【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，輸出電壓平均值降為零，即 =0。 綜上所述，當(dāng)三相全控橋式整流回路工作的整流狀態(tài)時(shí)，控制角a 應(yīng)小于 90 186。；在電源變化一周期內(nèi)， Umn的波形分為均回六段，每段 15 內(nèi)的平均值即是 求得為 = х .COSa,可以看出，當(dāng)a90186。時(shí)， 0,電路工作在整流狀態(tài)，改變控制角 a，就可以改變，滿(mǎn)足自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置對(duì)自控硅實(shí)行控制的要求。 23 半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的保護(hù) 整流 裝置中的硅元件是半導(dǎo)體勵(lì)磁裝置中的重要器件。為保證它們安全可靠地工作，除了提高硅元件的產(chǎn)品質(zhì)量，正確選擇硅元件的參數(shù)之外，還必須在裝置中適當(dāng)?shù)夭捎帽Ｗo(hù)措施。主要是過(guò)電壓及過(guò)電流保護(hù)。 （一）過(guò)電壓保護(hù) 產(chǎn)生過(guò)電壓的原因，除了大氣過(guò)電壓外，主要是由于系統(tǒng)中斷路器操作過(guò)程，以展示控硅元件本身?yè)Q相關(guān)斷電壓，在電路中激起電磁能量的互相轉(zhuǎn)換和傳遞引起的過(guò)電壓。 過(guò)電壓的來(lái)源： 由輸電線路供電的降壓變，因進(jìn)線遭雷擊或靜電感應(yīng)過(guò)電壓時(shí)，變壓器副方也產(chǎn)生過(guò)電壓。 整流電源變壓器高壓側(cè)合閘的瞬間，由于高壓繞組與低壓繞組之間的分布民容與低壓繞組對(duì)銑芯之間的分布電容的耦合，使得高壓側(cè)入侵電壓按電容反比分配給低壓側(cè)，尤其是變比較大的變壓器，低壓側(cè)感應(yīng)過(guò)電壓的倍數(shù)就更高。 變壓器高壓繞組的漏抗與低壓繞組分布電容組成振蕩回路，在變壓器合閘瞬間，突然加工廠創(chuàng)躍電壓，產(chǎn)生過(guò)電壓。 當(dāng)以高壓側(cè)數(shù)開(kāi)空載變壓器時(shí)，由于激磁電流及其成比例的 16 磁通量突然消失使變壓器繞組感應(yīng)很高的瞬變過(guò)電壓。 當(dāng)整流裝置負(fù)載被切除，或整流裝置有直流側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，在交流電源回路的電感上，特別在整流變漏抗止因電流突變而產(chǎn)生過(guò)電壓。 處于導(dǎo)通狀態(tài)的硅元 件，體內(nèi)積蓄載流子的存在，當(dāng)施反向電壓時(shí)，原來(lái)積蓄的載流子會(huì)以硅元件流出形成反向恢復(fù)電流，當(dāng)恢復(fù)電流被迅速截?cái)鄷r(shí)，電感上會(huì)感應(yīng)出高電壓。 當(dāng)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中突然短路或先步時(shí)，在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組回路將產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。 由此可見(jiàn)，有多方面原因引起過(guò)電壓，威脅硅元件的安全工作，而硅元件承受過(guò)電壓的能力又較低，因此必須采用抑制過(guò)電壓的保護(hù)。 過(guò)電壓保護(hù) 阻容保護(hù) 由電阻，電空串聯(lián)形成的 Rc 過(guò)電壓保護(hù)原理，利用電容器而商奄壓不能突變，而能儲(chǔ)存電能的基本特性，可以吸收瞬間的浪涌能量，限制過(guò)電壓。為了減少引起電感，電 容應(yīng)盡量靠近元件處，一般采用并聯(lián)方式。為了限制電容器的放電電流，降低可控硅開(kāi)斷瞬間電容放電電流引起的正向電流上升率 di/dt，以及避免電容與電感產(chǎn)生振蕩，通常在電容回路上串入適當(dāng)電阻。從而構(gòu)成阻容吸收保護(hù)，一般可抑制瞬變電壓不超過(guò)某一容許值，作為交流側(cè)，下流側(cè)及硅元件本身的過(guò)電壓保護(hù)。阻容保護(hù)元件參見(jiàn)下一部分。 17 壓敏電阻 在敏電阻一般是由氧化鋅摻雜化鋅，再有其它多種金屬氧化物燒結(jié)而成的陶瓷基片的非線性電阻，是有齊納二極管的非線性仗安特性。如圖（ a）在正常電壓下，壓敏電阻呈高阻狀態(tài)，流過(guò)只有極其微弱的泄漏 電流。當(dāng)發(fā)生浪涌（異常）過(guò)電壓時(shí)，境界層便迅速變?yōu)榈妥杩?，使浪涌電流通過(guò)，被壓敏電阻吸收掉，過(guò)電壓得到了抑制，與硒堆等非線性元件比較，其特點(diǎn)有：（ 1）非線性系數(shù)大，殘壓低，抑制過(guò)電壓能力強(qiáng)， I=KU186。，式中 K 為器件常數(shù)， a 為非線性系數(shù)，相當(dāng)于器件靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻的比值，即（ U/I） /（ du/di） 。（ 2）通流容量（浪涌承受量）較大，伏安特性對(duì)稱(chēng)，交直流均可使用。正反浪涌均可吸收。（ 3）漏電流水。（ 4）可靠性較高，本設(shè)計(jì)采用壓敏放電阻做為直流側(cè)的過(guò)電壓保護(hù)。 硒堆吸收裝置 由若干片摻入適當(dāng)雜質(zhì)的硒片，互 相串聯(lián)組成硒堆吸收五環(huán)節(jié)，可以獲得與齊納二級(jí)管相似的轉(zhuǎn)折特性，原理當(dāng)外加電壓超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，反向電流側(cè)隱劇真加，可抑制電壓的上升。如果浪涌電壓的能量地大，使硒堆出現(xiàn)擊穿電流，由限制電壓 U 上升到極限電壓時(shí)，在硒堆片之間將有放遠(yuǎn)銷(xiāo)點(diǎn)發(fā)生擊穿。引起硒的蒸發(fā)，但吸收浪涌電流之后，小孔自行恢復(fù)，即是有“自愈”特性，其特點(diǎn)是：正常運(yùn)行時(shí)，基本上不吸收多大的功率，發(fā)熱量小，使用上具有任意組合的靈活性，但是體積較大。容量受朝而特性改變。 （二）過(guò)電流保護(hù) 引起整流元件過(guò)電流的原因大致為： 18 （ 1） 勵(lì)磁回路某處發(fā)生短路。 （ 2） 整流橋中某 一元件坪，引起其它元件過(guò)電流。 （ 3） 發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷，因電磁感應(yīng)關(guān)系，可控硅整流回路中，也將引起沖擊過(guò)電流。由于硅整流元件過(guò)載能力很差，其原因是可控硅過(guò)載時(shí)，將導(dǎo)致結(jié)溫升高，當(dāng)升高到 180℃以上時(shí)，可控硅反向漏電流急劇上升，最后將導(dǎo)致 P— N 結(jié)被燒毀，安全失去整流作用，因此，常采用快速熔斷器，快速開(kāi)關(guān)，以及快速過(guò)電流繼電器等保護(hù)措施。 在本次設(shè)計(jì)采用了快速熔斷器的保護(hù)，快速熔斷器是過(guò)電流保護(hù)中最簡(jiǎn)單的一種方式，它是專(zhuān)供半導(dǎo)體元件使用的，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且保護(hù)范圍廣，能保護(hù)內(nèi)部故障，外部短路，逆向電流及某些過(guò)載等因素引 起的過(guò)電流，它是有極優(yōu)越的快速性，與普通熔斷器相比在同樣的過(guò)載倍數(shù)下，它的熔斷時(shí)間要短得多。 24 整流元件參數(shù)確定及元件選擇 由于整流元件過(guò)負(fù)載能力相對(duì)勵(lì)磁變壓器而言要差一些，因此在整流元件參數(shù)的選擇一般都以整流元件所允許通過(guò)的最大電流以及所能承受的最大反向壓降來(lái)決定。在三相全控橋中，各種電流以最強(qiáng)勁時(shí)最大。并且應(yīng)考慮元件工作的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。 SCR 元件額定電壓 Vte 的計(jì)算。 橋臂的反向工作電壓最大瞬時(shí)值 VARM= 2 U1= 2 ? = 可控硅的額定電壓，即重復(fù)正向阻斷電壓 VARM或重復(fù)反向峰值電壓的計(jì)算；選擇時(shí)應(yīng)與使元件的額定正向與反向電壓比實(shí)際工作中所承受的正向與反向峰值電壓最大值高 2 倍以上（考慮到電壓波動(dòng)及抑制后的過(guò)電壓）。 19 故按下式計(jì)算： Vte=VARM= 式中： Kv— 電壓裕度爾數(shù)，為提高可靠性，取值大于 2，在此取2 Kcg— 過(guò)電壓沖擊系數(shù)，取 ~，視過(guò)電壓保護(hù)完備情況而定，此取 Kcg= Kb— 電源電壓升高系數(shù)，通常取 ~，此取 則 Vte=2179。 179。 179。 = SCR 元件額定電流 IT（ AV）的計(jì)算。 額定工況下，由于流過(guò)可控硅的電流量是方波，一周期導(dǎo)通三分之一，且整流下直流側(cè)電流 Id(e)=Ifd(e),橋臂平均電流 IA(AV)= 31 Ifd(e)= 31 179。 248=,由此可選硅元件的額定正向平均電流為：IT(AV)=KiIA(AV)=(35)IA(AV)=(248~)A Ki— 電流裕度系數(shù)，此取 3~3 強(qiáng)勵(lì)工況下： Ifd(q)=Ke178。 Ifd(e)=179。 248= I’A(AV)= 31 Ifd(q)= I’A(AV)=Ki’ 178。 I’A(AV)179。 = Ki— 強(qiáng)勁工況下電流裕度系數(shù)，此取 ∮ 25 交直流側(cè)保護(hù)參數(shù)計(jì)算 整流變壓器（勵(lì)磁變壓器）參數(shù)有 VK%=5%， Iq%=% Se=72KVA V2= I2= 則 V（ 0） 2=5%179。 =1016V 20 I(0)2=%179。 = 阻容保護(hù) 交流側(cè)： CS 交流側(cè)： CS=10000179。2)0(2)(VF OI?=10000179。 ? =? F Rs=(～ )2)( 2)0(OIV=～ ? 所選電容量的額定電壓，應(yīng)小于交流側(cè)最高工作電壓，峰值的~ 倍，即 Vce≥ 179。 2 179。 =，故選 400V。 電阻功率取： PR=（ 2~3）（ (0)2） 2R =（ 2~3）（ 179。 ） 2179。 =（ ~）179。 =~ R 取 直流側(cè)： Cd=70000178。2)0(2)(VF OI?=70000178。 ? =? F Rd=179。2)( 2)0(OIV=? PR=(2~3) 178。 2)2/1 0 6(2 8 2 CdfnRd V ?? ??178。 Rd =(～ )W 式 中 ： V8— 紋 1 皮電壓，取頻率最低，幅值最高的諧波電壓 Fn— 與 Vn 對(duì)應(yīng)的諧波頻率 HZ 關(guān)斷的過(guò)電壓保護(hù) 防止元件關(guān)斷過(guò)程引起的過(guò)電壓，可以在每個(gè)硅元件的兩端分別 21 并接阻容保護(hù) ，其值可按下式計(jì)算。 Cb=(2～ 5)IT(AV) 179。 103 Rb=(1～ 3) CbLaLc /)( ? 式中 Lc— 變壓器漏感， ? H 式中 Lc|— 變壓器漏感 ? H 硒堆吸收裝置 每串硒堆的牌數(shù) n 可按下式選擇 N=（ ~） VL/VN=(~)~ 片 式中： VN：硒堆每片反向電壓有效值，通常有 20， 25， 30， 40等 12 戶(hù)等吸規(guī)格，此處取 VN=20V，因?yàn)樗奶匦暂^好，此處取 15片。 VI：被保護(hù)電路的線間電壓有效值（ V） 壓敏電阻保護(hù)（浪涌吸收器）采用人形接線，按下式來(lái)選擇標(biāo)稱(chēng)電壓 U1MA≥ 2 U= 2 179。 = 故選 600V 式中 U ：代表相電壓有效值 采用△形接線時(shí)，按下式計(jì)算。 U1MA≥ K6178。 2 178。 U/=179。 2 179。 式中： K6 為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般為 ~，此取 ， 其值可根據(jù)整流裝置具體情況而定。 U：線電壓有效值 轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù) 22 種類(lèi)：（ 1）阻容保護(hù) （ 2）硒堆做成的浪涌吸收器 （ 3）轉(zhuǎn)子放電器 （ 4）可控硅跨接器 （ 5）非線性電阻 RNL 本設(shè)計(jì)選用（ 1）（ 2）（ 3）（ 5）配合使用，如下圖： （ 1）阻容保護(hù)：正常時(shí)電阻要消耗一些功率，若為減少功率而加大電阻，又影響限制過(guò)電壓的效果。 （ 2）硒堆做成的浪涌吸收器：正常運(yùn)行時(shí)消耗功率不大，使用時(shí)可注意組合，早期小容量的整流勵(lì)磁裝置上采用此種保護(hù)。 （ 3）轉(zhuǎn)子放電器：采用具有磁吸熄弧間隙放電特性的放電器，作為轉(zhuǎn)止過(guò)電壓保護(hù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，正常時(shí)可耗功率。 （ 4）非線性電阻 RNL，在同步發(fā)電機(jī)上采用非線性電阻與大局磁繞組并接，作為非線性電阻滅磁，同時(shí)，又兼做電壓抑制裝置。 發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)雖可做發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)的快速滅磁，但對(duì)于大容量的機(jī)組，通常的滅磁 開(kāi)關(guān)難于完善地承擔(dān)滅磁任務(wù)時(shí)，也還可依靠其它的轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)器件的合理配合來(lái)減輕滅磁開(kāi)關(guān)的負(fù)擔(dān)。 23 過(guò)電流保護(hù) 本設(shè)計(jì)采用具有快速熔斷特性的熔斷器，其熔斷時(shí)間一般在 以?xún)?nèi)，專(zhuān)門(mén)用作硅元件的過(guò)電流保護(hù)的器件。通常是每個(gè)硅元件串聯(lián)一個(gè)快速熔斷器，熔體額定電流計(jì)算如下： 首先，熔件的額定電流應(yīng)等于硅元件額定電流的有效值， 即： IR=(AV)=179。 = 再次，熔體的熔斷特性的值與整流裝置中元件的短時(shí)過(guò)載能力相配合 25 起勵(lì)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用自并勵(lì)勵(lì)磁，功率單元電源 來(lái)自發(fā)電機(jī)機(jī)端。由于發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)殘壓較低，提供的功率和電流可能使發(fā)電機(jī)自身空載電壓達(dá)到額定值。這時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的觸發(fā)電器，由于同步電壓太低，還可能正常工作，可按硅平開(kāi)放，平能送出勵(lì)磁電流使遇機(jī)建立電壓，因此必須采取措施，先供給發(fā)遇機(jī)的初始勵(lì)磁使發(fā)電機(jī)逐步建立起一定的電壓，這一過(guò)程稱(chēng)為起勵(lì)。 勵(lì)磁變壓器接在機(jī)端的情況下，起勵(lì)措施有兩類(lèi)：第一類(lèi)稱(chēng)為他勵(lì)起勵(lì)，即另沒(méi)起勵(lì)電源及起勵(lì)回路，供給初始勵(lì)磁，另一類(lèi)稱(chēng)為殘壓起勵(lì)，利用機(jī)組剩磁所產(chǎn)生的殘壓，供給初始勵(lì)磁。 本設(shè)計(jì)采用他勵(lì)起勵(lì)，起勵(lì)電源取自廠用低壓母線，因?yàn)閺S用 母線一般情況下常帶電，所以可靠性比較高，另外廠用母線帶負(fù)荷不大，所以可以提供足夠的功率來(lái)初始勵(lì)磁。考慮到本設(shè)計(jì)是 6MW 的大功率發(fā)遇機(jī)，要求起勵(lì)容量比較大，故可用蓄電池起勵(lì)，必要時(shí)，作為 24 后備。原因是如果起勵(lì)電源是廠用電，當(dāng)廠用電消失時(shí)機(jī)咀就可能起勵(lì)，這尤其是對(duì)于系統(tǒng)弱聯(lián)第的電站更為重要。廠用電起勵(lì)原理圖如圖，起勵(lì)電源用廠用電經(jīng)整流即可， ZC 為直流接觸器，擔(dān)任起勵(lì)回路的接入及切除，起勵(lì)時(shí)接解器 ZC 閉合，由起勵(lì)回路供給初始勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)電壓使逐步升高，當(dāng)達(dá)到成超過(guò)發(fā)電機(jī)電壓額定值的30%，則斷開(kāi)起勵(lì)回路，進(jìn)行自 并勵(lì)。 起勵(lì)電源的容量估算如下。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到容載 F 的 30%，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流約為發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流 Ifdo 的40%，故需起勵(lì)電源功率約為發(fā)電機(jī)定載額定電壓電源功率的 12%，約折合額定勵(lì)磁功率的 % 即 Se’=Se179。 401 =72179。 401 = 為了較快速建立發(fā)電機(jī)電壓，按 10S 內(nèi)計(jì)算，這樣選擇的起勵(lì)電源電壓大約為額定勵(lì)磁電壓的 1/4，即 U2’=Vfd(e) 179。 41 =179。 41 = 如選廠用母線 380V，則考慮留有一定的裕度， U2 取 40V，則要求起勵(lì)電壓度比為 380/40=，容量為 20KVA 的變壓器，作起勵(lì)度。 26 五磁設(shè)計(jì) 發(fā)電機(jī)五磁方式很多，有： 1）單獨(dú)勵(lì)磁機(jī)五磁 2）放電電阻五磁 3）非線性電阻五磁 4）五弧柵五磁 5）可按硅逆變五磁