變流機組交流電機勵磁系統控制研究

? ? ? ?變流機組是艦船的重要設備之一，是確保艦船安全的電源。它由一臺交流同步電機、一臺直流電機通過機械軸相連構成變流機，加上變流機控制屏組成?？蓪崿F直流電動、交流發電，也可實現交流電動、直流發電。因此每臺電機控制都有兩種任務，既要實現發電控制又要實現電動控制。本文只是針對交流同步電機的勵磁系統控制進行研宄。
? ? ? ?1工作原理變流機組交流同步電機的勵磁系統控制原理圖見。變流機組交流同步電機勵磁系統采用相復勵系統與勵磁控制裝置共同來完成。在交流發電時，對輸出交流電壓進行控制。一般在半載時保證額定電壓為390V，電壓調整率為2 %>.在交流電動時對輸入交流功率固數進行調節，為保證交流電動機運行從空載至滿載不失步，將功率因數控制在0.9~ 1（超前）。
? ? ? ?交流發電時相復勵系統矢量圖從可知，該相復勵系統采用電磁相加原理來實現，它由三相四繞組相復勵變壓器（W1為電壓繞組，W2為輸出繞組，W3為電流繞組，W4為附加勵磁電流繞組）；三相移相電抗器DIK；三相橋式整流電路等組成。其中W4繞組在交流電動狀態下使用，由系統狀態控制裝置來控制接觸器KM的閉合，將附加勵磁電流繞組投入。
? ? ? ?為電機處于交流發電時相復勵系統矢量圖。中有⑴：相復勵系統的參數調整111可分為電壓分量與電流分量兩個分量進行調整，既要滿足空載時電壓，又要滿足額定負載時的電壓，全部由相復勵系統來保證電壓品質要求是比較困難的，而且調整也非常麻煩。因此在勵磁控制系統中，增加了交流電機勵磁系統控制裝置。采用PI調節器，通過三極管T1的分流大小來保證輸出電壓按規定特性變化。當然相復勵系統設計中必須保證從空載至滿載時所需的勵磁電流值。分流小的線路經濟指標好，而且分流線路出現故障而失控時，發電機產生的過電壓也比較小，運行比較安全。但分流過小時其動態性能稍差些，所以分流比例需要綜合考慮。
? ? ? ?2變流機組同電網并聯發電運行變流機組起動采用的是直流機起動交流發電，然后同交流電網并網。根據系統需要，既可轉入直流發電狀態也可維持交流發電狀態。而變流機組同電網并網（同主發電機并車或同岸電并電），也是本勵磁系統控制所研究的范圍。在系統設計中，只考慮了手動準同步并車。在設計中己明確待并變流機組交流機的頻率與電壓，比電網要高一些。并網后可以向電網輸出一定的有功電流與無功電流。由于是手動調節，就有可能出現與上述要求不符的情況，下面對幾種異常情況進行分析。
? ? ? ?2.1頻率比電網頻率低時同電網并網當變流機組頻率比電網低時并網，必然從電網吸收有功功率，主變流機組控制系統馬上就轉入交流電動狀態，進而轉入交流電動時的勵磁電流調節。
? ? ? ?這種不受人工控制而轉為交流電動、直流發電的狀態有可能造成系統不穩定，如在直流發電電壓的給定值比直流電網電壓低的情況，就會造成機組振蕩，這種現象顯然不是我們所希望的。因此并網時將頻率調得比電網高些，并車后才能維持交流發電狀態，若此時要轉為直流發電狀態，調整好給定參數后，就可以人為轉為直流發電狀態。
? ? ? ?2.2電壓比電網電壓低時同電網并網1分析可知，待并機的頻率需比電網高才可保持交流發電狀態。因此分析電壓時設定變流機的頻率比電網高。此時若電壓比電網電壓低，并網后則會從電網吸收無功功率。下面首先分析相復勵系統工作過程（暫不考慮交流勵磁控制裝置的作用）。在并網瞬間勵磁矢量圖見。
? ? ? ?其中/fi是變流機向電網送出的有功電流，它的大小決定了變流機組頻率。/F2是系統向變流機組輸送的無功電流，很顯然合成勵磁電流/l<由于/l；則使得/f2T，必然使得/li形成一個正反饋過程，直至2與/LU大小相等方向相反時系統達到平衡。此時/l= /fi時，無功電流不可能再繼續增大，因為假設無功電流增大，/F2T必然使得/lT，則無功電流/F2i形成一個負反饋過程，最終使得/l=/fi.因此在這種方式下，其勵磁電流決定于變流機組向電網輸出的有功電流。若變流機組頻率只是略高于電網頻率，則有功電流/fi就相當小，相應的勵磁電流也相當小。
? ? ? ?下面再分析交流勵磁控制裝置投入后的勵磁系并網瞬間勵磁系統矢量圖平衡時勵磁系統矢量圖統變化過程。在并網之前，由于給定電壓比電網電壓低，并車后，電壓則為電網電壓，因此對交流勵磁控制裝置來說，PI調節器必然要減小勵磁電流，即加大勵磁電流分流量。使得Ti調整管飽和導通，造成勵磁電流迅速下降，必然加快上述的正反饋過程。使本來較小的平衡勵磁電流/l還通過三極管分流使得實際勵磁電流更小。這種情況下若轉為交流電動工況運行，當直流負載較大時很容易造成同步機失步。在后面章節還將專門論述。因此在并網操作中，應該調節變流機組交流電壓與頻率比電網高來實現同電網并網。
? ? ? ?3變流機組同交流電網并聯后的電動機運行3.1變流機組交流機勵磁系統矢量圖由于有功電流反相，吸收電網有功功率，設有功電流為/F1，若也吸收無功電流，設無功電流為/F2，則負載電流為/，相復勵系統合成的勵磁電流/L，很明顯在相同電壓，相同電流情況下比發電機狀態勵磁電流/L要小很多，詳見。
? ? ? ?吸收電網有功功率、無凸極同步電動功電流時勵磁系統矢量圖機的矢量。2變流機組交流機電動狀態時功角特性變流機交流機采用的是凸極同步電機，其凸極同步電機的電磁功率如下：上式除以轉子角速度A，便得到電動機的電磁轉矩：凸極同步電動機的矢量圖見。從式（2）分析可知m、Xd，Xq都是常數，當電網電壓、勵磁電流不變時，電磁功率Pem是功角0的函數。根據值越小則勵磁電流越大，穩定裕度越高，但會使得交流機輸入電流較大，同步電動機額定電流按功率因數值較低設計顯然不經濟，這是一個綜合性指標，既要保證同步電動機在整個負載范圍內不失步，又要使電機比較經濟，通常功率因數cos設計在1范圍內。
? ? ? ?0功率因數檢測電路有源濾波器理圖見0.比較器后再經異或門輸出，通過有源濾波器濾波輸出電壓V，設方波幅值為15V，因此得到一個與功率因數成比例關系的輸出電壓V.其關系圖見1.從圖中可以看出只要給定功率因數對應的電壓值大于7.5V則就可以實現功率因數的超前控制。
? ? ? ?其原理也是采用PI調節器來調節三極管Ti的分流來實現。則濾波后得到V=（超前9tf時），則V1輸出1，經濾波器后V= 1功率因數角0與輸出關系圖符號表E―勵磁電動勢，VIf―電流相量一總勵磁電流分量m―定子相數Pe，―電磁功率，WTem―電磁轉矩UVf電壓相量V―電樞端電壓，V Xd―移相電抗器電抗Xd直軸電抗Xq―交軸電抗W1―電壓繞組匝數W2―輸出繞組匝數W3―電流繞組匝數W4―附加勵磁電流繞組匝數0―功角，度A―轉子角速度4結語通過對變流機組交流機相復勵系統、交流勵磁控制裝置的介紹，結合矢量圖，功角特性，從理論上分析了交流發電狀態，交流電動狀態時勵磁系統工作原理。分析了主變流機組并車時電壓低時造成勵磁電流很小的原因，提出了在實際操作中應避免這種操作，避免造成轉成電動狀態時失步。分析了在電動狀態時為什么要實現cos=0.9~1（超前）控制。另外為了實現功率因數cos少=0. 9~1（超前）控制，在控制系統中增加了附加勵磁分量，以及設計了功率因數檢測的電路。在電路研制中，采用軍品級器件，經熱老化、電老化試驗，研制了一套高可靠性的主變流機組交流電機勵磁控制系統，并在實際系統中得到驗證，證明了理論分析的正確性。

內容來源：網絡，版權歸原作者所有

聲明：凡資訊來源注明為其他媒體來源的信息，均為轉載自其他媒體，并不代表本網站贊同其觀點，也不代表本網站對其真實性負責。您若對該文章內容有任何疑問或質疑，請立即與安昂商城(www.zcqxjx1.com)聯系，本網站將迅速給您回應并做處理，安昂客服電話：400-098-1117。