【正文】 本設(shè)計(jì)應(yīng)用放電電阻五磁，非線性電阻作為輔助五磁。其五磁原 25 理如圖（ a），發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，五弧柵開(kāi)關(guān) FMK 處于合閘狀態(tài)，勵(lì)磁機(jī) L 經(jīng)觸頭 FMK，供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流 ifd，五磁時(shí) FMK，跳閘、觸頭 FMK2，首先閉合，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組接入放電子表電阻 RM 然后斷開(kāi)觸頭 FMK，以防止轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞阻從勵(lì)磁機(jī)切換到放電電阻時(shí)發(fā)生開(kāi)路而產(chǎn)生過(guò)電壓。 RM(4~5) 179。 =~(? ) 第三章 勵(lì)磁系統(tǒng)控制回路的設(shè)計(jì) 31 控制回路的作用、構(gòu)成 可按硅勵(lì)磁系統(tǒng)控制回路又稱為半導(dǎo)體，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器它的基本任務(wù)是測(cè)量發(fā)生電機(jī)端的電壓偏差，并與輔助裝置送來(lái)的穩(wěn)定限制，補(bǔ)償?shù)刃盘?hào)綜合放大，然后作為控制信號(hào)作用于移相觸發(fā)單元來(lái)改變勵(lì)磁功率單元之中觸發(fā)脈仲的相角，得以控制可控硅導(dǎo)通的大小，使可控硅整流回路輸出的勵(lì)磁電流適應(yīng)負(fù)載的需要，以保持發(fā)電機(jī)端電壓的恒定，其自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的好壞，決定著勵(lì)磁裝置能否穩(wěn)定，持久， 26 可靠運(yùn)行。因此它是勵(lì)磁系統(tǒng)的一戶重要環(huán)節(jié)。 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作時(shí)，當(dāng) VF 降低，輸出電流增大，它與勵(lì)磁機(jī)配合，控制發(fā)電機(jī)端電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中自動(dòng)調(diào) 節(jié)器應(yīng)有比例自動(dòng)調(diào)節(jié)的基本調(diào)節(jié)特性。 勵(lì)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。 32 測(cè)量比較單元 測(cè)量比較單元是調(diào)節(jié)器的敏感單元，作用是測(cè)量發(fā)生機(jī)電壓并變換為直流電壓信號(hào)（測(cè)量整流電路）與給定的直流基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較（比較整定電路）最后送出發(fā)電機(jī)電壓偏差信號(hào) Ub. 測(cè)量比較單元的組成，如圖 32 圖 32 測(cè)量比較單元組成 調(diào)差環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)及分析 調(diào)差環(huán)節(jié)的作用在于人為地改變調(diào)節(jié)器的調(diào)差系數(shù)，以保證并列運(yùn)行機(jī)組間無(wú)功功平穩(wěn)定合 理的分配。 27 圖 33 基本裝置調(diào)差電路的原理圖，在此電路中，測(cè)量變壓器ZB 副邊輸出的 A、 B、 C 相上， A 相調(diào)差電阻 Ra 接 B、 C 相電偏差，B 相調(diào)差電阻 Rb 接 C、 A 相電流差， C 相調(diào)差電阻 Rc 接 A、 B 相電流差，輸出相電壓為： Va’=VaIbc178。 Ra Vb’=VbIca178。 Ra Vc=VcIab178。 Ra a) COS4=1（純有功負(fù)載） 加在測(cè)量變壓器原方的電壓三角形△ a’b’c’與原來(lái)的發(fā)電機(jī)電壓三角形△ abc 基本上相等，即調(diào)差裝置平反應(yīng)有功電流。見(jiàn)圖 34（ a） b) COS4=0（帶純無(wú)功負(fù)載） 28 加到 測(cè)量變壓器原方的相電壓是發(fā)電機(jī)電壓互感器的副方電壓與無(wú)功電流所產(chǎn)生的附加電壓的代數(shù)和，使得電壓三角形△ a’b’c’大于原來(lái)的電壓三角形△ abc，這樣測(cè)量變壓器感受到的電壓大些，經(jīng)調(diào)節(jié)器的作用自動(dòng)減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，使發(fā)電機(jī)電壓下降，因而增大了調(diào)差系數(shù)圖 34（ b） c)0＜ COS4＜ 1 這時(shí)定子電流可分解為有功電流分里和無(wú)功電流分里，從上通分析可知，電壓三角形△ a’b’c’儀與無(wú)功電流有關(guān)，基本上與有功電流有關(guān)，△ a’b’c’仍為一等邊三角形，隨無(wú)功電流分量的增大而增大，測(cè)量變壓器感受到的發(fā)電機(jī)電壓“虛假”上升 ，使調(diào)節(jié)器作用于減小勵(lì)磁，降低發(fā)電機(jī)電壓，因而增大了調(diào)差系數(shù) 34（ c） 為了使調(diào)差系數(shù)在需要的范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)差電阻一般由若干段電阻串聯(lián)組成，由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)調(diào)整（分檔），逐檔增減調(diào)差電阻時(shí)，調(diào)差系數(shù)也相應(yīng)增減，一般可在 0~5%范圍內(nèi)調(diào)整。 測(cè)量整定環(huán)節(jié) 本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流，如圖 35，測(cè)量變壓器 CB 原方為三相，副方有兩組三相繞組分別接到兩組三相整流橋，兩橋在直流側(cè)并 29 聯(lián)，接線組別為△ /△ 12，△ /Y11，兩組相和 30176。 對(duì)元相橋式整流的直流電壓按富氏級(jí)數(shù)展開(kāi)，得 Vd=(1+ 13112? COS12wt 25232? COS24wt+?? ) 其中式中 Vm= 2 V2 V2一線電壓幅值 由上式知，元相橋式整流輸出電壓中最低次交流諧波頻率為基波頻率的十二倍，當(dāng)電源頻率為 50HZ 時(shí)，最低次諧波頻率為 600HZ，其副值為直流分量的 %，基佗高次諧波，頻率愈高其幅值愈小，所以六相整流后直流電壓不是很平穩(wěn)。 濾波電路 為了提高調(diào)節(jié)器在電力系統(tǒng)平對(duì)稱短路情況下調(diào) 節(jié)的靈敏度，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中通常在測(cè)量變壓器與勵(lì)磁電壓互感器之間裝有正序電壓濾波器，作用是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生平對(duì)稱短路引起三相電壓平衡時(shí)，正序電壓濾波器輸出對(duì)稱的，數(shù)值降低了正序電壓。 測(cè)量整流電路輸出的是脈動(dòng)的直流電壓，除直交流外還有少量諧波分量，為了整定電路和在平滑電壓下良好的工作，所以應(yīng)有濾波電路，針對(duì)元相整流橋的設(shè)計(jì)，濾波電路選擇橋式濾波器，其原理是濾去某一選定頻率的諧波電壓，由于它能快速地反應(yīng)輸入電壓的變化，濾波器的時(shí)間常數(shù)很小，所以又稱為快速濾波器，當(dāng)輸入諧波電壓的頻率等于濾波器波過(guò)頻率 FO 時(shí)，電橋處于 平衡：21RR =43ZZ 式中： Z3— R3 C1串聯(lián)支 s 路阻抗 Z4— R4 C2并聯(lián)支路阻抗 多相整流的諧波電壓中最低次諧波的幅值最大，稱為主諧波是選 30 頻濾波的對(duì)象，對(duì)于六相橋式整流應(yīng)選 600HZ。 此外，可再加一層 ? 型波器，相當(dāng)于一級(jí)電容濾波和一級(jí) T 形濾波，先經(jīng)電容濾波濾去一部分交流成分，然后再由 T 型濾波器濾去一部分交流成分，由于經(jīng)兩級(jí)濾波，使交流分量大大降低，輸出 電壓的脈動(dòng)更小。 比較整定電路 比較整定電路是側(cè)量比較單元的核心環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是進(jìn)行電壓比較和電壓整定。 電壓比較，通常是把側(cè)量整定電路輸出的與發(fā)電機(jī)端電壓比例的直流電奪 Vc（稱為測(cè)量電壓）與比較電路中的基準(zhǔn)電壓相比較，輸出一個(gè)與電壓偏差成比例的直流電壓 Vb 作為輸入列綜合放大單元的電壓偏差信號(hào)。 31 電壓整定，一般是調(diào)整整定電位置器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置，它的作用是改變發(fā)電機(jī)給定值。 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，模擬式比較，整定電路通常采用由穩(wěn)壓管和電阻組成的橋式電路，常用的有對(duì)長(zhǎng)工比較橋和不對(duì)稱比較橋，本設(shè)計(jì)采用的是對(duì)稱比 較橋電路。 如圖（ a）當(dāng)輸入的測(cè)量電壓 Vc 由 0 逐漸增加時(shí)，第一條支路中，在穩(wěn)壓管 WY1 擊穿以前，可以看成為開(kāi)路，支路無(wú)電流通過(guò) Vcb=0，當(dāng) Vc 等于或大于穩(wěn)壓管的 WY1擊穿電壓 Vw 后，第一條支路的電流通過(guò)， V 點(diǎn)電位上升，而第二條支路在 WY2 未擊穿以前， P 點(diǎn)電位隨隨入電壓逐漸升高，當(dāng) VcVw 穩(wěn)壓管 WY2 擊穿后， VBO=UN 保持平度，比較橋輸出的電壓（比較） Vb 取自對(duì)角線 C 點(diǎn)和 D 點(diǎn)， CD兩點(diǎn)的電位差，為比較橋的輸出特性。 為了使發(fā)電機(jī)端電壓在一定范圍內(nèi)可以人為調(diào)整，比較橋的整定電壓值 Vz 應(yīng)能在一定范圍內(nèi)改 變，通常采用電位器分壓或降壓的方 32 法來(lái)調(diào)節(jié)整定電位值，當(dāng)接入分壓電路，電位器 W1，在某一位置時(shí)，比較橋的實(shí)際輸入電壓 Usr＜ Uc，必須 Vc 更大一些，支路 2 的穩(wěn)壓管才被擊穿，其輸出特性如 b 圖 2’，其斜率少了一些，同理 1 的斜率也減少一些，曲線 1’與 2’之差的輸出特性 4’，其整定電壓值 Vz 變大了，而工作段的斜率減小了，改變整定電位器 W1，滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置，可得到不同的輸出特性和整定電壓值 W1，滑動(dòng)觸點(diǎn)處于中間位置時(shí)，對(duì)應(yīng)于發(fā)電機(jī)空載額定電壓，上、下調(diào)節(jié)器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置，可以改變整定電壓的177。 15% 33 綜合放大單 元 綜合放大單元是半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中溝通測(cè)量比較單元，與移相觸發(fā)單元的一個(gè)中間單元，它不僅有效放大信號(hào)和綜合信號(hào)以及功放輸出入限幅等任務(wù)，并且能實(shí)現(xiàn)多種調(diào)節(jié)規(guī)律，由于它放大的是緩慢變化的信號(hào)，所以采用的是直流放大器。 半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中綜合放大單元的任務(wù)是：根據(jù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能，線性地綜合測(cè)量，反饋以及限制等直流信號(hào)，并加以放大，用來(lái)得到滿足移相觸發(fā)單元所需要的控制電壓。 對(duì)綜合放大單元的要求是： 1）具有線性地綜合多個(gè)輸入控制信號(hào)的能力。 2）具有較高的運(yùn)算精度 3）反應(yīng)速度快，時(shí)間常數(shù)小 4）工 作穩(wěn)定，輸出阻抗小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。 同時(shí)考慮到運(yùn)算放大器具有：（ 1）開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)相當(dāng)大，并引入 33 深度負(fù)反饋。（ 2）零點(diǎn)漂移相當(dāng)于小等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用集成元件運(yùn)算放大器構(gòu)成的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器綜合放大單元，同時(shí)在其余輸出端外接一級(jí)互補(bǔ)射極跟隨器，作為功率放大，其電路如圖 37 所示。 此電路是由商放大倍數(shù)的固體組件放大器加上深度負(fù)反饋，以及輸出輸入限幅和功率放大等環(huán)節(jié)構(gòu)成，輸入端可綜合我種信號(hào)，包括比較整定電路率和電壓偏差信號(hào)以及其他控制附加信號(hào)，集成元件放大經(jīng)負(fù)反饋電阻構(gòu)成閉環(huán)后，閉環(huán)放大倍數(shù)由幾倍到幾十倍可調(diào)，轉(zhuǎn)換開(kāi) 關(guān) HK 改變固定的負(fù)反饋電阻作為精調(diào)，電位器 W4作為放大器的放大倍數(shù)細(xì)調(diào)。 運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端均外接二級(jí)管雙向限幅電路，且根據(jù)移相觸發(fā)單元移相范圍的要求，把控制電壓 VK 限制在一定范圍內(nèi)。 集成元件運(yùn)算放大器本身帶負(fù)荷能力較差，則在輸出端外接一級(jí)互補(bǔ)射跟隨時(shí)器，作為功率放大，限制電阻 R R11 可防止跟隨器輸出端短路進(jìn)燒壞管子，其阻值根據(jù)輸出 T T2 管元件最大集電極電流計(jì)算和選擇。當(dāng)然，電阻值可能太大，否則會(huì)降低輸出級(jí)功率。 外接調(diào)零電路（ W1）用來(lái)保證輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓也為零。可采用穩(wěn)壓電源 經(jīng)電阻與電位器分壓，引入同相輸入端來(lái)輔助調(diào)零。 外接消振電路（ C RB）用來(lái)消除高頻自激振蕩，用 RC 消振比單獨(dú)用電容消振好，且消振后的頻帶較寬。 34 移相觸發(fā)單元 半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，移相觸發(fā)單元的任務(wù)是產(chǎn)生可以改變相應(yīng) 34 的脈中，用來(lái)觸發(fā)整流橋中的可控硅，使其控制角隨綜合放大來(lái)的控制電壓 Vk 的大小而改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁的作用。 移相觸發(fā)單元的組成圖如 310，一般由同步、移相脈沖形成，脈沖放大等幾個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，為了改進(jìn)脈沖質(zhì)量，可加上整形、放大、反饋等輔助環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)設(shè)加但為了更好地可 靠性，本設(shè)計(jì)加了一個(gè)自動(dòng)跟蹤手動(dòng)控制部分，在 PC 斷線進(jìn)可以自動(dòng)切換到手動(dòng)控制。 （一）移相觸發(fā)的手中類 半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的常用的移相觸發(fā)電路有下列四種： 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，直接輸出脈沖去觸發(fā)。在中、小型機(jī) 35 組中應(yīng)用較廣。 鋸齒波移相觸發(fā)電路，以鋸齒波作為同步電壓，線性度好，對(duì)稱度也好，移相范圍較寬。 余弦波移相觸發(fā)電路，以余弦波作為同步電壓，因而整流橋輸出的直流電壓與機(jī)端電壓變化線性關(guān)系。線性度好，在大中型機(jī)組成應(yīng)用較廣。 單穩(wěn)態(tài)移相觸發(fā)電路，采用控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫移時(shí)間的方法來(lái)接制輸出脈沖 相應(yīng)，線性度稍差。 基于綜合原因考慮，本設(shè)計(jì)是 6MW 的大型機(jī)組，故采用線性較好的矩齒波移相觸發(fā)電路。 （ 二 ）同步電壓的要求 可控硅整流電路要求在可按硅每次隨正向電壓的時(shí)候。向它的控制級(jí)發(fā)出觸發(fā)脈沖，而且當(dāng)控制電壓一定時(shí)，每個(gè)周期送出的第一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)于陽(yáng)極電壓的時(shí)刻去應(yīng)相同，即控制角義相同，可控硅觸發(fā)脈沖與主回路之間的這種相應(yīng)配合關(guān)系為同步。 三相合控整流電路中，共陽(yáng)極組的可控硅是有在基陽(yáng)極電位最高的一般區(qū)間內(nèi)有才可能導(dǎo)通，藝陽(yáng)極組的觸發(fā)脈沖在這一區(qū)間發(fā)出才有效。三相觸發(fā)脈沖按 +A、 +B、 +C 相的順序相隔 120176。，同理基陽(yáng)極組的三相觸發(fā)脈沖按 C、 A、 B 相順序隔 120176。發(fā)出，這樣六相觸發(fā)脈沖按 +A→ C→ +B→ A→ +C→ B 相順序依次相隔 60176。發(fā)出。 同步電壓經(jīng)過(guò)同步變壓器獲得，它采用適當(dāng)?shù)慕臃▽⒅麟娐纷儞Q民具有觸發(fā)電路所要求的幅值，相應(yīng)及相數(shù)的同步電壓，來(lái)作為移相 36 觸發(fā)單元的同步信號(hào)。 （三）鋸齒波移相觸發(fā)電路原理分析及設(shè)計(jì) 鋸齒波移相觸發(fā)電路，由于鋸齒波在線性度和對(duì)稱度稱好，移相范圍較寬鋸齒波可受到流電壓的波動(dòng)影響，所以，在半導(dǎo)體，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中采用較為普遍。 鋸齒波的形成。 如圖 3— 11 所示，同步 電壓 VT 通過(guò)二極管 D 加到電容 C2，兩端C1上的電壓波形，即 A 點(diǎn)電位變化如圖，用 A 點(diǎn)電位去控制三級(jí)管T1的通斷。當(dāng) D 載止， C1上的電壓經(jīng)電阻 R1及電源或圓放電， A 點(diǎn)電位降到零下略負(fù)時(shí)， T1導(dǎo)通， T2也導(dǎo)通。這時(shí) T2開(kāi)始充電，充電回路由 +Ec 經(jīng) R C2然后分兩支到 EC，這時(shí)， T2 由原來(lái)的飽和導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為放大狀態(tài)。 T2 是一個(gè)放大倍為高的負(fù)反饋放大器，反饋電容C2跨接在 T2的集電極與基極之間，當(dāng)電容 C2 充電，企圖使 T2某極 B點(diǎn)電位由原值（零下略負(fù)）增高（即少負(fù)一些）時(shí)，經(jīng) T2 的放大作用，集電極 C 點(diǎn)電位下降，通過(guò) C2 的負(fù)饋?zhàn)饔?，阻止電位增高。因而在電?C2充電過(guò)程中，可以認(rèn)為 B 點(diǎn)電位基本恒定，意味著在充 37 電過(guò)程中 R4上的電阻壓降恒定。故可認(rèn)為是恒流充電。電容 C2 上的電壓由零向負(fù)值線性地上升，得到線性度很好的鋸齒波電壓三級(jí)管T2的輸出電壓 Usc 跟蹤 C2 的充電電壓，與 C2上的電壓基本相同，故Usc 也是鋸齒波。而且在 A