【正文】 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。廠(chǎng)用電起勵(lì)原理圖如圖，起勵(lì)電源用廠(chǎng)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)?？紤]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。 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。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。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。 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)。 （ 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。 U：線(xiàn)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(xiàn)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。 2 179。 2 178。 = 故選 600V 式中 U ：代表相電壓有效值 采用△形接線(xiàn)時(shí)，按下式計(jì)算。 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。 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。2)( 2)0(OIV=? PR=(2~3) 178。2)0(2)(VF OI?=70000178。 =（ ~）179。 電阻功率?。?PR=（ 2~3）（ (0)2） 2R =（ 2~3）（ 179。 2 179。2)0(2)(VF OI?=10000179。 =1016V 20 I(0)2=%179。 I’A(AV)179。 Ifd(e)=179。 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。 179。 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。 SCR 元件額定電壓 Vte 的計(jì)算。在三相全控橋中，各種電流以最強(qiáng)勁時(shí)最大。 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。 （ 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。 （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。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。 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。（ 3）漏電流水。（ 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。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(xiàn)性元件比較，其特點(diǎn)有：（ 1）非線(xiàn)性系數(shù)大，殘壓低，抑制過(guò)電壓能力強(qiáng)， I=KU186。 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(xiàn)性電阻，是有齊納二極管的非線(xiàn)性仗安特性。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)。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。 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)。 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)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。 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。 （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。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。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。 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。條件下，正值部分面積大于負(fù)值部分面積，因而總的平均值仍是正值，當(dāng)控制角 a 增大時(shí)，正值部分面積減小，負(fù)值部分 面積增大，總的平均值降低，當(dāng) a 角增大到 90186。 由 c 圖可見(jiàn)，輸出電壓 Umn瞬時(shí)值有負(fù)值部分，在 60186。a≤ 90186。 （ b 圖：控制角 a=60186。 （ a 圖：控制角 a=30186。a90186。時(shí)的整流輸出電壓波形如圖 b 所示，與 a=30186。時(shí)，在觸發(fā)脈沖 Ugb,Ug1 作用下， SCR6， SCR1導(dǎo)通 ，輸出電壓 Umn=Uab，經(jīng) 60186。區(qū)間內(nèi)發(fā)出，使觸發(fā)脈沖與相應(yīng)交流電壓保持同步。,c,b180。并以 a,c180。電角度，為保證后一可控硅觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，前一可控硅處于導(dǎo)通狀態(tài)，要求觸發(fā)脈沖的寬度大于 60186。點(diǎn)分別為可控硅 SCR2，SCR4， SCR6的自然換相點(diǎn)。,a180。如（ a）圖 13 共陰極和共陽(yáng)極組都可觸發(fā)相繼導(dǎo)通。 22 整流回路的原理及分析 本設(shè)計(jì)的主回路中整流回路采用三相全控橋式整流。 248= U（ V） I（ A） a θ 空載 P5 額定 248 強(qiáng)勵(lì) 10 170 由表可知，選定的變壓器以及控制角能滿(mǎn)足各種工況下的運(yùn)行要求。 =24P178。 強(qiáng)勵(lì)電壓： U1(q)=Ke178。 ? e=180176。 )( ? = 強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)校驗(yàn) Ke=reIfdeU fdC O SUl???)(3)(m ???? ?=0 4 6 4 1 5 0 ???????C O S= 滿(mǎn)足強(qiáng)勵(lì)要求 （ 2）勵(lì)磁系統(tǒng)三種典型運(yùn)行方式計(jì)算 一般按空載，額定，強(qiáng)勵(lì)三種工況進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的目的是看這些控制角是否一般所希望的范圍之內(nèi)，并在調(diào)試中將實(shí)側(cè)的控制與計(jì) 12 算值比較。） ，這里取 ? min =20176。 ，在計(jì)算中可根據(jù)實(shí)際情況，取 ? min=（ 5176。 ? min— 強(qiáng)勵(lì)時(shí)可硅制角 ? min 的值，有的資料建議取 ? min=20176。 cos? min=Ke178。 11 根據(jù)初選變壓器進(jìn)行精確計(jì)算。 179。 U2178。 由于采用三相全控橋整流，有 I2= 23 179。 Ke=)()(eUlqUl= U1(q)— 強(qiáng)勵(lì)頂值電壓 U1(e)— 額定勵(lì)磁電壓 則 U2= )(eUlKe? = ? =(V) 由于采用發(fā)電機(jī)端提供功率單元的自并勵(lì)勵(lì)磁方式。 變壓器變化的確定 從改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，希望功率單元有較大的強(qiáng)勵(lì)能力和快速反應(yīng)能力，勵(lì)磁頂值電壓是勵(lì)磁功率單元在強(qiáng)勵(lì)時(shí)，可能提供的最大電壓輸出值，該值與額定情況下勵(lì)磁電壓的比值稱(chēng)為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù) Ke 一般在 ~ 之間，這里為 。另外，它還有隔離和匹配的作用，隔一次系統(tǒng)與勵(lì)磁系統(tǒng)，使一次系統(tǒng)故障時(shí) ，勵(lì)磁系統(tǒng)所受影響最小，并滿(mǎn)足容量的要求。 21 整流變壓器 ZB 的設(shè)計(jì) 整流變壓器的作用是提供發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁功率，是勵(lì)磁功率單元的核心部分，由于發(fā)電機(jī)出口電壓較高，所以通過(guò)它的降壓后，能得到適合于整流回路的工作電壓。 主回路的設(shè)計(jì)旨在使整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)滿(mǎn)足各方面的技 術(shù)要求和性能指標(biāo)外，應(yīng)盡量節(jié)省投資，并力標(biāo)接線(xiàn)簡(jiǎn)單明了且功能完備。 另外，以種滅磁為事故時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)采用可控硅逆變滅磁即可。常用的滅磁方式有：?jiǎn)为?dú)的勵(lì)磁和滅磁；滅 弧柵滅磁；利用可控硅逆變滅磁；非線(xiàn)性電阻滅磁；放電電阻滅磁。 本設(shè)計(jì)采用廠(chǎng)用電起勵(lì)，原因： ①本設(shè)計(jì)針對(duì)機(jī)組有相對(duì)獨(dú)立的機(jī)組母線(xiàn)，并且有可靠的自投入電源；②廠(chǎng)用電所帶負(fù)荷較小，所以考慮將廠(chǎng)用電線(xiàn)做為起勵(lì)電源，從而解決起勵(lì)問(wèn)題；③勵(lì)磁變投入，整流橋側(cè)即有全電壓整流橋和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器均能正常工作。 起勵(lì)方式選擇 勵(lì)磁變壓器接在機(jī)端的自并發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)組起勵(lì)后， 轉(zhuǎn)速接近額定值后，機(jī)端電壓為殘壓，基值太低，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器觸發(fā)回路中同步電壓太低，不能使發(fā)電機(jī)建立電壓，必須先供給發(fā)電機(jī)初始勵(lì)磁，使發(fā)電機(jī)逐步建立一定電壓，此過(guò)程為起勵(lì)。 整流方式的選擇 整流電路一般按整流方式可分為可控硅整流和不可控硅整流兩大類(lèi)，可控硅整流又分為：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ?，單相半控橋式整流；兩相零式整流；三相半控橋整流；三相全控橋式整流。至于帶時(shí)限繼電保護(hù)的動(dòng)作問(wèn)題，也可采用一些措施加以解決。國(guó)內(nèi)外的分析研究和試驗(yàn)表明，這種勵(lì)磁紋式的缺點(diǎn)，并沒(méi)有設(shè)備的那么嚴(yán)重，在短路剛開(kāi)始的 以?xún)?nèi)，自勵(lì)方式與他勵(lì)方式的勵(lì)磁是很接近的，只在短路 以后才發(fā)生明顯差別。 7 （ 4）由發(fā) 電機(jī)機(jī)端取得勵(lì)磁能量。 （ 2）于需由軸勵(lì)磁機(jī)，可縮短主軸長(zhǎng)度，減少基建投資。 本次設(shè)計(jì)采用的是自并勵(lì)系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)與單元機(jī)組廠(chǎng)用電接線(xiàn)類(lèi)似，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)本身，它的共同特點(diǎn)是用勵(lì)磁變壓器耦合供給勵(lì)磁，使整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部分。 交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 根據(jù)勵(lì)磁機(jī)電源整流方式及整流器狀態(tài)不同，可分為以下幾種： a) 他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)是指帶有他勵(lì)電源一中頻副勵(lì)磁機(jī)可以是靜止的，也可是旋轉(zhuǎn)的，所以分為交流勵(lì)磁機(jī)帶靜止硅整流方式和交流勵(lì)磁機(jī)帶轉(zhuǎn)動(dòng)的硅型整流器（ 無(wú)刷 勵(lì)磁）兩種方式，都帶有副勵(lì)磁機(jī)。 同步發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁紋式有兩種，直流勵(lì)磁系統(tǒng)和義流勵(lì)磁系統(tǒng)。 在電力系統(tǒng)發(fā)展初期，同步發(fā)電機(jī)的容量大，勵(lì)磁電流由與發(fā)電機(jī)同軸的直流發(fā)電機(jī)供給，即所謂直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)。為了滿(mǎn)足正常運(yùn)行的需要，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源 必須具備足夠的調(diào)節(jié)容量，并且要有一定的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)和勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度。 12 方案論 證及選擇 勵(lì)磁方式的選擇。 勵(lì)磁電壓上升速度是衡量勵(lì)磁功率單元?jiǎng)討B(tài)行為的一項(xiàng)指標(biāo)，定與試驗(yàn)條件和所有規(guī)定有關(guān)。 對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求： 具有足夠的調(diào)節(jié)容量。 具有較小的時(shí)間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。 對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)有共靈區(qū)。 4 對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要任務(wù)是檢測(cè)和綜合系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息，以產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)，經(jīng)放