端电压控制设计目录序言1. 同步发电机机结构及工作原理2. 电枢反应对端电压的影响3. 整流主电路4. 电机励磁调节5. 致谢序言电能，便于远距离输送，无污染，而且易于跟其他形式的能相互转换的特点。将机械能变为电能的同步发电机，一般采用直流励磁， 发电机在正常工作情况下，负载总在不断地变化着。而不同负载以及不同功率因数负载，对同步发电机的电枢反应也是不同的。要维持同步发电机端电压为额定电压，就必须根据负载的大小及负载的性质时时调节同步发电机的励磁。显然，这一调节过程只有通过电压调节器来实现。其方法是自动对励磁电流进行调节，达到稳定端电压

2、的目的。 本系统主要完成上述功能 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页2 / 11 一 同步发电机结构及工作原理发电机主要由定子,转子 ,气隙等部件构成(见同步发电机筒单结构。定子由机座 .定子铁芯、定了绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯 ,.磁极和励磁绕组等部件组成。转子在外力拖动下以同步转速 60f1/p恒速旋转，转子磁场与定子绕组切割,根据电磁感应定律产生感应电势 e=blv,将机械能变成电能。二、电枢反应对端电压的影响发电机带上负载后 ( 见同步发电机电枢反应 ,三相电枢电流共同作用产生

3、电枢磁势 Fa,Fa将对励磁势 Ff产生影响 , 称该影响为电枢反应 , 通常负载为 R-L 负载,电枢反应结果使气隙磁B减弱, 因而端电压就会降低 , 负载为电容负载 , 电枢反应结果使气隙磁 B 增强, 因而端电压就会升高 , 负载大小不同 , 电枢反应大小不同 ,因而端电压高低不同 , 为了保持端电压恒定 , 必须时时调节转子励磁电流来克服电枢磁势 Fa的影响 , 保持端电压恒定不变。当电机定子三相对称电枢电流流过电枢绕组时，将产生旋转的电枢磁势Fa, Fa将对转子磁势 Ff产生电枢反应作用 , 使气隙磁通 a发生变化 , 相绕组中感应电势 Ea发生变化 , 因而发电机端电压不稳定。下面

4、从三种情况进行研究，当 Fa和 Ff之间的夹角为 90 度即负载为纯电阻负载，即Ff作用在直轴上，而Fa电枢磁势作用在交轴上，电枢反应的结果使得合成磁势的轴线位置产生一定精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页3 / 11 的偏移，幅值有一定的增大。这种作用在交轴上的电枢反应称为交轴电枢反应，简称交磁作用。当 Fa和 Ff之间的夹角为 180度即负载为纯电感负载，即二者反相，转子磁势和电枢磁势同作用在直轴上，方向相反，电枢反应为纯去磁作用，合成磁势的幅值减小，这一电枢反应称为直轴去磁电枢反应。当 Fa和 Ff之间的夹角为

5、 0即负载为纯电客负载，二者同向，转子磁势和电枢磁势同作用在直轴上，电枢反应起纯助磁作用，合成磁势的幅值加大，这一电枢反应称为直轴助磁电枢反应。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 11 页4 / 11 当 Fa和 Ff之间的夹角为 90 到 180 度之间任意角度时即负载为电阻电感负载， 产 生的电 枢反 应结 果介于以上分析之间。三、整流主电路发电机采用机端自并励方式，利用电机剩磁建立空载电压, 自并励励磁系统中励磁变压器高压侧要加装高压熔断器，励磁变压器的连接组别为D,y11。接线如图所示。精选学习资料 - - - -

6、- - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页5 / 11 三相环氧整流变压器参数的选择，副边电流的参数为I ? =0.816IfN, U ? =2UfN/2.34,U1=端电压。 (IFn发电机额定励磁电流。 UfN发电机额定励磁电压 三相桥式整流电路线采用智能整流模块三相桥智能模块电流容量按两倍额定励磁电流选择，额定电压选择按额定励磁电压 1）采用全数字移相触发集成电路，实现了控制电路与晶闸管电路集成一体化，是模块具备了强电的电力调控功能。2）输入 0-10v 直流控制信号或 0-5v 直流控制信号均可实现对主电路输出电压进行平滑调节3 适应于阻性和感

7、性负载。2、控制电源的要求：1）电压为 DC12 0.5v 2）输出电流 1A 3可以采用开关电源也可采用线性电源即变压器整流式稳压电源开关电源处应带屏蔽罩，线性电源要求滤波电容必须2200 ? /25v 4）控制电源极性要正确接入模块，控制接口严禁反接，否则将烧坏模块控制电路。3、 使用环境要求：1）工作场所环境温度范围：-25 45；2）模块周围因干燥通风远离热源，无尘无腐蚀性液体或气体4、 模块的参数1）工作频率为 50 ?2）控制信号 VCON 为 0-10Vdc 3控制信号电流 Icon 1MA 此外在选择三相桥智能模块时其电流值应按励磁额定电压的2 倍选，电压按额定励磁电压的 10

8、-20 倍选择5、 过电流保护采用快速熔断器，在选择熔断器时的额定电压应大于电路上正常工作电压，额定电流的选取因根据型号来确定。过电压保护采用阻容吸收电路，在VT导通期间，载流子充满元件内部所以元件在关断过程中，正向电压将为零时，内部仍残存着载流子，这些积蓄的载流子在反方向电压的作用下瞬时出现放大的同向电流，使积蓄载流子迅速消失，这时反向电流消失得极快，因此即使和元件串联的线路电感很小，电感产生的感应电势仍很大，可能会导致VT反向击穿。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页7 / 11 阻容吸收电路中电容器把过电压的电

9、磁能量变成景点能量存储，电阻防止电容与电感产生谐振，限制VT开通损耗与电流上升率，这种吸收回路能抑制VT由导通到截止时产生的过电压，有效地避免VT被击穿。阻容吸收电路安装位置要尽量靠近模块模块主端子引线要短。四、电机励磁调节供给发电机转子直流电流，建立转子磁场的系统称为发电机励磁系统。同步发电机励磁系统主要包括励磁变压器,整流电路 ,励磁调节和控制电路。发电机带负载后产生电枢反应使气隙磁场强度发生变化，因而端电压产生变化，带电感性负载使端电压降低，带电容性负载使端电压升高，为了保证端电压不变，必须保持气隙磁场不变，因此必须时时调节励磁电流If。精选学习资料 - - - - - - - - -

10、名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页8 / 11 调节器励磁控制电路图PI 调节器分析由于负载的变化引起发电机端电压的变化, 将端电压量引入到自动调节器, 与其给定值比较得出偏差值, 使整流电路的导通角发生变化, 励磁电流发生变化 , 保证端电压稳定 , 实质是一种负反馈调节方式。励磁调节器核心是PI 调节器,在比例调节器中增大比例系数P将加快系统的响应，过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，稳定性变坏。积分能在比例的基础上消除余差，它能对稳定后有累积误差的系统进行误差修整，减小稳态误差。所以，通常使用比例积分调节器( 如图所示 。精选学习资料 - -

11、- - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 11 页9 / 11 所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置对生产过程、工艺参数。目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的目标。自动控制的组成：给定元件：由它调节给定新号，以调节输出量的大小。检测元件：由它检测输出量的大小，并反馈到输入端。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页10 / 11 比较环节：在此处反馈信号与给定新号进行叠加，信号的极性以“+”或“ - ”表示。若为负反馈，则两极性信号极性

12、相反，若极性相同则为正反馈。放大单元：由于偏差信号一般很小，所以要经过电压放大及功率放大，一驱动执行元件；执行元件：是驱动被控制对象的单元。反馈环节：由它将输出量引出，再送回到控制部分，一般的闭环控制系统中，反馈环节包括检测、分压、滤波等单元，反馈信号与输入信号极性相同则为正反馈，相反则为负反馈。其简单的系统结构框图如图所示：比例调节器能立即响应输入信号，加快响应过程，而积分调节器虽然响应过程要要经过一段时间的积累，但却可以通过不断的积累过程来消除偏差，因此，为了兼配比例和积分环节的二者优点，所以在自动控制系统中获得广泛应用。比例- 积分PI）式的自励系统，称为无差调节，可在励磁调节系统开环增

13、益值较低的情况下实现一阶无静差因此为了PI 调节器能更好，更准确的把电流信号反馈回来所以 PI 调节器中也需要接阻容吸收电路，以滤去高次谐波。为了将输入信号限制在二极管正向压降以内，防止因输入信号过大而损坏集成运放的输入级则需要在运放的输入级连接一组反向并联的二极管来限制输入信号对运放起到保护作用。运放的个数是根据需要来定的，此时只需要两个运放连接在智能块就可以把把发电机的电压偏差信号，转化成0-10v 的电压信号反馈到智能整流模块，以实现对励磁电流的控制从而保证发电机机端电压恒定不变。五、致谢感谢老师精心指导，使我们将所学各科理论有机结合为一体,将理论联系到实践中运用，扩展了我们所学知识,培

14、养了独立分析问题的能力，今后我们一定要多做实验，力求精益求精。参考文献 现代同步发电机励磁系统设计及应用中国电力出版社李基成编著电机学 第三版）科学出版社李法海 朱东起编著电力电子技术重庆大学出版社主编苏玉刚，陈渝光精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页11 / 11 自控原理机械工业出版社主编孔凡才电子技术中国电力出版社雄保辉编著电子技术基础华中科技大学出版社主编陈大钦电机学重庆大学出版社主编 张广溢电机与拖动基础清华大学出版社主编 李发海要术: 1. 论文要 1520页2. 用A4纸打印 ,装上封面3. 编页码 ,4. 填好任务书等 ,5. 12月底内交论文 ,否则不能得好成绩6. 图用 2004CAD画,有的资料上网下！联系电话 65104384 李善奎精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页