【正文】 對于大型勵磁系統(tǒng)，為保證足夠的勵磁電流，多采用數(shù)個整流橋并聯(lián)。 3) 勵磁控制裝置 勵磁控制裝置包括自動電壓調(diào)節(jié)器和起勵控制回路。 12 4) 滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù) 對于采用線性電阻或采用滅弧柵方式滅磁時(shí)，須設(shè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置。 167。 、微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的自動調(diào)節(jié)功能 勵磁調(diào)節(jié)器自動方式的閉環(huán)控制對象為機(jī)端電壓。 Ugact調(diào)差（無功電流補(bǔ)償）UkUsUgset11+T S C1g1+T S1F1+T SSCR11+T SPI電壓控制器欠勵限制器過勵限制器V/F限制器定子電流限制器MVs 圖 22發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器自動控制原理簡圖 、微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的手動調(diào)節(jié)功能 同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 13 勵磁調(diào)節(jié)器手動調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制對象為勵磁電流。 1SCR1+T SPIFDU39。 由于采用了微機(jī)作為勵磁控制器的載體，早期的那些通過硬件才能夠?qū)崿F(xiàn)的比較、限制、保護(hù)等功能已經(jīng)不再需要專門的硬件，都可以通過軟件來方便靈活地實(shí)現(xiàn)，因此使得勵磁控制器的硬件大為簡化，可靠性得到大幅度提高。 調(diào)節(jié)器的核心硬件包括：模擬信號的數(shù)字化采樣回路、 CPU的控制運(yùn)算和邏輯判斷回路以及數(shù)字式的移相觸發(fā)回路。由 于這種方法容易實(shí)現(xiàn)，測量精度也可保證，因而早期的微機(jī)勵磁多采用這種方式。模擬量變送器的不足之處在于電路硬件復(fù)雜，調(diào)整和維護(hù)量較多。 同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 15 167。 將從發(fā)電機(jī)端或交流勵磁機(jī)端獲得的交流電壓變換為直流電壓，供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁繞組或勵磁機(jī)磁場繞組的勵磁需要，這是同步發(fā)電機(jī)半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)中整流電路的主要任務(wù)。 、帶電阻負(fù)載的三相半波全控整流電路 三相半波全控整流電路，如圖 217（ a）所示。過 e點(diǎn)后， b 點(diǎn)電位高于 a點(diǎn)， SCR2開始承受正向電壓，但尚未加觸發(fā)脈沖，故 SCR2暫不導(dǎo)通，而 SCR1在正向電壓（ u2α ＞ 0） 作用下繼續(xù)導(dǎo)通。同理，在 wt3時(shí)刻，給 c相的 SCR3觸發(fā)脈沖后， SCR3導(dǎo)通， SCR2關(guān)斷。 三相半波全控整流電路輸出電壓 ud 的波形，當(dāng)α＜ 30176。參看圖 218的波形，當(dāng) 0176。時(shí)，表達(dá)式為： ?????? ???? ???????? ??????? ??? 6c o s16 7 i n2321262 UttdU　U d 即 ? ?? ??????????? ?????????? ?????? ??????? 150306c o 300c o 2 ?????UU d (24) 可控硅元件承受的最大正向電壓為相電壓幅值 22U ，承受的最大反向電壓為線電壓的幅值 22 UU ?? 。但當(dāng)α＞ 30176。因此，α＞ 30176。在控制角α＞ 30O后每相可控硅元件每周導(dǎo)通的角度是 150Oα，續(xù)流管 DXl則每周導(dǎo)通三次，每次寬度為α 30O。即每周期內(nèi)的六次換流中，只有三次自然換流，另有三次觸發(fā)換流。此時(shí) a相電位最高， b 相電位最低，線電壓 uab最大，電流從 SCR1流出，經(jīng)負(fù)載電阻 R，由 D6流回電源。在 SCR3導(dǎo)通的同時(shí)，將反向電壓加到 SCR1迫使它關(guān)斷，電流從 SCR1轉(zhuǎn)移到 SCR3，發(fā)生觸發(fā)換流。 圖 221是α =600時(shí)的波形。依此類推，輸出電壓 ud的波形處于連續(xù)的臨 界情況，每周內(nèi)有三個波頭。ω t2ωt3期間 c 相電位最低。輸出電壓如圖 222（ c）所示那樣是不連續(xù)的，每個可控硅元件每周期的導(dǎo)通角是 600。時(shí)三相半控橋的波形 (a)相電壓波形 (b)觸發(fā)脈沖 (c)直流電壓波形 (a)相電壓波形 (b)觸發(fā)脈沖 (c)直流側(cè)電壓波形 圖 222是α =1200時(shí)的波形。一直持續(xù)到ω t4時(shí)刻， b相才觸發(fā)導(dǎo)通。 控制角α增大到 1800，則輸出電壓平均值 ud=0。 現(xiàn)在計(jì)算控制角α變化時(shí)，三相半控整流橋輸出電壓的平均值 Ud。 當(dāng) 00≤α≤ 600時(shí)，由圖 224（ a）可見，整流電壓的面積由兩部分組成：一部分是 ABCD，另一部分是 DCEF，將這兩塊面積相加再平均，得： ????????????? ? ???323 3211 )3s i n(2s i n2321???????????? tdtUttdUU d 2c o o s123 11 ??? ???? UU 2cos10 ??? dU (25) 其中11 UUU do ?? ?，為α =00 時(shí)輸出直流電壓的平均值，這時(shí)其值最大，等于三相全波不可控整流 電路的輸出電壓。 上述波形分析及計(jì)算，對于帶續(xù)流二極管的電感性負(fù)載電路同樣適用 。這樣才能保證整流電路剛投入之際，例如共陰極組的某一元件被觸發(fā)時(shí)，共陽極組的前一元件的觸發(fā)信號依然存在，共陰極組與共陽極組各有一元件同時(shí)處在被觸發(fā)狀態(tài)，才能構(gòu)成電流的通路。 同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 23 61u g1U d01633122 4554 60u gu g6 u g2 u g4 u g60u g1u gu g5u g3(c)ωω00t531(b)ω2tω ωt 4 6tt tω ω ttωUd觸發(fā)換流S CRu g2(a)U dSCRSCR 1B24c6ba3 5Ri dUa Ub Uc(d)tωtωω t 圖 226 三相全波全控整流（α =0176。下面說明這兩種工作狀態(tài)。在負(fù)載電阻 R上得到線電壓 臂元件以觸發(fā)脈沖，就可依次換流。 控制角α =00時(shí)負(fù)載電阻 R上得到的電壓波形 ud 如圖 226（ d)所示，它與三相橋式不可 24 控整流電路的輸出波形相同。兩圖的圖（ a）交流相電勢畫陰影線的部分表示導(dǎo)通面積，如把底線拉平，就成為圖（ b）所示的輸出電壓 ud的波形，它是由線電壓波形的相應(yīng)各部分組成的。設(shè)在 600＜ α＜900的ω t1時(shí)刻，給 a 相的 SCR1以觸發(fā)電壓。在ω t2以后，雖然 b相電位高于 a相電位，即ц ab＜ 0，但電感 L上的感應(yīng)電勢 ??L的絕對值高于 Uab的絕對值，實(shí)際加在 SCR1與 SCR6元件上的陽極電壓仍然為正，維持原來電流 Jd的通路。電流在 SCR1與 SCR2構(gòu)成的回路中流通，使輸出電壓 Ud=Uac＞ 0。 輸出電壓 Ud在一周內(nèi)出現(xiàn)正負(fù)波形，其平均值 Ud將減小。 三相全控橋式整流電路輸出電壓 Ud的波形在一個周期內(nèi)為勻稱的六段，即輸出電壓 Ud的周期是陽極電壓周期的六分之一，故計(jì)算其平均電壓 Ud，只須求交電流電壓 2 U1cosω t在 （ ???6 ）至（ ???6 ） 的平均值即可： 圖 227 α =300時(shí)的電壓波形 (a) 相電壓波形； (b) 直流側(cè)電壓波形 圖 228 α =600時(shí)的電壓波形 (a) 相電壓波形； (b) 直流側(cè)電壓波形 圖 229 600＜α≤ 900時(shí)的電壓波形 (a)電路圖； (b) 相電壓波形； (c)當(dāng) 600＜α＜ 900 時(shí)的電壓波形； (d)當(dāng)α＝ 900時(shí)的輸出電壓波形 26 ttdUUd ???????c o s2621166????? = ??? c os6s in223 1 ?U ? 1U? (27) 在ɑ＜ 90176。在半導(dǎo)體勵磁裝置中，如采用三相全波全控整流電路，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)能進(jìn)行逆變滅 磁，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場原來儲存的能量迅速反饋給交流電源去，以減輕發(fā)電機(jī)損壞的程度。 與ɑ =150176。 設(shè)原來三相橋工作在整流狀態(tài)，負(fù)載電流 id流經(jīng)勵磁繞組而儲存有一定的磁場能量。 ] 到ω t3時(shí)刻，對 C 相的 SCR2 輸入觸發(fā)脈沖，這時(shí) Uab雖然進(jìn)入負(fù)半調(diào)，但電感電勢е L仍足夠大，可以維持 SCR1與 SCR2 的導(dǎo)通，繼續(xù)向交流側(cè)反饋能量。 時(shí)輸出電壓的波形。 有一個可控硅元件換流。 及α =180176。 (β =30176。 ,假想情況 )。 才進(jìn)入逆變狀態(tài)，故逆變角β總是小于 90176。對于三相全控橋整流電路，可控硅元件的導(dǎo)通角是固定不變的。 之間變化。逆變角必須大于某一最小逆變β min，即控制角ɑ不能大于（ 180176。δ稱為關(guān)斷越前角或關(guān)斷角。 的假想情況來說明這個問題。 ，逆變角β =0176。即后一應(yīng)開通的元件（ SCR2）不能導(dǎo)通，前一應(yīng)關(guān)斷的元件（ SCR6）反而繼續(xù)導(dǎo)通，一直由感應(yīng)電勢е L+ → SCR6 → SCR1 →е L+ 繼續(xù)構(gòu)成通路。 利用三相全控整流橋可以兼作同步發(fā)電機(jī)的自動滅磁裝置。至于逆變性能的好壞還與主回路的接線方式有關(guān)，例如對于他勵接線，逆變能訊速完成。 如果逆變角β過小，或者逆變過程中三相全控橋的觸發(fā)脈沖因故突然消失，則最后導(dǎo)通的一組可控硅元件，將工作在勵磁繞組電感“放電 —— 激磁 —— 放電”的交替過程中。 在設(shè)計(jì)和調(diào)試三相全控橋時(shí)，應(yīng)考慮到上述這些問題。在汽輪發(fā)電機(jī)的滅磁中由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為實(shí)心轉(zhuǎn)子具有較強(qiáng)的阻尼作用，即使發(fā)電機(jī)勵磁 繞組中的電流迅速衰減到零，但由于阻尼繞組中的電流不能迅速衰減，發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓并不能達(dá)到迅速衰減的目的，而且阻尼繞組中的電流是不可控的，所以在具有較強(qiáng)阻尼作用的發(fā)電機(jī)機(jī)組中多采用線性電阻滅磁。比如利用弧間隔燃燒來耗能， 30 比如俄羅斯的耗能開關(guān)。隨著國內(nèi) 20年來采用 ZNO電阻耗能在滅磁系統(tǒng)中的應(yīng)用，滅磁觸頭也不一定必要了。目前使用的機(jī)械開關(guān)主要有 DM DM DMX、 E3H、 E4H、 UR、 PHB、 MM7 CEX等。具體回路如下： 電力電子器件組件控制回路換流回路 圖 234電子開關(guān)并聯(lián)滅磁 這類方式開關(guān)動作時(shí)間快，因此開關(guān)在關(guān)斷過程中所需要的遮斷能容就小。它存在兩個問題：發(fā)熱問題及器件選型問題。 為克服上述兩種滅磁方式的缺點(diǎn)，人們開始在材料科學(xué)領(lǐng)域探索，尋找一種既不發(fā)熱，又可以建壓的材料。 由于以上滅磁方式的缺陷，業(yè)內(nèi)人士希望能夠?qū)⒖煽毓枵鳂蛑苯雨P(guān)斷，將機(jī)械開關(guān)移至勵磁變低壓側(cè)。因此，交流滅磁在汽輪發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)應(yīng)用比較多。 當(dāng)滅磁開關(guān)裝在交流側(cè)時(shí)， 可以利用在滅磁開關(guān)打開的過程中一相無電流而自動分?jǐn)嗟奶攸c(diǎn)，并借助可控硅的自然續(xù)流將可控硅陽極的交流電壓引入到滅磁過程中去。滅磁開關(guān)同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 33 安裝在直流側(cè)的好處是滅磁過程中可以充分利用 滅磁開關(guān)串聯(lián)斷口的弧壓?？紤]到這種情況，一般在轉(zhuǎn)子兩端設(shè)置電子跨接器或機(jī)械跨接器，甚至兩者都設(shè)置。即使機(jī)端短路也能夠利用短路點(diǎn)比較低的電壓進(jìn)行電流轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)滅磁。而是選擇機(jī)械開關(guān)并聯(lián)移能滅磁或下面介紹的冗余滅磁方案。 采用以下的滅磁時(shí)序可以最大限度地降低對交 /直流滅磁開關(guān)的要求，實(shí)現(xiàn)多種工況下的可靠滅磁，即：正常情況下采用逆變滅磁；故障時(shí)首先采用約 12個調(diào)節(jié)器控制周期的逆變滅磁，然后采用硬件封脈沖手段閉鎖調(diào)節(jié)器輸出脈沖，如果有交流滅磁開關(guān)可以同時(shí)跳交流滅磁開關(guān)（一般情況交流滅磁并非必須設(shè)置交流滅磁開關(guān)，但對于大型發(fā)電機(jī)配備交流滅 34 磁開關(guān)是有益的），最后延時(shí) 6到 7毫秒（對于 50赫茲而言）跳直流滅磁開關(guān) 。 、滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮工況 滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需考慮的工況，目前在國內(nèi)有些爭議。此時(shí)開關(guān)面臨應(yīng)對整流輸出直流電壓和滅磁殘壓的疊加，并且電流也上 升到失控強(qiáng)勵的電流（此電流值不會比三相短路電流?。铱梢宰C明此時(shí)發(fā)電機(jī)儲存的能量比三相短路的能量要大。那么滅磁設(shè)計(jì)的原則就是： a)能夠轉(zhuǎn)移電流實(shí)現(xiàn)滅磁、 b)安全轉(zhuǎn)移能量、 c)快速消耗能量，其重要性依次遞減。 在滅磁主回路確定的前提下， ZnO滅磁的設(shè)計(jì)中主要考慮的問題包括：滅磁能容的估算、滅磁閥片最大允許通流能力、滅磁裝置最大允許電流、滅磁電阻的殘壓、滅磁電阻正反向荷電率、并聯(lián)支路滅磁電阻的均流和均能等。 ，發(fā)電機(jī)最大可能產(chǎn)生的勵磁電流為額定勵磁電流的 3倍，即 3900A以上。 這里有兩點(diǎn)值得大家注意：第一，在我們在考慮最危險(xiǎn)滅磁工況時(shí)，滅磁閥片的能容不應(yīng)該簡單地考慮閥片的標(biāo)稱能容，而應(yīng)該考慮閥片的最大能容，在此基礎(chǔ)上考慮均能、均流因素以及一定的裕量。 我國目前生產(chǎn) ZnO 的廠家生產(chǎn)的閥片標(biāo)稱