電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　v</b></p><p>　　電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理課程設(shè)計(jì)</p><p>　　- -----同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)性能分析</p><p><b>　　院系： </b></p><p><b>　　班級(jí)：</b></p

2、><p><b>　　姓名：</b></p><p><b>　　學(xué)號(hào)：</b></p><p>　　自動(dòng)裝置勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　一：設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)性能分析</p&

3、gt;<p><b>　　二：原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2號(hào)題：發(fā)電機(jī)型號(hào)QF—25—2</p><p>　　基本數(shù)據(jù)：額定容量（MW）：25 轉(zhuǎn)速；3000</p><p>　　額定電壓（KV）：6.3 功率因數(shù)cosø：0.8</p>&

4、lt;p>　　額定電流：（A）：2860 效率（%）：97.74</p><p>　　勵(lì)磁數(shù)據(jù)：空載勵(lì)磁電流（A）：149.4 滿載勵(lì)磁電流（A）：372</p><p>　　空載勵(lì)磁電壓（V）：62.5 滿載勵(lì)磁電壓（V）：180</p><p>　　參數(shù)：定子線圈開路時(shí)勵(lì)磁線圈時(shí)間常數(shù)（s）：11.

5、599</p><p>　　轉(zhuǎn)子電阻：（75℃）（Ω）：0407（=1.24）</p><p><b>　　電壓降之和ΔU=3</b></p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　主回路設(shè)計(jì)包括：勵(lì)磁方式選擇；勵(lì)磁變壓器選擇；起勵(lì)問題及計(jì)算；整流元件參數(shù)

6、 </p><p>　　確定及選擇；主回路保護(hù)配置；要求繪出勵(lì)磁系統(tǒng)主回路原理圖。</p><p>　　性能分析： 應(yīng)用控制理論的各種分析方法分析所設(shè)計(jì)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)的性能，并給出典型運(yùn)行方式下的最佳參數(shù)整定值，要求打印主要分析曲線及計(jì)算結(jié)果。</p><p><b>　?。ㄒ唬┲骰芈吩O(shè)計(jì)</b></p><p&

7、gt;　　1．勵(lì)磁方式：自并勵(lì)方式</p><p>　　勵(lì)磁控制系統(tǒng)分為直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)。在這里勵(lì)磁方式我選擇自并勵(lì)勵(lì)磁方式。</p><p>　　發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：</p><p>　　（1）勵(lì)磁系統(tǒng)接線和設(shè)備比較簡單，無轉(zhuǎn)動(dòng)部分，維護(hù)費(fèi)用省，可靠性高。</p><p>　?。?）不需要同

8、軸勵(lì)磁機(jī)，可縮短主軸長度，這樣可減小基建投資。</p><p>　　（3）直接用晶閘管控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度，可近似認(rèn)為具有階躍函數(shù)那樣的響應(yīng)速度。</p><p>　　由于自并勵(lì)勵(lì)磁方式具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以勵(lì)磁方式采用自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。</p><p><b>　　磁變壓器選擇：</b></p><p>

9、;　　由由于同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓教端電壓低得多，所以自并勵(lì)系統(tǒng)中一般都需設(shè)置勵(lì)磁變壓器進(jìn)行降壓。其主要作用：</p><p>　?。?）使晶閘管工作時(shí)的導(dǎo)通角大小適當(dāng)，控制教、較穩(wěn)定。</p><p>　　（2）降低整流元件的電壓等級(jí)</p><p>　　使整流回路、控制回路、勵(lì)磁繞組三者都機(jī)端隔離，降低了回路對地的電位和對絕緣的要求，有利于安全運(yùn)行并減少日常維修工

10、作。</p><p><b>　?。?）變比k：</b></p><p>　　變壓器二次側(cè)電壓的確定：</p><p>　　取0°，=2，=180V，=372A，ΔU=3，取=0.06</p><p><b>　　由公式：得</b></p><p>　　=405.6

11、27 ∴=300.465V</p><p>　　已知=6.3KV ∴變壓器變比k= </p><p>　?。?）變壓器的容量計(jì)算</p><p><b>　　=89.49°</b></p><p>　　∵≤α≤ ∴</p><p>　　

12、=303.36（A）</p><p>　　∴整流變壓器的容量為：</p><p><b>　　(3)接線方式</b></p><p>　　變壓器的接線方式選擇Y/Δ-11接線方式，即一次側(cè)為Y接，二次側(cè)為Δ接。一次側(cè)為Y接的三相繞組中，三次諧波電流不能流通，即變壓器勵(lì)磁電流中不含有三次諧波而接近正弦波，二次側(cè)為△接，是為了避免發(fā)電機(jī)側(cè)的諧波影響

13、勵(lì)磁系統(tǒng)側(cè)的波形，或避免由勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波影響到發(fā)電機(jī)側(cè)，所以變壓器的接線方式其中有一側(cè)必須接成角形。</p><p>　　系統(tǒng)三種典型運(yùn)行方式計(jì)算（選做）</p><p>　　一般按空載、額定、強(qiáng)勵(lì)三種工況進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的目的是看這些控制角是否在一般所希望的范圍之內(nèi)，并在調(diào)試中將實(shí)測的與計(jì)算的相比較。</p><p><b>　　空載時(shí)： </

14、b></p><p><b>　　=129.37°</b></p><p><b>　　額定運(yùn)行時(shí)： </b></p><p><b>　　=89.49°</b></p><p><b>　　強(qiáng)勵(lì)運(yùn)行時(shí)： </b></

15、p><p><b>　　=11.21°</b></p><p>　　由以上計(jì)算得表格如下：</p><p>　　由計(jì)算結(jié)果可以看出：> > ，且控制角的靈敏度比較大，滿足勵(lì)磁系統(tǒng)的要求。</p><p><b>　　4、起勵(lì)問題及計(jì)算</b></p><p&g

16、t;　　在同步發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，起勵(lì)電源可以采用廠用電起勵(lì)和蓄電池起勵(lì)兩種方法，但一般情況下，采用廠用電起勵(lì)。</p><p><b>　　起勵(lì)容量： </b></p><p><b>　　起勵(lì)電壓： </b></p><p>　　5、整流元件參數(shù)確定及選擇（整流元件參數(shù)的選擇，首先保證半導(dǎo)體勵(lì)磁裝置可靠運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)主要選擇硅

17、元件的額定正向同態(tài)平均電流和額定正反向峰值電壓中的較大者。）</p><p>　　整流電路采用三相橋式半控整流電路.</p><p>　　同步發(fā)電機(jī)輸出交流電流中的一小部分，經(jīng)勵(lì)磁變壓器降壓和可控整流器整流后，供給勵(lì)磁繞組勵(lì)磁電流。勵(lì)磁電流的大小，決定與晶閘管，而晶閘管的導(dǎo)通角由自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制，當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓高于整定值時(shí)，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)器發(fā)出信號(hào)脈沖推遲，晶閘管導(dǎo)通角變小，勵(lì)磁電流減小，從

18、而使發(fā)電機(jī)端電壓降低。當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓低于整定值時(shí)，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)器發(fā)出信號(hào)脈沖提前，晶閘管導(dǎo)通角變大，勵(lì)磁電流增大，從而使發(fā)電機(jī)端電壓升高。上述兩種過程使發(fā)電機(jī)的端電壓于穩(wěn)定值，達(dá)到恒定的目的。</p><p>　　（1）硅元件額定電流計(jì)算</p><p>　　額定工況下： </p><p>　　橋臂平均電流： </p>&

19、lt;p>　　額定正向平均電流： </p><p>　　強(qiáng)勵(lì)工況下： </p><p>　　橋臂平均電流： </p><p>　　強(qiáng)勵(lì)正向平均電流： </p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　(2)可控硅額定電壓選擇

20、 </p><p>　　橋臂反向工作電壓瞬時(shí)值： </p><p>　　硅元件反向工作電壓瞬時(shí)值： 424.26</p><p>　　=2494.67(V)</p><p>　?。妷涸６认禂?shù)，?。惨陨?</p><p>　?。^電壓沖擊系數(shù)，?。?3到1.6</p>&

21、lt;p>　?。娫措妷荷呦禂?shù)，取1.05到1.1</p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　電力二極管的參數(shù)選擇與晶閘管的相同。</p><p>　?。ǎ常├m(xù)流二極管的選擇</p><p>　　為了維護(hù)和檢修方便，在整流裝置中，我們選擇同一過載能力的器件。</p><p&

22、gt;　　因?yàn)槎O管的過電流承受能力遠(yuǎn)比硅元件強(qiáng)，所以實(shí)際額定電流系數(shù)可選為５～６</p><p>　　因此在半控橋的續(xù)流二極管，需并聯(lián)三個(gè)同型號(hào)的電力二極管，并聯(lián)后會(huì)引起流過續(xù)流二極管的電流分布不均勻，因此并聯(lián)后需采用均流電抗器均流，使流過續(xù)流二極管中三個(gè)電力二極管的電流近似相等。</p><p>　?。ǘ┲骰芈繁Ｗo(hù)的配置</p><p>　　在現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)的

23、整流器勵(lì)磁系統(tǒng)中，運(yùn)行時(shí)由于種種原因，可能使勵(lì)磁裝置中的主要部件（晶閘管等）以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組回路呈現(xiàn)過電流或過電壓，為此在勵(lì)磁系統(tǒng)中應(yīng)附以過電流或過電壓抑制回路。</p><p><b>　　（1）、元件保護(hù)</b></p><p>　　晶閘管和電力二極管開關(guān)器件均有安全工作區(qū)的限制，也就是說都有電流、電壓和瞬時(shí)功耗的極限值，盡管在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)合理選擇器件，但不可避

24、免的會(huì)發(fā)生過電流和過電壓，又由于電子開關(guān)器件的過電流、過電壓能力差，為了防止電力電子開關(guān)損壞，必須采取保護(hù)措施（在晶閘管關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生關(guān)斷過電壓）。</p><p>　　防止過電流的措施：采用快速熔斷器</p><p>　　防止過電壓的措施：利用阻容保護(hù)</p><p><b>　?。?）、整流橋保護(hù)</b></p><p&g

25、t;　　整流橋保護(hù)主要是指過電壓保護(hù)整流橋的過電壓保護(hù)包括交流側(cè)過電壓保護(hù)和直流側(cè)過電壓保護(hù)。</p><p><b>　　交流側(cè)過電壓保護(hù)</b></p><p>　　交流側(cè)產(chǎn)生過電壓的原因：a：當(dāng)大氣過電壓作用于發(fā)電機(jī)主回路而使勵(lì)磁變壓器產(chǎn)生過電壓、勵(lì)磁系統(tǒng)開關(guān)操作引起的暫態(tài)過電壓；b：在切斷勵(lì)磁變壓器一次繞組情況下，可能出現(xiàn)過電壓是由于具有較高電感值的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

26、勵(lì)磁繞組回路，在切斷勵(lì)磁變壓器供電電源后，力求維持流過變壓器的負(fù)載電流不變，由此引起感應(yīng)過電壓，當(dāng)勵(lì)磁變壓器在空載時(shí)被切斷，其儲(chǔ)存的磁能而將轉(zhuǎn)化為電流，如此磁能足夠大的電容所吸引而將產(chǎn)生過電壓；c：有可控硅整流器空穴存儲(chǔ)效應(yīng)引起的過電壓。</p><p>　　交流側(cè)防止過電壓的措施：對第一種過電壓多在勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)采用接地電容保護(hù)；對第二種過電壓為防止在運(yùn)行中切斷勵(lì)磁變壓器的高壓繞組引起過電壓，在勵(lì)磁繞組回路中

27、接入限制二極管，為了防止空載時(shí)切斷勵(lì)磁變壓器，在變壓器低壓側(cè)接一組整流器；對第三種過電壓采用在可控硅整流器兩端并聯(lián)RC回路。</p><p><b>　　直流側(cè)過電壓保護(hù)</b></p><p>　　直流側(cè)產(chǎn)生過電壓的原因：在直流側(cè)由于整流器不能流過反向電流，當(dāng)勵(lì)磁繞組引起反向電流而被整流器閉鎖時(shí)，可引起過電壓；當(dāng)發(fā)電機(jī)端或升壓變壓器高壓側(cè)，發(fā)生三相或兩相不對稱短路時(shí)

28、，有可能在勵(lì)磁繞組側(cè)引起直流過電壓。</p><p>　　直流側(cè)防止過電壓的措施：在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)采用穩(wěn)壓管</p><p>　　(三)同步發(fā)電機(jī)的滅磁</p><p>　　近三十年來，隨著主機(jī)容量的增加，勵(lì)磁功率的加大，發(fā)電機(jī)的自動(dòng)滅磁系統(tǒng)越來越為世界各國關(guān)注。</p><p>　　大型電機(jī)的快速滅磁是限制發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障擴(kuò)大的唯一方法。當(dāng)發(fā)電

29、機(jī)內(nèi)部故障以及發(fā)電機(jī)——變壓器組中變壓器短路時(shí)，繼電保護(hù)雖然能將發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)斷開，但如不熄滅發(fā)電機(jī)磁場，故障電流將仍然存在。短路電流和發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢成正比，短路電流愈大，持續(xù)時(shí)間愈長，短路能量愈大。巨大的短路能量將會(huì)燒毀繞組，甚至使機(jī)組鐵芯熔化，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)長時(shí)間不能恢復(fù)運(yùn)行，所以只有在繼電保護(hù)動(dòng)作的同時(shí)，迅速而徹底地熄滅磁場，才是保護(hù)發(fā)電機(jī)的最有效方法。</p><p>　　隨著單機(jī)容量的增大，對發(fā)電機(jī)的快速滅磁的

30、要求也愈來愈高。對發(fā)電機(jī)滅磁系統(tǒng)的主要要求是可靠，而快速地消耗儲(chǔ)存在發(fā)電機(jī)中的磁場能量。最簡單的滅磁方式是切斷發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電源連接，但勵(lì)磁繞組有很大的電感，突然斷開會(huì)在其兩端產(chǎn)生很高的過電壓。因此在斷開勵(lì)磁電源的同時(shí)，還應(yīng)將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組自動(dòng)接入到放電電阻或其他裝置，使磁場中儲(chǔ)存的能量迅速減小，要求滅磁時(shí)間短，轉(zhuǎn)子過電壓不應(yīng)超過允許值，其值通常取轉(zhuǎn)子額定勵(lì)磁電壓的4-5倍。</p><p>　　滅磁的方法：單