【正文】 量機組的勵磁功率單元就采用了交流發(fā)電機和半導體整流元件組成的交流勵磁系統(tǒng)，一般都是與主機同軸旋轉(zhuǎn)，為了縮短主軸長度，降低造價減少環(huán)節(jié)，最近對提出用發(fā)電機自身作為勵磁電源的方法，即這次設(shè)計的發(fā)電機自并勵系統(tǒng)。 直流勵磁機勵磁系統(tǒng) 在電系統(tǒng)發(fā)展初期，機組容量不大，勵磁電流由與發(fā)電機同軸的 6 直流發(fā)電機供給，它是靠機械整流子換向整流，當勵磁電流過大時，換向很困難，所以這種方式足能在 10 萬 KW 以下容量機組采用，分為自勵式和它勵式。 b) 自勵交流勵磁機系統(tǒng)與自勵直流勵磁機系統(tǒng)一樣，自勵交流勵磁機的勵磁電源也是從本機直流獲取的，所不同的是直流勵磁機為了調(diào)整電壓，需要一個磁場變壓器，而自勵交流機為了維持端電壓恒定，則改用了可控硅元件， 同樣分為自勵交流帶靜止可控硅方式和義流帶靜止硅整流方式，這兩種勵磁系統(tǒng)的可取之處是不用副勵磁機。 基優(yōu)點是： （ 1）勵磁系統(tǒng)接線和設(shè)備簡單，無轉(zhuǎn)動部分，維持費用小，可靠性高。 （ 3）直接以晶閘管控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵磁電壓咱應速度，可以近似認為是有階躍函數(shù)的響應速度。 對于這種勵磁方式，人們常有兩種疑慮：第一，發(fā)電機近端短路時，能否滿足強勵要求，機組失磁；第二，由于短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護是否會拒絕動作。因此，只要配合快速保護，并適當提高強勵倍數(shù)，這種勵磁方式還是可以采用的。所以自并勵方式被廣泛采用。 本設(shè)計采用三相全控橋式整流，它從三相半波 整流回路發(fā)展而來，六個橋臂全部采用可控硅三件，共陽及組和共陰級組都觸發(fā)導通，與半控橋相比較脈動電壓小，且頻率高，脈沖間隔 60℃，較半控橋 8 小，所以全控橋動態(tài)響應快，調(diào)整及時，而且根本解決了先控問題，是目前較為理想的整流方式。起勵方式分為殘壓起勵和他勵起厲，而他勵起勵又分為廠用電起勵和蓄電池起勵。 滅磁方式的選擇 當發(fā)電機內(nèi)部故障時，以及 變壓器短路時，必須迅速而又徹底地消滅磁場才能有效地保護發(fā)電機。 本設(shè)計采用放電電阻滅磁，其優(yōu)點是：接線簡單，運行可靠，可滿足小的勵磁電流的要求，原理和參數(shù)計算下一部分。 9 第二章 勵磁系統(tǒng)主回路的設(shè)計 勵磁系統(tǒng)主回路包括接在發(fā)電機出口的整流變壓器 ZB和三相全控整流電路，各元件的保護裝置，以及磁、起勵回路。在發(fā)電機正常運行時，整流變壓器，可控硅在滿足各方面的要求時，還要留有一定的裕度，以保證事故時的強勵要求，所以，選擇的各元件應具備一定的事故過負荷能力。所以通過它的降壓后，能得到適合于整流回路的工作電壓。 整流變壓器的工作特性 整流變壓器所接的負載是非線性負載，這是不同于普通電力變壓器的方面，另外換流過程造成的損耗大，相當于瞬間短路過程，因此也帶來了一系列設(shè)計上的特殊要求，首先，非線性的電流可以分解成一系列的正弦波，這些諧波分星使整流變壓器的銅損增加，這要求整流變壓器設(shè)計容量的裕度，比普通變壓器大，使整流變壓器的效率降 10 低，其次，整流變壓器二次側(cè)上出線所用的電纜不能是鋼鎧的否則高次庇岐分量在鐵磁物質(zhì)中感應使其發(fā)熱，所以在設(shè)計和現(xiàn)場施工中必須充分地予以考慮，否則，在 機組投入運行后，可能會發(fā)生不良后果。 （ 1）變壓器二次電壓的初步計算。 則初選整流變壓器變比為 ??? = 本設(shè)計取 ? =31，則 U2= ? =(v) （ 2）整流變壓器二次電流的計算。 248=(A) （ 3）整流變壓器容量的計算 Se= 3 178。 I2= 3 179。 = 考慮到留有一定裕度，故選容量為 72KVA，變比為 31。 對三相全控橋有： 178。 Ufd(e)+?3 KeIfd(e)xR+? △ ? 式中： ? △ ? — 電壓降之和，包括導通兩臂的硅元件正向壓降，線路電阻壓降及轉(zhuǎn)子滑不與炭刷間壓降，計算中取 2~4 或忽略，此取 ? △ ? =4V ?R— 換流電抗，對于變壓器供電方式，取 ? e 等于變壓器漏抗，4%~8%，對于交流勵磁機提供電方式，可采用公式 ? R= 2 2d ?? ? ，因此換流過程可視為不對稱短路的次暫態(tài)過程，此設(shè)計為變壓器供電，? R 取為 8%。 ，有的 資為取 ? min=5176?！?0176。 （ 1）校驗強勵倍數(shù)： 整流變壓器漏抗 ? R 折算到二次側(cè)為： ? R=Uk seU2 =179。 對三相全控橋有： a)空載時： Ufd(o)= Ifd(o)=P5A ? 0=COS1( Ul RoIf doU f d )(3)( ????? ?? ) = COS1( 3 30 3 4 4 1 5 ? ??? ? ) =176。 ? e=176。 Ufd(e) 179。 4054V 各種工況計算得下表： I1(q)=KeIfd(e)=179。 為消除高次諧波的影響，特別是三次諧波的影響，至少有一側(cè)為△型接線，故采用 Y/△ — 11 接線，冷卻方式為油浸自冷式。三相全控橋電路是六個橋臂全部采用可控硅元件。如圖示 點分別為可控硅 SCR1， SCR3， SCR5的自然換相點， c180。,b180。 圖（ b）電壓波形圖分析知，可控硅 SCR1~SCR6觸發(fā)脈沖的次序應為 SCR1， SCR2???? SCR6且觸發(fā)脈沖的間隔依次相差 60186。的電角度，或者在給一可控硅觸發(fā)脈沖的同時也給前一可控硅以觸發(fā)脈沖，形成雙脈沖觸發(fā)。,b,a180。點為起點的 180186。 下面分別討論一下，在各種控制角情況下的整流情況，見下 面圖： a=30186。電角度后，在 Ugl,Ug2作用下， SCR1保持導通， SCR2也導通，因此時 B 相電壓高于 A 相電壓， SCR1在反相電壓 Uba作用下關(guān)逝，輸出電壓 Umn=Uab,以下的工作狀況相類推，作出 Umn波形如圖 a 所示， a=60186。類 14 似，當 60186。時，沒在圖 c 中 wt，時刻， Ugt,Ugb 作用下，可控硅 SCR1， SCR6導通，輸出電壓 Umn=Uab,因 Uab0,故 在負載中建立電流 ifh,到 wt2 時刻 Uab=0，負載電流 ifh有減少的趨勢，在負載電感 L 中產(chǎn)生感應來勢來阻止 ifh的減少，其極性如圖中所示（ N 端為正， M 端為負）這一電勢對于 SCR6， SCR1來說是正向電壓，因而 ifh通過 SCR6，電回路 SCR1流通，如圖（ d）中頭所示。時全控橋 Umn波形）。時全控橋 Umn波形） （ c 圖：控制角 60186。時全控橋 Umn波形 ) 在 wt2以后，雖然 B 相電壓高于 A 相電壓，即 Uab0,但負載電感 Lk 感應由勢數(shù)值 TBUab大 ，故 SCR6， SCR1仍處在正向電壓下，保持導通狀態(tài)，因此在 wt2— wt3區(qū)間內(nèi)， Umn=Uab0 是負值狀態(tài)，到 wt3時刻，在 Ug1,Ug2作用下， SCR1仍處在正向電壓下， SCR2導通時， SCR6受到 Uab0 的反向電壓而關(guān)斷， SCR6 中電流轉(zhuǎn)換到 SCR2 中，輸出電壓Umn=Uab，以后的工作狀況與上述類似，作出 Umn波形如圖 c 所示。a90186。時，正值部分面積和負值部分面積相等，輸出電壓平均值降為零，即 =0。；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a90186。 23 半導體勵磁系統(tǒng)的保護 整流 裝置中的硅元件是半導體勵磁裝置中的重要器件。主要是過電壓及過電流保護。 過電壓的來源： 由輸電線路供電的降壓變，因進線遭雷擊或靜電感應過電壓時，變壓器副方也產(chǎn)生過電壓。 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)生過電壓。 當整流裝置負載被切除，或整流裝置有直流側(cè)開關(guān)斷開時，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)生過電壓。 當發(fā)電機在運行中突然短路或先步時，在轉(zhuǎn)子勵磁繞組回路將產(chǎn)生很高的過電壓。 過電壓保護 阻容保護 由電阻，電空串聯(lián)形成的 Rc 過電壓保護原理，利用電容器而商奄壓不能突變，而能儲存電能的基本特性，可以吸收瞬間的浪涌能量，限制過電壓。為了限制電容器的放電電流，降低可控硅開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電阻。阻容保護元件參見下一部分。如圖（ a）在正常電壓下，壓敏電阻呈高阻狀態(tài)，流過只有極其微弱的泄漏 電流。式中 K 為器件常數(shù)， a 為非線性系數(shù)，相當于器件靜態(tài)電阻與動態(tài)電阻的比值，即（ U/I） /（ du/di） 。正反浪涌均可吸收。（ 4）可靠性較高，本設(shè)計采用壓敏放電阻做為直流側(cè)的過電壓保護。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，在硒堆片之間將有放遠銷點發(fā)生擊穿。容量受朝而特性改變。 （ 2） 整流橋中某 一元件坪，引起其它元件過電流。由于硅整流元件過載能力很差，其原因是可控硅過載時，將導致結(jié)溫升高，當升高到 180℃以上時，可控硅反向漏電流急劇上升，最后將導致 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，快速開關(guān)，以及快速過電流繼電器等保護措施。 24 整流元件參數(shù)確定及元件選擇 由于整流元件過負載能力相對勵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的最大電流以及所能承受的最大反向壓降來決定。并且應考慮元件工作的可靠性與經(jīng)濟性。 橋臂的反向工作電壓最大瞬時值 VARM= 2 U1= 2 ? = 可控硅的額定電壓，即重復正向阻斷電壓 VARM或重復反向峰值電壓的計算；選擇時應與使元件的額定正向與反向電壓比實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（考慮到電壓波動及抑制后的過電壓）。 179。 = SCR 元件額定電流 IT（ AV）的計算。 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 強勵工況下： Ifd(q)=Ke178。 248= I’A(AV)= 31 Ifd(q)= I’A(AV)=Ki’ 178。 = Ki— 強勁工況下電流裕度系數(shù)，此取 ∮ 25 交直流側(cè)保護參數(shù)計算 整流變壓器（勵磁變壓器）參數(shù)有 VK%=5%， Iq%=% Se=72KVA V2= I2= 則 V（ 0） 2=5%179。 = 阻容保護 交流側(cè)： CS 交流側(cè)： CS=10000179。 ? =? F Rs=(～ )2)( 2)0(OIV=～ ? 所選電容量的額定電壓，應小于交流側(cè)最高工作電壓，峰值的~ 倍，即 Vce≥ 179。 =，故選 400V。 ） 2179。 =~ R 取 直流側(cè)： Cd=70000178。 ? =? F Rd=179。 2)2/1 0 6(2 8 2 CdfnRd V ?? ??178。 Cb=(2～ 5)IT(AV) 179。 VI：被保護電路的線間電壓有效值（ V） 壓敏電阻保護（浪涌吸收器）采用人形接線，按下式來選擇標稱電壓 U1MA≥ 2 U= 2 179。 U1MA≥ K6178。 U/=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。 （ 2）硒堆做成的浪涌吸收器：正常運行時消耗功率不大，使用時可注意組合，早期小容量的整流勵磁裝置上采用此種保護。 （ 4）非線性電阻 RNL，在同步發(fā)電機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，又兼做電壓抑制裝置。 23 過電流保護 本設(shè)計采用具有快速熔斷特性的熔斷器，其熔斷時間一般在 以內(nèi)，專門用作硅元件的過電流保護的器件。 = 再次，熔體的熔斷特性的值與整流裝置中元件的短時過載能力相配合 25 起勵設(shè)計 本設(shè)計采用自并勵勵磁，功率單元電源 來自發(fā)電機機端。這時勵磁調(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，可按硅平開放，平能送出勵磁電流使遇機建立電壓，因此必須采取措施，先供給發(fā)遇機的初始勵磁使發(fā)電機逐步建立起一定的電壓，這一過程稱為起勵。 本設(shè)計采用他勵起勵，起勵電源取自廠用低壓母線，因為廠用 母線一般情況下常帶電，所以可靠性比較高，另外廠用母線帶負荷不大，所以可以提供足夠的功率來初始勵磁。原因是如果起勵電源是廠用電，當廠用電消失時機咀就可能起勵，這尤其是對于系統(tǒng)弱聯(lián)第的電站更為重要。 起勵電源的容量估算如下。 401 =72179。 41 =179。 26 五磁設(shè)計 發(fā)電機五磁方式很多，有： 1）單獨勵磁機五磁 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 本設(shè)計應用放電電阻五磁，非線性電阻作為輔助五磁。 RM(4~5) 179。因此它是勵磁系統(tǒng)的一戶重要環(huán)節(jié)。 勵磁調(diào)節(jié)器由基本裝置和輔助裝置兩部分組成，基本裝置是主體部分，包括側(cè)量比較、綜合放大，移相觸發(fā)異單元。 27 圖 33 基本裝置調(diào)差電路的原理圖，在此電路中，測量變壓器ZB 副