发电机自并励励磁机硬件设计

2016-12-29李小红

都市家教·下半月 2016年11期

关键词：励磁功率因数发电机

李小红

【摘要】设计采用自并励励磁方式，通过同步发电机励磁系统的方案论证、设计和计算，得到满足要求的励磁系统。

【关键词】自并励;励磁系统

励磁系统是同步发电机重要组成部分，直接影响发电机运行性能。自励直流励磁机励磁系统中发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电，调整励磁机磁场电阻，可改变励磁机励磁电流，从而达到人工调整发电机转载电流的目的，实现对发电机励磁的手动调节。

一、设计方法

自并励励磁机由主回路（励磁控制单元）和控制回路（励磁调节器）组成。原理框图如图1.1所示，交流电源取自机端，经整流回路供给发电机可控励磁。控制回路由测量比较单元、综合放大单元、移相触发单元及调差单元组成。控制回路是根据机端电压变化输出可调脉冲作用于可控硅控制极，来调节主回路输出直流励磁电压的大小。

图1.1 自动励磁系统基本原理框图

在三相电网的功率因数测量中，一般假设电网是三相平衡的，此时任意一相的功率因数就相当于三相系统的功率因数。本文利用电网三相电压、电流间的相位角关系，通过直接检测相电流和线电压的相邻的两个方波的上升沿的时间差，来确定功率因数以及功率因数的超前滞后情况，从而通过运算得到三相电网的功率因数。设θ为线电压滞后相电流的相角，相电流滞后相电压的相角为Φ。把电压和电流方波信号经异或门之后的方波作为过零点的检测信号，为了节省外部中断，采用一个反相传输门和模拟开门相结合的电路。由P3.0控制模拟开关的选通。这样就可以控制用于脉宽测量的定时器T1的计数值n，即当方波的上升沿到来的时候，计数器T1启动，开始计数;当方波的下降沿到来的时候，T1停止计数。得到对应的脉宽计数值n。假设测量工频的半个周期所对应的计数值N，通过N，n的关系推导出θ和Φ值，如公式所示。

单片机很容易完成上述计算，对Φ取余弦就得出功率因数cos?，如果sin?为正值，则说明负载呈感性，反之则说明负载呈容性。

调差系数δ表示无功电流从零增加到额定值时，发电机电压的相对变化。调差系数δ表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力。调差系数用δ表示，其定义为：

式中—发电机额定电压;

、—分别为空载运行和带额定无功电流时的发电机电压。

为实现上述的功能，励磁控制器需具备：电量测量、调节运算、同步信号检测、脉冲移相放大等基本单元。根据前文所诉的励磁控制器的基本要求，励磁控制器也由以下几个基本单元组成：主控制单元、模拟量输入通道、开关量输入输出通道、同步测频单元和脉冲放大单元等，励磁控制器的硬件总体结构框图如图1.2所示。

图1.2 励磁控制器的硬件总体结构框

二、发电机励磁系统的要求及分类

1.发电机励磁系统的要求

在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平;合理分配发电机间的无功负荷;提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求：

（1）常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。

（2）应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。

（3）励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。