【正文】 (a)α＜ 60176。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。 錯誤 ! 20 圖 221 α =60176。 圖 222是α =1200時的波形。在ω t4的ɡ點， a 相電位又開始低于c相電位，又發(fā)生自然換流，電流從 D2換至 D4，導(dǎo)通元件為 SCR3和 D4，輸出電壓為 依次在α =300的時刻，給陽極電壓最高一相的可控硅管引入觸發(fā)脈沖，使可控硅元件觸發(fā)換流，共陽 極組的二極管仍自然換流。 錯誤 ! 圖 220三 相全波半控整流 （ a）電路圖；（ b）相電壓波形； (c)觸發(fā)脈沖； (d)直流電壓波形 現(xiàn)以α =30O的圖 220 所示的波形為例，說明三相全波半控整流電路的工作過程。為了避免α＞ 30176。當(dāng)α≤ 30176。 時是斷續(xù)的。這時 K點電位接近 b點， b點電位又比 a點、 c點都高，故 SCR1在反向電壓作用下被迫關(guān)斷。此外，在勵磁調(diào)節(jié)器的測量單元中使用的多相（三相、六相或十二相）整流電路，則主要是將測量到的交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號。交流采樣技術(shù)是微機勵磁的關(guān)鍵技術(shù)和勵磁裝置數(shù)字化深度的標志之一。對這些反饋量的處理有兩種方式，即模擬量采樣和交流采樣。勵磁控 制的參考值已不再僅僅是勵磁控制的設(shè)定值，而是綜合考慮了發(fā)電機定子電流限制、 V/F限制以及調(diào)差（無功電流補償）等作用后的參考值。其控制簡圖如圖 22所示。因此，非線性電阻滅磁方式在大型發(fā)電機組，特別是水輪發(fā)電機組中得到了大量應(yīng)用。 N為保證發(fā)電機正常勵磁的整流橋個數(shù)。三相橋式電路可采用半控或全控橋方式。變壓器高壓側(cè)接線必須包括在發(fā)電機的差動保護范圍之內(nèi)。 21 勵磁系統(tǒng)的配置 、自并激勵磁系統(tǒng)的基本配置 自并激靜止勵磁系統(tǒng)主要由勵磁變壓器、可控硅整流橋、自動勵磁調(diào)節(jié)器及起勵裝置、轉(zhuǎn)子過電壓保護與滅磁裝置等組成。因此，這種諧波勵磁系統(tǒng)具有自調(diào)節(jié)特性，與發(fā)電機具有復(fù)勵的作用相似。 無刷勵磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件，提高了運行可靠性和減少了機組維護工作量。隨著巨型發(fā)電機組的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子電流大大增加，可能產(chǎn)生個別滑環(huán)過熱和冒火的現(xiàn)象。但對采用這種勵磁方式，人們普遍有兩點顧慮；第一，發(fā)電機近端短路時能否滿足強勵要求，機組是否失磁；第二， 8 由于短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護可能會拒絕動作。 、 兩機自勵恒壓勵磁系統(tǒng) 交流主勵磁機經(jīng)過可控硅整流裝置向發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路提供勵磁電流；自動勵磁調(diào)節(jié)器控制可控硅的觸發(fā)角，調(diào)整其輸出電流。這種控制信號可以提供正的阻 尼作用，使整個勵磁控制系統(tǒng)提供的阻尼是正的，而使動態(tài)穩(wěn)定極限的水平達到和超過靜態(tài)穩(wěn)定的水平。顯然 ,勵磁頂值電壓越高 ,電壓響應(yīng)比越快 ,勵磁調(diào)節(jié)對改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果越明顯。f39。同前所述 ,暫態(tài)穩(wěn)定性決定于加速面積 abed 是否小于或等于減速面積 dfed。XEqUs ,其中 X’ Σ =Xd+XT+Xe。由此圖可看出 :在同一轉(zhuǎn)子功角條件下 ,隨時間常數(shù) Te的增加 ,為保證發(fā)電機穩(wěn)定運行所允許的電壓放大系數(shù)是增加的 。39。 (c) Eq’ 恒定 , (d)當(dāng) Eq’ 恒定 ,Eq及 U的變化 。 2 、 提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性 1） 勵磁控制系統(tǒng)對靜態(tài)穩(wěn)定的影響 對于汽輪發(fā)電機 ,其功角特性為 : Eqd SinXEqUsP ??? 式中 Eq一發(fā)電機內(nèi)電勢 。 、 控制并聯(lián)運行機組無功功率合 理分配 并聯(lián)運行機組無功功率合理分配與發(fā)電機端電壓的調(diào)差率有關(guān)。 發(fā)電機運行規(guī)程規(guī)定，大型同步發(fā)電機運行 電壓不得高于額定值的 110％。2 1 勵磁系統(tǒng)的配置 ......................................................................................... 10 167。2 2 勵磁調(diào)節(jié)器基本組成原理 ......................................................................... 12 167。 第二，保證發(fā)電機運行的經(jīng)濟性。發(fā)電機端電壓的調(diào)差率有三種調(diào)差特性：無調(diào)差、負調(diào)差和正調(diào)差。 Us一受端電網(wǎng)電壓 。 (e) U恒定 , (f)當(dāng) U恒定 ,Eq及 Eq’ 的變化 如果發(fā)電機在運行中可自動調(diào)節(jié)勵磁 ,則此時 Eq為變值 ,相應(yīng)的傳輸功率可得到顯著的同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 3 提高。 ，具體數(shù)值取決于微動態(tài)穩(wěn)定的條件。在同一時間常數(shù) Te條件下 ,隨轉(zhuǎn)子功角δ的增加所允許的電壓放大系數(shù)是減少的。曲線 3 表示故障中的功率特性曲線。 顯然 ,當(dāng)故障切除較慢時 , δ 1將增大 ,加速面積 abed 將增大。123δ 1 δ 2 δ M δ M’ δ 圖 14 功率特性曲線 由圖 14可看出 ,正常時 ,發(fā)電機的工作點在功率特性曲線 1的 a處 。但是 ,考慮到發(fā)電機絕緣的強度 ,強勵頂值電壓以 (7~9)倍為宜 ,于此基值取為發(fā)電機空載勵磁電壓。這種控制信號不影響電壓調(diào)節(jié)通道的電 6 壓調(diào)節(jié)功能和維持發(fā)電機端電壓水平的能力，不改變其主要控制的地位，因此，稱為附加勵磁控制。其原理見圖 16。國內(nèi)外的分析和試驗表明，這些問題在技術(shù)上是可以解決的。為了解決大容量機組勵磁系統(tǒng)中大電流滑環(huán)的制造和維護問題，提高勵磁系統(tǒng)的可靠性，出現(xiàn)了一種無刷勵磁方式。但旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體無刷勵磁方式對硅元件的可靠性要求高，不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進行滅磁，轉(zhuǎn)子電流、電壓及溫度不便直接測量等。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時，諧波繞組電勢增大，對發(fā)電機進行強勵。圖 21為南瑞電氣控制公司 FWL/B型靜止勵磁系統(tǒng)的接線原理框圖。 早期的勵磁變壓器一般都采用油浸式變壓器。這兩者增強勵磁的能力相同，但在減磁時，半控橋只能把勵磁電壓控制到零，而全控橋在逆變運行時可產(chǎn)生負的勵磁電壓，把勵磁電流急速下降到零，把能量反饋到電網(wǎng)。即當(dāng)一個整流橋因故障退出時，不影響勵磁系統(tǒng)的正常勵磁能力。國內(nèi)使用較多的為高能氧化鋅閥片；而國外使用較多的為碳化硅電阻。圖中 Ugset為發(fā)電機機端電壓設(shè)定值， Ugact為發(fā)電機端電壓實際值， Uk為控制電壓， Vs為勵磁電源電壓， T c為發(fā)電機端電壓采樣時間常數(shù)， TF為發(fā)電機勵磁電壓反饋時間常數(shù)， PI為比例 積分控制， TSCR、 Tg分別為可控硅整流橋等效時間常數(shù)和發(fā)電機等效時間常數(shù)。這一參考值與發(fā)電機端電壓的誤差再與發(fā)電機的欠勵限制值做比較取其中的較大者（模型中的高值門）作為電壓控制器的輸入。 對于模擬量采樣，一般采用模擬量變送器作為測量元件，模擬量變送器的輸出量為與輸入量成比例的直流電壓，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換接口電路，供計算機采樣。 交流接口分別為電壓接口和電流接口兩種，兩者均為前置模擬通道，由信號幅度變換裝置、隔離屏蔽、模擬式低通濾波等部分組成。 由于 三相整流電路同步發(fā)電機半導(dǎo)體勵磁中應(yīng)用得最普遍，故本節(jié)主要介紹三相半波全控和三相全波全控及三相全波半控的整流電路。流過負載的電流才從 SCR1換流到 SCR2。故計算輸出電壓平均值時，須分別用不同的函數(shù)表達式。 時，輸出電壓ud的波形與純電阻性負載一樣。 后電感負載上的電壓 ud出 現(xiàn)負的部分（即希望相電勢過零之后，相應(yīng)的可控硅自行關(guān)斷），可以在負載兩端并接續(xù)流二極管 DXl O這樣在α＞ 30O、電源電壓過零時，相應(yīng)導(dǎo)通著的可控硅管關(guān)斷，由大電感反電勢產(chǎn)生的電流通過續(xù)流管 DXl 繼續(xù)流通。設(shè)在控制角α =30O的Βω t1時刻觸發(fā) SCR1， SCR1因受正向陽極電壓而觸發(fā)導(dǎo)通。在負載電阻上便得到α =300時，如圖 220（ b）中畫有陰影線的相電壓導(dǎo)通部分，把它的下包絡(luò)線拉平，就得到 220（ d）所示的輸出電壓 ud波形。在α =1200的ω t2時刻， a相的 SCR1接受觸發(fā)信號而導(dǎo)通，這以后 b 相的電位雖高于 a 相，但 b相的可控硅管 SCR3尚未被觸發(fā)，仍是截止的。時三相半控橋的波形圖 圖 222 α =120176。這時輸出電壓的平均值 ud大幅度下降。； (b)α＞ 60176。它不同于三相全波半控整流電路，可控硅元件都要靠觸發(fā)換流，并且一般要求觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于 600，但小于 1200，一 般取 8001000，即所謂“寬脈沖觸發(fā)”。 全控整流電路的工作特點是既可工作于整流狀態(tài)，將交流轉(zhuǎn)變成直流；也可工作于 逆變狀態(tài)，將直流轉(zhuǎn)變成交流。負載電阻 R上得到線電壓 uac. 余類推，每隔 600依次向共陰極組或共陽極組的可控硅元件以觸發(fā)脈沖，則每隔 600有一個臂的元件觸發(fā)換流，每周期內(nèi)每臂元件導(dǎo)電 1200。這主要是由于電感性負載產(chǎn)生的反電勢，維持負載電流連續(xù)流通而產(chǎn)生的。 SCR1此時仍繼續(xù)導(dǎo)通， b 相電位此時雖高于 a,但因 b 相的 SCR3尚未加觸發(fā)脈沖而不會導(dǎo)通。 時，如圖 229（ d）， Ud波形正負兩部分面積相等，輸出平均電壓 Ud=0。 圖 230與圖 231分別代表ɑ =120176。這時電感線圈上的自感線圈上的自感電勢е L與電流 id的方向一致，直流側(cè)電壓的瞬時值 Uab與電流 jd的方向相反，交流側(cè)吸收功率，將能量送回送流電網(wǎng) [參看圖 230（ɑ）或圖 232（ɑ）的回路。 ，每隔 60176。 (a) α =150176。由于ɑ＞ 90176。 到 90176。如果導(dǎo)通中的可控硅元件加上反向電壓的時間小于δ角對應(yīng)的時間，則可控硅管的正向阻斷能力不能完全恢復(fù)，如再如上 正向電壓，即使在沒有觸發(fā)的情況下也會重新導(dǎo)通，失去正向阻斷能力。到ω t2時刻（控制角ɑ =180176。 左右）去觸發(fā) c相的 SCR2，在這段時間內(nèi) Ubc＞ 0,即 b相電位高 ,c相電位低 ,SCR6承受反向電壓的作用易于關(guān)斷 ,SCR2在正向電壓作用下易于開通 ,使逆變電流的通路順利地從 SCR6換流到 SCR2,實現(xiàn)逆變工作狀態(tài)。如果所選元件不能承受這種工作狀態(tài)下的電流容量，則可能損壞可控硅元件或燒斷快熔斷器。 滅磁用電阻可以是線性電阻，可以是非線性氧化鋅滅磁電阻，也可以是非線性碳化硅電阻。如圖： 圖 233機械開關(guān)并聯(lián)滅磁 根據(jù) ANSI/ 標準規(guī)定， 一般機械開關(guān)需要有至少一對主觸頭（ MK1）、一對滅磁常閉觸頭（ MK2）。主要是利用電容的放電過程，使可控硅的電流到零，并形成反壓使之關(guān)斷。但是長期通流帶來的發(fā)熱仍是采用這種方法需解決的首要問題。主要是因為轉(zhuǎn)子的電感的值比較小，阻尼繞組作用比較明顯。 當(dāng)滅磁開關(guān)安裝在直流側(cè)時，必須配合封脈沖措施，否則不能實現(xiàn)交流滅磁。若整流裝置交流側(cè)故障，只要整流橋臂熔斷器選擇合理，是能夠降低此類故障幾率的，所以這些異常工況也不必考慮。 實現(xiàn)交直流冗余滅磁可以采用多種方法 ， 不同的方法結(jié)果可能相差很大， 或者需要高性能的交 /直流滅磁開關(guān)作為必要的保障。 通常認為最危險的工況是空載勵磁失控誤強勵。本文主要針對 ZnO滅磁設(shè)計中值得注意的問題展開討論。也就是說，當(dāng) ZnO并聯(lián)支路數(shù)滿足要求時，一般閥片的總能容都遠遠在滅磁能容的計算值之上。也就是說，在考慮發(fā)電機最危險滅磁工況時，閥片的每片能容按 30KJ計算是可行的。 1）滅磁容量的計算 根據(jù) ZnO閥片的試驗結(jié)果， ZnO閥片的最大能容遠遠大于 其標稱容量。因而采用此工況是合適的。 滅磁系統(tǒng)設(shè)計原則 由于當(dāng)今大多采用氧化鋅非線性電阻滅磁，所以以下的討論 都是基于氧化鋅非線性電阻。 由于汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子儲能比較小，電感比較小，加之阻尼比較大，參與滅磁過程作用比較大，采用短接轉(zhuǎn)子滅磁，也是能夠接受的。事實上，封脈沖是一種簡便易行的方法，而其作用非常顯著，因此在采用交流滅磁的場合，封脈沖措施是必須的。交 流滅磁是將直流開關(guān)難開斷、難建壓的問題，轉(zhuǎn)移到勵磁源的交流側(cè)。將 PTC電阻或鉬棒與開關(guān)并聯(lián)，利用材料在溫度升高時電阻急 劇增加的特點，建立比較高的電壓，打通滅磁電阻回路，實現(xiàn)滅磁。并且電壓的建立速度快，利于快速滅 磁；但是開關(guān)動作的可靠性取決于電子回路工作的可靠性。但是值得注意的是，在不采用滅磁觸頭的滅磁系統(tǒng)里，需要認真核算ZNO的滅磁殘壓與 ZNO的荷電率。而對于阻尼作用較弱的發(fā)電機機組則多采用非線性電阻滅磁。例如最后導(dǎo)通的元件是 a相的 SCR1與 b相的 SCR6，如圖 232。當(dāng)發(fā)電機發(fā)生內(nèi)部故障時，繼電保護裝置給一控制信號至勵磁調(diào)節(jié)器，使控制角ɑ由小于 90176。 ）給 c 相的 SCR2以觸 發(fā)脈沖，應(yīng)該將電流通路從 SCR6換至 SCR2。γ代表換流時的換流角，或稱換相重迭角。 圖 231（ b）和ɑ =180176。 的。 )。每個元件在一周期內(nèi)導(dǎo)電的角度固定的，與ɑ角的大小無關(guān)。這樣一直進行到電感線圈原儲存的能量釋放完畢，逆變過程才結(jié)束。 、ɑ =180176。 時，輸出平均電壓 Ud為正值，三相全控橋工作在整流狀態(tài)，將交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?。到?t3以后， Uac＜ 0，又由電感電勢維持電流 id，使輸出電壓 Ud又呈現(xiàn)負的部分，直到觸發(fā)換流后， Ud才又為正。參看圖 229（ b），這時 a相電位最高， SCR1導(dǎo)通； c相電位雖然最低，但 SCR2尚未被觸發(fā)而不會導(dǎo)通，由 b相的 SCR6繼續(xù)保持導(dǎo)通狀態(tài)。這時三相橋式全控整流電路輸出