【正文】 載 F 的 30%，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子勵磁電流約為發(fā)電機(jī)空載額定電壓時轉(zhuǎn)子勵磁電流 Ifdo 的40%，故需起勵電源功率約為發(fā)電機(jī)定載額定電壓電源功率的 12%，約折合額定勵磁功率的 % 即 Se’=Se179。廠用電起勵原理圖如圖，起勵電源用廠用電經(jīng)整流即可， ZC 為直流接觸器，擔(dān)任起勵回路的接入及切除，起勵時接解器 ZC 閉合，由起勵回路供給初始勵磁電流，發(fā)電機(jī)電壓使逐步升高，當(dāng)達(dá)到成超過發(fā)電機(jī)電壓額定值的30%，則斷開起勵回路，進(jìn)行自 并勵。考慮到本設(shè)計是 6MW 的大功率發(fā)遇機(jī)，要求起勵容量比較大，故可用蓄電池起勵，必要時，作為 24 后備。 勵磁變壓器接在機(jī)端的情況下，起勵措施有兩類：第一類稱為他勵起勵，即另沒起勵電源及起勵回路，供給初始勵磁，另一類稱為殘壓起勵，利用機(jī)組剩磁所產(chǎn)生的殘壓，供給初始勵磁。由于發(fā)電機(jī)啟動時殘壓較低，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。通常是每個硅元件串聯(lián)一個快速熔斷器，熔體額定電流計算如下： 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)滅磁開關(guān)雖可做發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時的快速滅磁，但對于大容量的機(jī)組，通常的滅磁 開關(guān)難于完善地承擔(dān)滅磁任務(wù)時，也還可依靠其它的轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)器件的合理配合來減輕滅磁開關(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)止過電壓保護(hù)，結(jié)構(gòu)簡單，正常時可耗功率。 U：線電壓有效值 轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù) 22 種類：（ 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)計選用（ 1）（ 2）（ 3）（ 5）配合使用，如下圖： （ 1）阻容保護(hù)：正常時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△形接線時，按下式計算。 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 戶等吸規(guī)格，此處取 VN=20V，因為它的特性較好，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 對應(yīng)的諧波頻率 HZ 關(guān)斷的過電壓保護(hù) 防止元件關(guān)斷過程引起的過電壓，可以在每個硅元件的兩端分別 21 并接阻容保護(hù) ，其值可按下式計算。2)( 2)0(OIV=? PR=(2~3) 178。2)0(2)(VF OI?=70000178。 =（ ~）179。 電阻功率取： 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— 過電壓沖擊系數(shù)，取 ~，視過電壓保護(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 的計算。在三相全控橋中，各種電流以最強(qiáng)勁時最大。 在本次設(shè)計采用了快速熔斷器的保護(hù)，快速熔斷器是過電流保護(hù)中最簡單的一種方式，它是專供半導(dǎo)體元件使用的，它的結(jié)構(gòu)簡單，而且保護(hù)范圍廣，能保護(hù)內(nèi)部故障，外部短路，逆向電流及某些過載等因素引 起的過電流，它是有極優(yōu)越的快速性，與普通熔斷器相比在同樣的過載倍數(shù)下，它的熔斷時間要短得多。 （ 3） 發(fā)電機(jī)過負(fù)荷，因電磁感應(yīng)關(guān)系，可控硅整流回路中，也將引起沖擊過電流。 （二）過電流保護(hù) 引起整流元件過電流的原因大致為： 18 （ 1） 勵磁回路某處發(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，其特點是：正常運(yùn)行時，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管相似的轉(zhuǎn)折特性，原理當(dāng)外加電壓超過轉(zhuǎn)折電壓時，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，伏安特性對稱，交直流均可使用。當(dāng)發(fā)生浪涌（異常）過電壓時，境界層便迅速變?yōu)榈妥杩?，使浪涌電流通過，被壓敏電阻吸收掉，過電壓得到了抑制，與硒堆等非線性元件比較，其特點有：（ 1）非線性系數(shù)大，殘壓低，抑制過電壓能力強(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性電阻，是有齊納二極管的非線性仗安特性。從而構(gòu)成阻容吸收保護(hù)，一般可抑制瞬變電壓不超過某一容許值，作為交流側(cè)，下流側(cè)及硅元件本身的過電壓保護(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，有多方面原因引起過電壓，威脅硅元件的安全工作，而硅元件承受過電壓的能力又較低，因此必須采用抑制過電壓的保護(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，原來積蓄的載流子會以硅元件流出形成反向恢復(fù)電流，當(dāng)恢復(fù)電流被迅速截斷時，電感上會感應(yīng)出高電壓。 當(dāng)以高壓側(cè)數(shù)開空載變壓器時，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)過電壓的倍數(shù)就更高。 （一）過電壓保護(hù) 產(chǎn)生過電壓的原因，除了大氣過電壓外，主要是由于系統(tǒng)中斷路器操作過程，以展示控硅元件本身換相關(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， 0,電路工作在整流狀態(tài)，改變控制角 a，就可以改變，滿足自動調(diào)節(jié)勵磁裝置對自控硅實行控制的要求。 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，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，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，輸出電壓 Umn瞬時值有負(fù)值部分，在 60186。a≤ 90186。 （ b 圖：控制角 a=60186。 （ a 圖：控制角 a=30186。a90186。時的整流輸出電壓波形如圖 b 所示，與 a=30186。時，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，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。點分別為可控硅 SCR2，SCR4， SCR6的自然換相點。,a180。如（ a）圖 13 共陰極和共陽極組都可觸發(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 10 170 由表可知，選定的變壓器以及控制角能滿足各種工況下的運(yùn)行要求。 =24P178。 強(qiáng)勵電壓： U1(q)=Ke178。 ? e=180176。 )( ? = 強(qiáng)勵倍數(shù)校驗 Ke=reIfdeU fdC O SUl???)(3)(m ???? ?=0 4 6 4 1 5 0 ???????C O S= 滿足強(qiáng)勵要求 （ 2）勵磁系統(tǒng)三種典型運(yùn)行方式計算 一般按空載，額定，強(qiáng)勵三種工況進(jìn)行計算，計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)試中將實側(cè)的控制與計 12 算值比較。） ，這里取 ? min =20176。 ，在計算中可根據(jù)實際情況，取 ? min=（ 5176。 ? min— 強(qiáng)勵時可硅制角 ? 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)勵頂值電壓 U1(e)— 額定勵磁電壓 則 U2= )(eUlKe? = ? =(V) 由于采用發(fā)電機(jī)端提供功率單元的自并勵勵磁方式。 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)定性來說，希望功率單元有較大的強(qiáng)勵能力和快速反應(yīng)能力，勵磁頂值電壓是勵磁功率單元在強(qiáng)勵時，可能提供的最大電壓輸出值，該值與額定情況下勵磁電壓的比值稱為強(qiáng)勵倍數(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)與勵磁系統(tǒng)，使一次系統(tǒng)故障時 ，勵磁系統(tǒng)所受影響最小，并滿足容量的要求。 21 整流變壓器 ZB 的設(shè)計 整流變壓器的作用是提供發(fā)電機(jī)的勵磁功率，是勵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)計旨在使整個勵磁系統(tǒng)滿足各方面的技 術(shù)要求和性能指標(biāo)外，應(yīng)盡量節(jié)省投資，并力標(biāo)接線簡單明了且功能完備。 另外，以種滅磁為事故時，正常運(yùn)行時采用可控硅逆變滅磁即可。常用的滅磁方式有：單獨(dú)的勵磁和滅磁；滅 弧柵滅磁；利用可控硅逆變滅磁；非線性電阻滅磁；放電電阻滅磁。 本設(shè)計采用廠用電起勵，原因： ①本設(shè)計針對機(jī)組有相對獨(dú)立的機(jī)組母線，并且有可靠的自投入電源；②廠用電所帶負(fù)荷較小，所以考慮將廠用電線做為起勵電源，從而解決起勵問題；③勵磁變投入，整流橋側(cè)即有全電壓整流橋和勵磁調(diào)節(jié)器均能正常工作。 起勵方式選擇 勵磁變壓器接在機(jī)端的自并發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)組起勵后， 轉(zhuǎn)速接近額定值后，機(jī)端電壓為殘壓，基值太低，勵磁調(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)初始勵磁，使發(fā)電機(jī)逐步建立一定電壓，此過程為起勵。 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，可控硅整流又分為：單相半波整流，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。至于帶時限繼電保護(hù)的動作問題，也可采用一些措施加以解決。國內(nèi)外的分析研究和試驗表明，這種勵磁紋式的缺點，并沒有設(shè)備的那么嚴(yán)重，在短路剛開始的 以內(nèi)，自勵方式與他勵方式的勵磁是很接近的，只在短路 以后才發(fā)生明顯差別。 7 （ 4）由發(fā) 電機(jī)機(jī)端取得勵磁能量。 （ 2）于需由軸勵磁機(jī)，可縮短主軸長度，減少基建投資。 本次設(shè)計采用的是自并勵系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)與單元機(jī)組廠用電接線類似，發(fā)電機(jī)的勵磁電源取自發(fā)電機(jī)本身，它的共同特點是用勵磁變壓器耦合供給勵磁，使整個勵磁系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)動部分。 交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng) 根據(jù)勵磁機(jī)電源整流方式及整流器狀態(tài)不同，可分為以下幾種： a) 他勵交流勵磁機(jī)系統(tǒng)是指帶有他勵電源一中頻副勵磁機(jī)可以是靜止的，也可是旋轉(zhuǎn)的，所以分為交流勵磁機(jī)帶靜止硅整流方式和交流勵磁機(jī)帶轉(zhuǎn)動的硅型整流器（ 無刷 勵磁）兩種方式，都帶有副勵磁機(jī)。 同步發(fā)電機(jī)的主要勵磁紋式有兩種，直流勵磁系統(tǒng)和義流勵磁系統(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，即所謂直流勵磁機(jī)系統(tǒng)。為了滿足正常運(yùn)行的需要，發(fā)電機(jī)的勵磁電源 必須具備足夠的調(diào)節(jié)容量，并且要有一定的強(qiáng)勵倍數(shù)和勵磁電壓響應(yīng)速度。 12 方案論 證及選擇 勵磁方式的選擇。 勵磁電壓上升速度是衡量勵磁功率單元動態(tài)行為的一項指標(biāo)，定與試驗條件和所有規(guī)定有關(guān)。 對勵磁功率單元的要求： 具有足夠的調(diào)節(jié)容量。 具有較小的時間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。 對遠(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)行要求勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)有共靈區(qū)。 4 對勵磁調(diào)節(jié)器的主要任務(wù)是檢測和綜合系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息，以產(chǎn)生相應(yīng)控制信號，經(jīng)放