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1、第四章 励磁自动控制系统的动态特性,第一节 概述,自动励磁控制系统,控制对象：发电机 控制器： 励磁调节器 执行环节：励磁机,反馈控制系统,上一章：励磁自动控制系统的工作原理与静态持性。 在本章：励磁自动控制系统的动态特性对于一个反馈控制系统，应了解其动态性能。即在任何原因引起被控制量变动后，励磁系统是否稳定、调节过程中的超调量、调节时间及振荡次数等是否满足要求。其中稳定性是首要问题。,上升时间 超调量 调整时间,励磁系统几个动态指标,第二节 励磁控制系统的传递函数,典型的励磁控制系统结构框图,励磁机励磁磁链 励磁机励磁电阻 励磁机励磁电流,一、励磁机的传递函数,（一）他励直流励磁机的传递函数
2、,磁链与磁通的关系,对应不同的运行点，采用饱和系数SE来表达iEE与uEE之间的非线性关系。,励磁控制系统的传递函数,拉氏变换之 令,一阶惯性环节,(二)交流励磁机,励磁控制系统的传递函数,可推导出,交流励磁机 AC-I 模型,二、励磁调节器各单元传递函数,励磁控制系统的传递函数,1. 测量比较单元：,2. 综合放大单元，一阶惯性环节：,限幅环节,3. 功率放大单元：,为纯滞后环节,三、同步发电机传递函数 四、励磁-系统总传递函数,励磁控制系统的传递函数,一阶惯性：,第三节 励磁自动控制系统的稳定性,A 系统的开环传递函数,一、 典型励磁控制系统的稳定计算,根轨迹的起点与终点 渐近线与实轴交点
3、的坐标 渐近线与实轴正方向的夹角 根轨迹分离点的坐标 根轨迹与虚轴的交点位置及放大倍数,B 绘制根轨迹的参数,C 励磁系统的根轨迹图,二、 励磁控制系统空载稳定性的改善,三 励磁系统稳定器电路,闭环系统特征方程,开环传递函数,励磁自动控制系统的稳定性,励磁系统稳定性计算 求系统的开环传递函数，求开环极点 计算以下量，以确定根轨迹的形状 （1）根轨迹渐进线与实轴的交点及倾角 （2）根轨迹在实轴上的分离点 （3）在 轴交叉点的放大系数 根据劳斯判据，确定根轨迹与虚轴的交点 画出根轨迹图,励磁控制系统空载稳定性的改善,要想改善该励磁自动控制系统的稳定性，必须改变发电机极点与励磁机极点间根轨迹的射出角
4、，也就是要改变根轨迹的渐近线，使之只处于虚轴的左半平面。为此必须增加开环传递函数的零点，使渐近线平行于虚轴并处于左半平面。 因此在发电机转自电压处增加一条电压速率负反馈回路。 引入电压速率反馈后，由于新增加了一对零点，把励磁系统的根轨迹引向左半平面，从而使控制系统的稳定性大为改善。该回路即励磁系统稳定器,励磁系统稳定器,励磁系统稳定器原理图,A1输出励磁机磁场电流速率信号到电压测量比较单元的输入端。当磁场电流跃增时，励磁系统稳定器输出正微分信号，使电压测量比较单元瞬时输出负信号去减弱励磁机磁场电流。反之，则增强励磁机磁场电流，而在稳态运行时励磁系统稳定器无输出。从而构成了软反馈，改善了系统阻尼
5、特性。,第四节 励磁自动控制系统对电力系统稳定的影响,经典的传递函数法 现代的状态变量法,PSS电力系统稳定器,在远距离输电系统中，励磁控制系统会减弱系统的阻尼能力，引起低频振荡。其原因可以归结为两条：,励磁调节器按电压偏差比例调节；,励磁控制系统具有惯性。,当输电线负荷较重、转子相位角发生振荡时，由于励磁调节器是采用按电压偏差比例调节方式，所以提供的附加励磁电流的相位具有使振荡角度加大的趋势。但是，励磁调节器维持电压是发电机运行中对其最基本的要求，又不能取消其维持电压的功能。研究表明，采用电力系统稳定器去产生正阻尼转矩以抵消励磁控制系统引起的负阻尼转矩，是一个比较有效的办法。,PSS电力系统稳定器,PSS框图与传递函数,