【正文】 的二極管仍自然換流。 錯(cuò)誤 ! 20 圖 221 α =60176。 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 21 圖 223控制角α改變時(shí)輸出電壓波形的變化圖 圖 224計(jì)算 Ud的積分面積 (a)α＜ 60176。由于工作于整流狀態(tài)時(shí)通常共陰極組是在相電壓的正半周時(shí)觸發(fā)，共陽極組是在負(fù)半周時(shí)觸發(fā)，故接在同一相上的兩可控硅的觸發(fā)脈沖，例如 a相的 ug1與 ug4,b相的 ug3與 ug6， c相的 ug5與 ug2，相位應(yīng)該差 1800。 然而當(dāng)α＞ 600后，輸出電壓 ud的瞬時(shí)值將出現(xiàn)負(fù)的部分，如圖 229中的（ c）和（ d） 。ɑ =90176。 時(shí)， SCR1接受觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通，這時(shí) Uab雖然過零開始變負(fù)，但電感 L上阻止電流 id減小的感應(yīng)電勢 е較大，使 eLUab仍為正，故 SCR1與 SCR6仍在正向陽極電壓下工作。 (b)相電壓波形 。隨著控制角ɑ的變化，逆變角β在 0176。加有觸發(fā)脈沖，由 SCR1與 SCR6構(gòu)成逆變的通路。 ??idSCR 1+LRSCR 6a+beL??idSCR 1+LRSCR 6ab+eL ( a ) ( b ) 圖 232逆變換流失敗后電感放電與激磁的交替過程 (a)放電； (b)激磁 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 29 在逆變時(shí)若交流電源的電壓消失，則轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組能量不能反饋到交流電網(wǎng)去，可控硅元件之間無交流電壓的作用而不能實(shí)現(xiàn)換流，最后已導(dǎo)通的一組可控硅元件在勵(lì)磁繞組感應(yīng)電勢 eL 的作用下持續(xù)導(dǎo)通，處于續(xù)流狀態(tài)，直到電感中能量放完。 2） 機(jī)械開關(guān)并聯(lián)移能滅磁 機(jī)械開關(guān)串聯(lián)于勵(lì)磁主回路，滅磁耗能電阻并聯(lián)與轉(zhuǎn)子兩端，這是這類滅磁方式的接線方式。電力電子器件將在滅磁中發(fā)揮更大的作用。當(dāng)然這樣滅磁時(shí)間會(huì)比較長，按轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù) Td0進(jìn)行衰減，而且滅磁過程中最多只能利用滅磁開關(guān)兩個(gè)斷口的弧壓。如三峽滅磁設(shè)計(jì)甚至可以在兩重以上故障情況下可靠滅磁。 、滅磁設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)問題 ZnO（這里以及文中其他地方所提到 的 ZnO 均是指低場強(qiáng)高能量的非線性 ZnO 電阻）與SiC相比有較強(qiáng)的非線性特性，在滅磁過程中磁場電壓幾乎不變，滅磁速度快，可以使發(fā)電機(jī)的滅磁更接近于理想滅磁，因此在我國得到了廣泛的應(yīng)用。第二，理論上同樣配比的材料燒制出的閥片的能容與閥片的體積成正比，所以同樣截面的 ZnO閥片，殘壓較高的閥片應(yīng)該具有較大 的能容。具體參見附錄 [4]。所以在配備了跨接器的情況下，可以單獨(dú)采用交流滅磁。如下圖： 32 圖 235 交流滅磁接線圖 圖 236 交流滅磁時(shí)，勵(lì)磁電壓錄波圖 交流滅磁是利用可控硅陽極電源負(fù)半周輔助實(shí)現(xiàn)的一種滅磁方式，交流滅磁勵(lì)磁電壓波形如圖 236所示。 與機(jī)械開關(guān)比較它沒有觸頭磨損，易于維護(hù)，成本也低。 滅磁系統(tǒng)的一般要求： （ 1） 在發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)，滅磁時(shí)間應(yīng)盡可能短； （ 2） 在滅磁過程中，轉(zhuǎn)子繞組兩端產(chǎn)生的過電壓應(yīng)在繞組絕緣允許的范圍內(nèi)，即滑環(huán)間容許的過電壓值。 的整流運(yùn)行狀態(tài)，突然后退到ɑ大于 90176。 如果逆變角小于上述二角之和（δ +γ），則可能造成逆變換流失敗，前一應(yīng)關(guān)斷的元 28 件關(guān)斷不了，后一應(yīng)開通的元件不能開通，還有可能使某一回路的可控硅元件連續(xù)通流而過熱?？捎孟率奖硎救嗳貥蛟谀孀児ぷ鳡顟B(tài)時(shí)的反向直流平均電壓，即 Uβ =(180176。 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 27 圖 230 逆變工作狀態(tài)（α =120176。 時(shí)逆變輸出電壓的波形。 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 25 這樣，輸出電壓 Ud將按圖 229（ C）中線電壓的波形（畫有陰影線的部分）交替出現(xiàn)正負(fù)部分。 圖 227是α =300時(shí)三相全控橋的電壓波形。另外也可以采用“雙脈沖觸發(fā)”的方式，即本元件被觸發(fā)的同時(shí)，還送一觸發(fā)脈沖給前一元件，以便整流橋剛投入時(shí)構(gòu)成電流的最初的通路，其后整流電路便進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)α＞ 600 時(shí)，波形是不連續(xù)的，每周期內(nèi)有三個(gè)波頭，每個(gè)整流元件的導(dǎo)通角＜ 1200。一直持續(xù)到ω t4時(shí)刻， b相才觸發(fā)導(dǎo)通。到ω t2時(shí)刻的 e點(diǎn)， c相電位開始低于 b相電位，共陽極組元件間發(fā)生自然換流，電流從 b 相的 D6轉(zhuǎn)移到 c 相的 D2，導(dǎo) 通元件為 SCR1和 D2，輸出電壓 ud為線電壓 uac。直到ω t3時(shí)刻， b相的SCR2接受觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通， SCR1才被迫關(guān)斷。這樣在負(fù)載上得到的直流輸出電壓 ud的波形如圖 217（ d）所示。某些可控硅裝置即可工作于整流狀態(tài)，也可工作于逆變狀態(tài)，可稱作變流或換流裝置。 、微機(jī)調(diào)節(jié)器的主要組成部分 隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除去因?yàn)榻涌诘确矫嬖黾訋碛布?fù)雜程度上升外，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的硬件逐漸被簡化，這主要因?yàn)?，原先需要通過硬件來實(shí)現(xiàn)的許多功能已經(jīng)完全可以由軟件來實(shí)現(xiàn)，而只需要提供足夠充分的模擬量信息接口，并把這些信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的模擬量信號并進(jìn)行采樣，然后把采樣的信息存放在一些變量中，供計(jì)算機(jī)使用即可。 隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在不斷發(fā)展和完善，當(dāng)今的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器大多已經(jīng)采用微機(jī)作為硬件的載體，它已經(jīng)不再單純地提供自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的內(nèi)部同時(shí)提供了手動(dòng)調(diào)節(jié)功能、開環(huán)控制功能或稱純手動(dòng)功能。對三相全 控橋，當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，控制角在 0o～ 90o之間為整流狀態(tài)（產(chǎn)生正向電壓與正向電流）；控制角在 90o～ 150o（理論上控制角可以達(dá)到180o考慮到實(shí)際存在換流重疊角，以及觸發(fā)脈沖有一定的寬度，所以一般最大控制角取 150o）之間為逆流狀態(tài)（產(chǎn)生負(fù)向電壓與正向電流）。高壓側(cè)可加裝高壓熔斷器，也可不加。 在主發(fā)電機(jī)定子槽中嵌有單獨(dú)的附加諧波繞組。我國近年來在大型發(fā)電機(jī)上廣泛采用自并勵(lì)方式 。 、 它勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（三機(jī)它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)） 它勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)原理如圖 15所示。段 ,由此在故障切除前減少了加速面積 (由 abcd減少到 abc’ d)。其后 ,因輸出電磁功率減小 ,轉(zhuǎn)子開始加速 ,功率角開始增加。靜態(tài)穩(wěn)定功率極限理論值 PM=?XUUs ，具體數(shù)值也取決于微動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的條件。此曲線亦稱內(nèi)功率特性曲線。 規(guī)程規(guī)定大型發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓不得低于額定值的 90％；當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓低于 95％時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)限負(fù)荷運(yùn)行。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 1 目 錄 第一章 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用及分類 ............................... 1 167。其他電力設(shè)備也有此問題。靜態(tài)穩(wěn)定功率 極限等于 PM=?dXEqUs 。對應(yīng)的轉(zhuǎn)子功角更大于 900。當(dāng)達(dá)到δ 1時(shí)故障切除 ,功率特性為曲線 2,工作點(diǎn)由 c移到 e點(diǎn)。在δ =δ c 時(shí)故障切除后亦能增加減速面積 (由曲線 2 的 dehg 增加到 de’ h’ g)。 自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)恒壓裝置ACFLPTACLFLQFCT 圖 15 交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（三機(jī)它勵(lì)） 交 流主勵(lì)磁機(jī)（ ACL）和交流副勵(lì)磁機(jī)（ ACFL）都與發(fā)電機(jī)同軸。 、無刷勵(lì)磁系統(tǒng) 上述交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)，勵(lì)磁機(jī)的電樞與整流裝置都是靜止的。利用發(fā)電機(jī)合成磁場中的諧波分量，通常是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)教材 南京南瑞電氣控制公司 9 利用三次諧波分量，在附加繞組中感應(yīng)出的諧波電勢，作為勵(lì)磁裝置的電源，經(jīng)半導(dǎo)體整流后供給發(fā)電機(jī)本身 的勵(lì)磁。 勵(lì)磁變壓器可設(shè)置過電流保護(hù)、溫度保護(hù)。因此當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過改變可控硅的控制角來調(diào)整勵(lì)磁電流的大小，以保證發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓恒定。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行在自動(dòng)方式和手動(dòng)方式的基本工作原理相同，即通過比較測量反饋值與參考值（有別于設(shè)定值）的誤差，計(jì)算出控制電壓（自動(dòng)方式下還經(jīng)過一個(gè)欠勵(lì)限制環(huán)節(jié)），再經(jīng)過轉(zhuǎn)子電壓反饋產(chǎn)生可控硅的控制 角，輸出相對于同步電壓理想自然換流點(diǎn)有一定相位滯后的觸發(fā)脈沖。 可見，當(dāng)今的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，除了電源模塊、 CPU模塊、模擬量和開關(guān)量接口模塊以及勵(lì)磁調(diào)節(jié) 器必要的脈沖放大電路幾乎已不再需要特殊的外圍電路。同步發(fā)電機(jī)的 半導(dǎo)體勵(lì)磁是半導(dǎo)體變流技術(shù)在電力工業(yè)方面的一項(xiàng)重要應(yīng)用。 16 圖 217 三相半波全控整流 圖 218計(jì)算 Ud值的圖形 (a)電路圖； (b)交流側(cè)電壓波形； (c)觸發(fā)脈沖； (a)0≤α≤π /6(b)π /6≤α≤ 5π /6 (d)直流側(cè)電壓波形 對于三相半波全控整流，只要改變控制角 α的大?。锤淖冇|發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻），在負(fù)載上便可得到不同的輸出波形，因而得到大小不同的平均直流輸出電壓，達(dá)到可控整流的目的。這樣一來，輸出電壓 ud就呈現(xiàn)出負(fù)的部分，如圖 219（ d）。 同理，在ω t3時(shí)刻觸發(fā) SCR3，此時(shí) b相電位最高， SCR3承受正向陽極電壓而觸發(fā)導(dǎo)通。以下類似上述情況。當(dāng)α＜ 600后，則輸出電壓 Ud 的波形是連續(xù)的，每周期內(nèi)有六個(gè)波頭，每個(gè)整流元件的導(dǎo)通角是 1200。 雙脈沖觸發(fā)電路較復(fù)雜些，但它可以減小觸發(fā)裝置的輸出功率，減小脈沖變壓器的鐵芯體積。圖 228是α =600時(shí)的電壓波形。正的部分表示交流線電壓產(chǎn)生負(fù)載電流 id，交流電源向負(fù)載供電；負(fù)的部分表示電感性負(fù)載中的感應(yīng)電勢 ??L維持負(fù)載電流 id的流通，將原電感中貯存的能量釋放一部分?，F(xiàn)說明它們的工作情況。 ） 圖 231α =150176。 β )= 在非全控橋中有時(shí)用θ或β代表可控硅元件的導(dǎo)通角，它隨控制角ɑ的變化而在廣泛的范圍內(nèi)變化。 現(xiàn)以圖 231（ b）β =0176。 的某一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌?，進(jìn)入逆變 運(yùn)行狀態(tài)，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組貯存的磁場能量迅速反饋到交流側(cè)去，使發(fā)電機(jī)的定子電勢訊速下降，這就是所謂逆變滅磁方式。 滅磁方式主要分為以下幾種： 1）串聯(lián)耗能滅磁 滅磁最初就是直接利用耗能開關(guān)吸收發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的能量 。但目前在大電流系統(tǒng)中不宜采用。滅磁開關(guān)既可以安裝在交流側(cè)也可以安裝在直流側(cè)，但都必須配合封脈沖的措施 (由于交流滅磁開關(guān)跳開過程中同步電源缺相而導(dǎo)致的自動(dòng)封鎖脈沖等效于封脈沖 )，否則都不能實(shí)現(xiàn)交流滅磁。然而通常建議在水輪發(fā)電機(jī)滅磁中不選擇單獨(dú)的交流滅磁 。 滅磁系統(tǒng)的任務(wù)是以盡快的速度消滅磁場能量，使發(fā)電機(jī)電壓消失，使事故程度降低到最小。 2）滅磁閥片的最大通流能力 使用 ZnO非線性電阻，必須了解 ZnO閥片自身的最大通流能力，并做好各個(gè)支路的均流措施，以保證在最惡劣的工況滅磁時(shí)，流過滅磁裝置的任何一個(gè) ZnO支路的最大電流值不超過它允許通過的最大電流值。所以，選擇滅磁方式、考核滅磁參數(shù)和配置首要的前提是考慮能夠在最惡劣工況下滅磁，否則快速都是空談。 5)冗余滅磁 所謂冗余滅磁，是同時(shí)采用兩種及兩種以上的方法滅磁，如在交流、直流側(cè)分別設(shè)置開關(guān)，在滅磁過程中同時(shí)分?jǐn)啵餐▔?，在跳滅磁開關(guān)的同時(shí)封鎖脈沖，利用封脈沖后可控硅續(xù)流形成的交流電壓輔助滅磁等等，這類滅磁方式的好處是，當(dāng)一種滅磁不能正常工作時(shí)，另外的滅磁方式仍然能夠可靠地實(shí)現(xiàn)滅磁，當(dāng)多種滅磁都正常時(shí)，可以大大降低對開關(guān)的要求。即使在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流換流到滅磁電阻支路前，有可控硅的觸發(fā)脈沖使得某個(gè)橋臂的兩個(gè)可控硅直通，形成轉(zhuǎn)子回路短接滅磁，仍然可以保證交流側(cè)滅磁開關(guān)的分?jǐn)喽鴮?shí)現(xiàn)自然續(xù)流滅磁。然而值得注意的是，隨著電力電子器件的快速發(fā)展，高電壓大電流的全控器件也會(huì)在不久投入商業(yè)運(yùn)行。但是這中方式因?yàn)榇嬖谌缦氯秉c(diǎn)： （ 1）體積大 （ 2）不易維護(hù) （ 3）滅磁成功與否取決弧的形成 （ 4）容易引起事故 （ 5）產(chǎn)品隨發(fā)電機(jī)機(jī)組容量需要特殊的訂制，不易產(chǎn)品規(guī)?；?，系列化 所以逐漸被并聯(lián)移能方式的滅磁代替了。性能較好；對于自并勵(lì)接線，則逆變性能較差。例如在ω t1時(shí)刻 a相的 SCR1與 b相 SCR6。通常用β代表逆變角。 時(shí)的逆變波形 (a)電路圖 。參看圖 230，在ω t2時(shí)刻控制角ɑ突然后退到 120176。隨著控制ɑ的增大，正值部分的面積漸減，負(fù)值部分的面積漸增， Ud平均值愈來愈小。 在控制角α＜ 600 的情況下，共陰極組輸出的陰極電位在每一瞬間都高于共陽極組的陽極電位，故輸出電壓 ud的瞬時(shí)值都大于零，波形是連續(xù)的。時(shí)） (a)電路圖； (b)相電壓波形； (c)觸發(fā)脈沖； (d)直流側(cè)電壓波形 圖 22