勵(lì)磁系統(tǒng)原理

1、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)一.概述1-1勵(lì)磁系統(tǒng)的作用勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，是給發(fā)電機(jī)提供轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁電流的一種自動(dòng)裝置，在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中它主要有兩個(gè)作用：1）電壓控制及無(wú)功負(fù)荷分配。在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能夠調(diào)節(jié)和維持發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓（或升壓變壓器高壓側(cè)的母線電壓）在給定水平，根據(jù)發(fā)電機(jī)的實(shí)際能力，在并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)之間合理分配無(wú)功負(fù)荷。2 ）提高同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性；提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中隨時(shí)可能受到各種各樣的干擾，引起電力系統(tǒng)的波動(dòng)， 甚至破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能夠在電力系統(tǒng)受到干擾時(shí)提供合適的勵(lì)磁調(diào)節(jié)，使

2、電力系統(tǒng)建立新的平衡和穩(wěn)定狀態(tài)，使電力系統(tǒng)的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限得到提高。1-2勵(lì)磁系統(tǒng)的構(gòu)成勵(lì)磁系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成：1）功率部分：它由功率電源（勵(lì)磁機(jī)或靜止整流變壓器提供）、功率整流裝置（采用直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì) 磁系統(tǒng)無(wú)整流裝置）組成，是勵(lì)磁系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流的主要部分。功率部分的性質(zhì)決定著勵(lì)磁系統(tǒng)主接線的型式及使用的主要設(shè)備的類型。女口：采用直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)不可能使用靜止功率整流裝置。又如：采用靜止它勵(lì)型式的勵(lì)磁系統(tǒng)不可能還有直流勵(lì)磁機(jī)。還如： 使用靜止勵(lì)磁變壓器的勵(lì)磁系統(tǒng)必然采用靜止整流功率裝置。2）自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器：自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是勵(lì)磁系統(tǒng)中的智能裝置。勵(lì)磁裝置對(duì)發(fā)電機(jī)電壓及

3、無(wú)功功率的控制、調(diào)節(jié)是自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本功能。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器性能的好壞，決定著整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。但它只能通過(guò)控制功率部分才能發(fā)揮其作用。131-3勵(lì)磁系統(tǒng)的分類勵(lì)磁系統(tǒng)的分類有兩種分類方式。其一是按照有無(wú)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)來(lái)分，其二是按照功率電源的取向來(lái)分。按照有無(wú)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)的分類方式有如下類型： 有刷勵(lì)磁r 旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁方式 w無(wú)刷勵(lì)磁I 混合式勵(lì)磁方式r 二極管整流勵(lì)磁方式 靜止勵(lì)磁方式 ”可控硅整流勵(lì)磁方式 、 混合式整流勵(lì)磁方式按照功率電源的取向分類時(shí)有如下類型：廣自并勵(lì)交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)廣自勵(lì)方式-. 交流側(cè)并聯(lián)自復(fù)勵(lì)直流流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)”_自復(fù)勵(lì) I直流流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì) 勵(lì)磁機(jī)供電方式（包括

4、直流勵(lì)磁機(jī)和交流勵(lì)磁機(jī)）.他勵(lì)方式*r二極管整流方式1 廠用交流電源供電方式1 可控硅整流方式I 其他供電方式在上述眾多的分類中，有許多方式已經(jīng)被淘汰，有些盡管還在使用，但終究會(huì)被淘汰。如交流側(cè)并聯(lián) 自復(fù)勵(lì)方式。還有交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)方式現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。由于葛洲壩電廠的全部機(jī)組都采用了自勵(lì)靜止可控硅整流勵(lì)磁方式，下面簡(jiǎn)單介紹他的主要接線方 式。圖1-1（ a）靜止可控硅整流自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)接線圖在圖1-1（a）的接線中，整流功率柜的陽(yáng)極電源是經(jīng)過(guò)勵(lì)磁變壓器ZB直接從發(fā)電機(jī)機(jī)端取得的。所謂自勵(lì)系統(tǒng)就是由發(fā)電機(jī)直接提供勵(lì)磁電源。由于勵(lì)磁變壓器是單獨(dú)并聯(lián)在發(fā)電機(jī)機(jī)端，并且采用了靜止可控硅整流，故圖1-

5、1（ a）稱為靜止可控硅整流自并勵(lì)方式。由圖1-1（ a）可以看出，此種方式的接線非常簡(jiǎn)單，使用的設(shè)備也較少，受到用戶普遍歡迎，是世界上用的最多的一種方式。當(dāng)然，此種方式也存在一定問(wèn)題，這將在后面的內(nèi)容種論述。/ FMK1OCBGZ自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)KZ圖1-1 (b)靜止可控硅整流直流并聯(lián)自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)接線圖FMK圖1-1 (e)靜止硅整流交流側(cè)并聯(lián)自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)接線圖我們可以比較一下上面 5種接線方式的勵(lì)磁系統(tǒng)，其中接線最簡(jiǎn)單，使用設(shè)備最少的是靜止可控硅自 并勵(lì)系統(tǒng)，其他幾種接線都需要增加一臺(tái)功率變流器(或稱為勵(lì)磁變流器)CB,顯然增加了接線的復(fù)雜性和設(shè)備的投資。而在直流側(cè)無(wú)論是并聯(lián)

6、還是串聯(lián)都需要另外增加一套整流裝置，這個(gè)投資顯然是最大的。交流側(cè)并聯(lián)自復(fù)勵(lì)方式由于不能控制整流功率裝置，其調(diào)節(jié)效果顯見(jiàn)不會(huì)很理想，因此，許多設(shè)計(jì)干脆取消對(duì)電抗器的控制，或者采用發(fā)電機(jī)的諧波繞組進(jìn)行自勵(lì)恒壓。上述5種勵(lì)磁接線方式中，a類適合于所有的同步發(fā)電機(jī)，b、c類適合于中小型同步發(fā)電機(jī)，d類適合于大型同步發(fā)電機(jī)， e類只適合于小型同步發(fā)電機(jī)。1-4自并勵(lì)與自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)性能比較現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)大量地使用了靜止可控硅自并勵(lì)和自復(fù)勵(lì)方式，在靜態(tài)情況下無(wú)論是自并勵(lì)還是自復(fù)勵(lì)都有較好的調(diào)節(jié)、控制特性。所以出現(xiàn)兩種不同的方式，主要的問(wèn)題是他們?cè)诎l(fā)電機(jī)近端短路時(shí)的性能有一定差異。自并勵(lì)系統(tǒng)中，接線簡(jiǎn)

7、單，設(shè)備投資少是他最大的優(yōu)勢(shì)，但人們擔(dān)心自并勵(lì)系統(tǒng)在發(fā)生發(fā)電機(jī)近端短 路時(shí)的強(qiáng)勵(lì)能力，這也確實(shí)是自并勵(lì)系統(tǒng)最大的毛病。當(dāng)發(fā)電機(jī)近端短路時(shí)，機(jī)端電壓衰減的非常嚴(yán)重， 強(qiáng)勵(lì)裝置動(dòng)作時(shí)可能因?yàn)殛?yáng)極電壓太低而達(dá)不到所要求的強(qiáng)勵(lì)頂值，以致延誤事故處理的時(shí)機(jī)， 引起發(fā)電機(jī)的損壞。自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)中，盡管接線較復(fù)雜，投資也較大，但由于有功率變流器的作用，當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)近端短路時(shí)，可以利用發(fā)電機(jī)的短路電流提供強(qiáng)勵(lì)電壓，保持較高的強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù)，確保繼電保護(hù)裝置迅速切除故障，保證發(fā)電機(jī)的安全。 此外，交流側(cè)串聯(lián)型自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)還有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是這種接線具有無(wú)功功率相 位自動(dòng)補(bǔ)償作用，使發(fā)電機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。但是，自復(fù)勵(lì)尤其

8、是交流側(cè)串聯(lián)型自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)的陽(yáng)極電源系統(tǒng)較復(fù)雜，功率變流器的二次電抗使得陽(yáng)極回路的電抗值相對(duì)自并勵(lì)來(lái)說(shuō)要大的多，引起的副作用較強(qiáng)烈。由于現(xiàn)代繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)能夠在幾十個(gè)毫秒內(nèi)將發(fā)電機(jī)的故障切除，因此，自并勵(lì)系統(tǒng)因強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù)不足的問(wèn)題已經(jīng)不會(huì)嚴(yán)重地影響繼電保護(hù)裝置工作，所以近十幾年來(lái)，自并勵(lì)系統(tǒng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。相反，自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)存在的問(wèn)題卻沒(méi)有得到很好的解決，受到的制約也越來(lái)越嚴(yán)重，世界上 幾乎已經(jīng)沒(méi)有再生產(chǎn)交流側(cè)串聯(lián)型自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)。1-5自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展與進(jìn)步早期的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器無(wú)論在設(shè)備的體積還是在技術(shù)含量上都不能與現(xiàn)代自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器相提并論。 自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器從機(jī)電型到電磁型再

9、到電子型直至現(xiàn)代的微機(jī)型，其間的技術(shù)發(fā)展可以說(shuō)是翻天覆地的。最早的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器只能對(duì)串聯(lián)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)變阻器進(jìn)行控制，其調(diào)節(jié)速度是非常緩慢的, 充其量是個(gè)能夠代替人工調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓的機(jī)械手。電磁型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中占有很重要的位置，統(tǒng)治勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間最長(zhǎng)。它主要是利用電磁元件組成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的各個(gè)環(huán)節(jié)和單元，而電磁型調(diào)節(jié)器在很大程度上是依賴于整流器件的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，因此早期的電磁型調(diào)節(jié)器的輸出功率是非常有限的，這是因?yàn)槟菚r(shí)的整流元件本身功率也很小，所以那時(shí)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器只能叫作電壓校正器，勵(lì)磁系統(tǒng)的主要功率部分只能是直流勵(lì)磁機(jī)。電壓校正器利用調(diào)節(jié)直流勵(lì)磁機(jī)的輸出來(lái)間接調(diào)節(jié)

10、發(fā)電機(jī)電壓。這個(gè)時(shí)代最典型的調(diào)節(jié)器是帶有無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償?shù)南鄰?fù)勵(lì)調(diào)節(jié)器。世界進(jìn)入電子時(shí)代以后，大功率整流器件和半導(dǎo)體元件的發(fā)展促進(jìn)了自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)展成為靜止整流型，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)展成為半導(dǎo)體器件型，在半導(dǎo)體器件型中還經(jīng)歷了分立器件和集成電路兩個(gè)階段。 在這個(gè)時(shí)代，勵(lì)磁控制技術(shù)同時(shí)也得到了飛速的發(fā)展，用半導(dǎo)體模擬電路實(shí)現(xiàn)的許多 功能已經(jīng)非常完善，勵(lì)磁控制理論的許多成果都得到了應(yīng)用。如PI調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)，PID加PSS控制等。但模擬電路本身存在的問(wèn)題以及調(diào)節(jié)時(shí)間較慢仍然制約著模擬電路勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展。由于模擬電路自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器目前仍然在許多發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，今后能夠發(fā)展到

11、什么程度現(xiàn)在預(yù)言為時(shí)過(guò)早。世界進(jìn)入電腦時(shí)代以后，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展可以說(shuō)進(jìn)入了最好的發(fā)展時(shí)期，新裝置層出不窮。硬件上從單片機(jī)到單板機(jī)，從 8位機(jī)到16位機(jī)，現(xiàn)在已經(jīng)用到 32位機(jī)，檔次愈來(lái)愈高。軟件上從單功能到 多功能，從單一調(diào)節(jié)到復(fù)合控制， 世界上最先進(jìn)的勵(lì)磁控制理論現(xiàn)在全部可以在微機(jī)型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上 得到實(shí)現(xiàn)，甚至許多過(guò)去非常傳統(tǒng)的硬件配置都用軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而大大減少了硬件設(shè)備，也使裝置的故障率大大降低。 微機(jī)型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的應(yīng)用，不僅解決了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)本身的一些問(wèn)題，同時(shí)也使發(fā)電廠無(wú)功功率成組調(diào)節(jié)成為可能和特別方便，也使發(fā)電機(jī)工況的監(jiān)視更加方便和直觀。二.功率整流裝置功率整流裝置

12、是勵(lì)磁系統(tǒng)中主要的設(shè)備和環(huán)節(jié)。舊式直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式的功率整流是勵(lì)磁機(jī)的整流子(換向器)，現(xiàn)代勵(lì)磁系統(tǒng)的整流功率裝置是靜止(或旋轉(zhuǎn))整流二極管或靜止可控硅整流管。功率整 流裝置可以使用單相整流電路，也可以使用三相整流電路，甚至也有使用六相整流電路的。熟練掌握各種整流電路是從事勵(lì)磁工作的前提條件。2-1單相整流電路單相整流電路是最常用的整流電路，也是其他整流電路的基礎(chǔ)。a. 單相半波整流電路接線圖(見(jiàn)圖 2-1)AC(a)GZid(b)Udt圖2-1單相半波整流電路原理圖b .電路工作原理如圖2-1所示，單相半波整流電路僅使用了一只整流二極管。由于二極管具有單向?qū)щ娦?，?dāng)e2加在二極管兩端時(shí)，只

13、有正半波能夠通過(guò)GZ,在負(fù)載電阻R上獲得如圖2-1 ( b)所示的波形。由于只有半個(gè)周期的62電壓加在R上，因此：整流輸出電壓平均值：Ud=0.45E2(2-1)整流輸出電流平均值：I d= 0.45E 2/R(2-2)如果將二極管換成可控硅元件，則：整流輸出電壓平均值：Ud=Udo(1+COS)/2(2-3)整流輸出電流平均值：ld= 0.45E2/R =( 2 E2/2 R) ( 1+COS )(2-4)式中：Udo=0°時(shí)，R上獲得的最大平均電壓。當(dāng)負(fù)載為感性元件時(shí)，輸出端由于電感產(chǎn)生自感電勢(shì)，負(fù)載兩端會(huì)出現(xiàn)負(fù)值電壓，為了克服這一點(diǎn)， 應(yīng)當(dāng)在負(fù)載端并聯(lián)續(xù)流二極管（如圖中虛線所示

14、二極管），以防止過(guò)高的反電勢(shì)擊穿整流二極管。ACtUd全波整流電路由于將02的負(fù)半波也利用了，故輸出電壓的平均值較半波整流要大一倍，所以:Ud=0.9E2Id= 0.9E2/R(2-5)(2-6)2-2三相橋式整流電路A.三相橋式不可控整流電路（見(jiàn)圖2-3）Ud “cb ab acbe ba cacb abUd圖2-3三相橋式不可控整流電路在toti期間，由于a相電位最高，而 b相電位最低，因此 D1與D6元件處于正向偏置狀態(tài)，構(gòu) 成a Di R D6 b 0 a的電流通路，輸出端獲得Ud=Uab的電壓波形。如圖 2-3中所示。在tit2期間，a相電位由最大值開始下降，但仍然較其他相高，而此時(shí)

15、c相電位卻是最低的，因此構(gòu)成了 a Di R D2 c 0 a的電流通路，輸出端獲得Ud=Uac的電壓波形。在t2t3期間，b相電位升為最高，最低的仍然是 c相，因此構(gòu)成b D3 R D2 c 0 b的電流 通路，輸出端獲得 Ud=U bc的電壓波形。依此類推，可得到Ud = Uba, Ud = U ca, Ud = Ucb, Ud=U bco連接他們即可獲得圖2-3 ( C)中粗實(shí)線所示的輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)的全部波形。由于輸出電壓是脈動(dòng)電壓，因 此，在負(fù)載R上獲得的輸出電壓平均值就如圖2-3 (C)中平直線所示，顯然它不會(huì)達(dá)到脈動(dòng)電壓的最大值。由前面的分析知道，輸出電壓是由整流變壓器二次線

16、電壓的瞬時(shí)值組成，因此有：Ud=i.35U =2.34E2(2-5)流過(guò)負(fù)載的平均電流：Id =Ud/R(2-6)由于在一個(gè)周期內(nèi)整流元件各自輪流導(dǎo)通120° (1/3周期)，故 流過(guò)整流元件的平均電流為1/3lg。B.三相橋式全控整流電路(見(jiàn)圖2-4)(a)Ud和cb abacbe ba cacb ab0Udt(c)圖2-4=0°時(shí)三相橋式全控整流電路及輸出電壓波形圖2-4與圖2-3相比，在電路結(jié)構(gòu)上沒(méi)有什么特別的地方，但使用的整流元件有所不同，如果不考慮可控硅控制角的影響，則圖2-4與圖2-3的結(jié)果是完全一樣的，用于圖2-3的分析方法可以用來(lái)分析圖2-4電路。但是，圖2

17、-4電路畢竟使用的是可控硅整流元件，因此它與圖2-3就有一定的區(qū)別，下面具體分析圖2-4的工作狀況。1）可控硅元件導(dǎo)通的必要條件可控硅元件由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通有三個(gè)必要條件：a. 可控硅的控制極必須有與陽(yáng)極電壓同相位的正向觸發(fā)脈沖。b. 可控硅陽(yáng)極與陰極之間必須有正向偏置電壓。c. 可控硅元件獲得的觸發(fā)脈沖必須有足夠的功率。觸發(fā)脈沖是可控硅元件導(dǎo)通的基本條件，否則也不成其為“可控”硅，但是，即使有了觸發(fā)脈沖如果 在相位上與可控硅元件上施加的陽(yáng)極電壓不對(duì)應(yīng)也是徒勞的。所謂“正向偏置”是指可控硅元件的陽(yáng)極必須施加正電壓，而陰極必須施加負(fù)電壓，即陽(yáng)極電壓高于 陰極。其最小值必須高于可控硅元件的通態(tài)平均電壓

18、降。如圖2-5所示。U+Uy Ut 一U_圖2-5可控硅元件施加電壓示意圖足夠的觸發(fā)脈沖功率也是可控硅導(dǎo)通的必要條件。它是指觸發(fā)脈沖的電壓幅值和電流的幅值必須大于所使用的可控硅元件標(biāo)稱的觸發(fā)電壓和電流，如果觸發(fā)脈沖的電壓和電流達(dá)不到所使用的可控硅元件的要求，將使可控硅不能正常導(dǎo)通或者工作不可靠。除此以外，由于每只可控硅整流元件在三相整流電路中需要工作1/3個(gè)周期，每次被觸發(fā)時(shí)，從阻斷600。即使采用雙脈沖觸到導(dǎo)通需要一定的時(shí)間，因此對(duì)脈沖的寬度也有一定要求，一般情況下應(yīng)不小于 發(fā)方式，也應(yīng)保證可控硅能夠在整個(gè)工作期間可靠地被觸發(fā)。2)三相全控整流電路的兩種工作狀態(tài)三相全控整流電路既可以工作于整

19、流狀態(tài)，也可以工作于逆變狀態(tài)，下面具體分析這兩種工作狀態(tài)。a.整流工作狀態(tài)當(dāng)控制角在090°范圍內(nèi)變化時(shí)，三相整流橋工作于整流狀態(tài)。當(dāng)=0°時(shí)，其工作狀態(tài)與三相不可控整流橋完全一致，不可控電路的工作原理和分析方法均適合于=0°時(shí)的三相全控橋，輸出的直流電壓波形也完全一樣(見(jiàn)圖2-4 )。當(dāng)=300時(shí)，三相整流橋的工作狀態(tài)與三相不可控整流電路有所區(qū)別，下面以圖2-6為參考進(jìn)行分析。在線電壓的0300之間，由于無(wú)觸發(fā)脈沖，可控硅不導(dǎo)通，輸出側(cè)無(wú)輸出電壓，輸出波形出現(xiàn)斷續(xù) 波形。在線電壓的300位置，可控硅分別在di , ei, fi, gi, hi, ii點(diǎn)被觸發(fā)，正

20、常時(shí)的輸出電壓波形如圖2-6 (b)粗實(shí)線所示。可控硅元件的換流順序是：+a -b +a -c +b -c +b -a +c -a+c -b，然后再重復(fù)循環(huán)。陽(yáng)極相電壓的300位置是線電壓的自然換流點(diǎn)，以此點(diǎn)為控制角的起始點(diǎn)，即00位置，在00位置觸發(fā)可控硅時(shí)，整流橋有最大直流平均電壓輸出。因此，如果以相電壓作為同步電壓時(shí)，一定要考慮到這 300誤差，否則將會(huì)造成可控硅失控。00 300tit5t0(b)圖2-6=30。時(shí)三相橋式全控整流電路輸出電壓波形圖當(dāng)=600時(shí)整流橋的狀態(tài)是較特別的一種狀態(tài)，此時(shí)輸出波形正好在零線位置交換。而在此之前，輸出波形是在零線以上交換的，當(dāng)600以后，輸出波形則

21、在零線以下交換。=600時(shí)的輸出波形見(jiàn)圖 2-7(b)。0°60°«»(a)如圖 2-7 所示，可控硅元件 +a -b, +a -c, +b -c, +b -a, +c -a, +c -b 分別在 ti,t2, t3, t4,t5,t6時(shí)刻被觸發(fā)換流，獲得的輸出電壓波形如圖2-7（ b ）。由于=60°時(shí)三相橋式全控整流電路輸出電壓波形的特殊性人們常常用來(lái)判斷三相可控整流電路的控制角是否正確，這是一種非常實(shí)用的方法。60°90°時(shí)，帶感性負(fù)載的三相全控橋的輸出波形不僅有正值，同時(shí)也有負(fù)值，但在此范圍內(nèi)，輸出電壓的平均值仍然呈

22、現(xiàn)為正值，如圖2-8所示。0°70°t°tit2t3t4t5t6cb ab acbe ba cacb-VWWUdt（b）圖2-8 60°90°時(shí)三相橋式全控整流電路輸出電壓波形圖由于電感元件的存在，當(dāng)三相全控橋的控制角在60°以后開始出現(xiàn)負(fù)值，其原因是感性元件具有存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量作用的緣故， 當(dāng)整流橋輸出電壓出現(xiàn)斷續(xù)時(shí)，存儲(chǔ)在感性元件中的能量將向交流電源側(cè)釋放，在整流橋輸出側(cè)呈現(xiàn)為負(fù)值，此種情況可用圖2-9來(lái)說(shuō)明。id圖2-9感性負(fù)載的三相全控橋等效電路圖當(dāng)在600 900的t1時(shí)刻給a相的SCR1以觸發(fā)脈沖（參見(jiàn)圖 2-8），這時(shí)由于a

23、相電位最高，SCR1 將導(dǎo)通。此時(shí)，雖然 c相電位最低，但 SCR2因無(wú)觸發(fā)脈沖而不會(huì)導(dǎo)通。但此時(shí)先前被觸發(fā)導(dǎo)通的b相SCR6將繼續(xù)保持導(dǎo)通狀態(tài)。即此時(shí)由 SCR1與SCR6構(gòu)成電流通路，輸出電壓為 eab。當(dāng)t1時(shí)刻，輸出 電壓逐漸降為0。在11時(shí)刻，由于輸出電流有減小趨勢(shì)，此時(shí)負(fù)載電感產(chǎn)生e l來(lái)企圖阻止id的減少，因e l的方向與id的方向一致，故在輸出側(cè)呈現(xiàn)為負(fù)值電壓，進(jìn)而維持id繼續(xù)流通。在t1以后，雖然b相電位高于a相電位（即Uab 0）,但電感上的電勢(shì) eL的絕對(duì)值高于 eab，實(shí)際加 在可控硅SCR1與SCR6上的陽(yáng)極電壓仍然為正，繼續(xù)維持著電流id的通路，因此，在 t1t2時(shí)

24、刻內(nèi)，輸出電壓仍然維持在負(fù)值電壓。至U t2時(shí)刻，c相電位仍然最低， 此時(shí)-c相元件SCR2接受觸發(fā)脈沖，接替SCR6換流，SCR1與SCR2 構(gòu)成新的電流通路，輸出電壓Ud=eac 0。此時(shí)雖然b相電位最高，但因沒(méi)有觸發(fā)脈沖而無(wú)法導(dǎo)通。至U t2以后，輸出電壓又出現(xiàn)負(fù)值，至Ut3時(shí)刻再變正，如此反復(fù)循環(huán)，到t6完成一個(gè)周期。由于有負(fù)值的存在，隨著角的增加，輸出電壓的平均值將逐漸減小，當(dāng)=900時(shí)，正值與負(fù)值相等，此時(shí)輸出端電壓為 0。當(dāng)角繼續(xù)增加時(shí)，整流橋輸出電壓的平均值將出現(xiàn)純負(fù)值的狀態(tài)，此狀態(tài)在專業(yè)術(shù)語(yǔ)中稱為“逆變”，逆變狀態(tài)將在以下內(nèi)容中介紹。根據(jù)對(duì)三相全控整流電路的理論計(jì)算，三相全控

25、橋的輸出電壓平均值同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)44(2-7)(2-8)0。此時(shí)若將控制角突然拉到大于900 （假定為t2時(shí)刻SCR1因接受觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通，這時(shí)eab雖然L上阻止電流id減小的感應(yīng)電勢(shì) ei也較大，使eieab仍為正，故SCR1與SCR6仍 此時(shí)L上的感應(yīng)電勢(shì)與由于交流側(cè)電壓的瞬時(shí)值id的方向一致，電感線圈向交流側(cè)發(fā)出功率（即釋放電感eab與電流id方向相同，故此時(shí)交流側(cè)吸收功率，既出脈沖丟失?？刂泼}沖角度過(guò)大，控制不合適。 整流元件故障，不能正常導(dǎo)通或截止。上述三種原因中，逆變控制角可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中予以避免，只要充分考慮到可控硅換弧的角度并留Ud =1.35U yCOSId = Ud/R

26、f = 1.35UyCOS /Rf流過(guò)整流變壓器副方繞組的電流是整流橋直流側(cè)輸出電路的0.817,即：l2=0.817ld。實(shí)際工作中，上述計(jì)算式和比例關(guān)系可以作為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用。b. 逆變工作狀態(tài)逆變是帶感性負(fù)載的三相全控橋另外一種工作狀態(tài)，逆變工作狀態(tài)下，整流橋輸出電壓為負(fù)值。實(shí)際上整流橋是不可能輸出負(fù)值的，之所以輸出的值反映出來(lái)為負(fù)值是因?yàn)橛须姼写嬖诘木壒?。下面結(jié)合圖 2-10進(jìn)行分析。在 90°時(shí)，整流橋工作于整流狀態(tài)，輸出電壓大于1200），整流橋的工作狀態(tài)將立即發(fā)生變化。假定在 過(guò)零開始變負(fù)，但電感 在正向陽(yáng)極電壓下工作， 線圈存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量）。現(xiàn)所謂“逆變”。eac雖

27、然進(jìn)入負(fù)半周，但電感電勢(shì)el仍然足夠大，可以維到t3時(shí)刻，c相SCR2接受觸發(fā)脈沖，這時(shí) 持SCR1與SCR2的導(dǎo)通，繼續(xù)向交流側(cè)饋送磁場(chǎng)能量，如此反復(fù)輪流，直至電感線圈存儲(chǔ)的能量不能繼 續(xù)維持SCR元件的導(dǎo)通為止，“逆變”結(jié)束。c. 逆變的失敗與顛覆所謂逆變的失敗或顛覆是指三相整流橋在逆變過(guò)程中，因換流不成功而造成單相連續(xù)導(dǎo)通，使整流橋出現(xiàn)“逆變”“整流”“逆變”“整流”的反復(fù)工作狀態(tài)。出現(xiàn)逆變顛覆的主要原因有以下三種：1）2）3）在 有一定的裕量即可。實(shí)際上，任何人也不會(huì)將逆變控制角設(shè)計(jì)到最大角使用。脈沖丟失是逆變失敗最多的原因。在脈沖丟失的可能原因中，又因脈沖質(zhì)量太差為最多，其次是脈沖功

28、率偏小。當(dāng)脈沖丟失以后，可控硅元件因?yàn)椴荒鼙挥|發(fā)而無(wú)法換流，造成逆變顛覆。整流元件故障是造成逆變顛覆的又一個(gè)原因。整流元件存在故障時(shí)， 在整流狀態(tài)時(shí)反映為整流電壓變低，調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以通過(guò)減小控制角來(lái)增加輸出。但在逆變狀態(tài)下卻不能通過(guò)改變控制角來(lái)滿足工況的要求。故障元件在逆變狀態(tài)下無(wú)法進(jìn)行換流，造成逆變顛覆。此外，整流橋其他元件故障也會(huì)造成與整流元件故障一樣的故障現(xiàn)象，使逆變失敗或顛覆。逆變顛覆如果呈現(xiàn)為衰減狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)很大的問(wèn)題， 最終還是能夠?qū)㈦姼芯€圈存儲(chǔ)的能量全部釋放完畢而結(jié)束逆變過(guò)程。但如果逆變顛覆呈現(xiàn)為等幅震蕩或增長(zhǎng)狀態(tài)則是很嚴(yán)重的，有可能造成整流元件甚至整個(gè)整流柜損壞，嚴(yán)重時(shí)可能還會(huì)

29、造成電感線圈（轉(zhuǎn)子繞組）的損壞，這是必須避免的。e2(a)0 120totlt2t3t5t6Ud圖2-10=120°時(shí)三相橋式全控整流電路輸出電壓波形圖C）三相全控整流橋的故障運(yùn)行作為勵(lì)磁系統(tǒng)重要設(shè)備的三相全控整流裝置，如果出現(xiàn)故障將嚴(yán)重影響整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的正常運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)盡快處理。下面給出幾種典型故障供參考。a）單相橋臂故障。單相橋臂故障有以下兩種情況：1 ）一個(gè)橋臂故障。2 ）一相橋臂故障。當(dāng)一個(gè)橋臂發(fā)生故障時(shí)（假定 +a相有故障，如圖2-11），有如下等效電路和輸出電壓波形圖。UdAAA 口 idRcb ab ac be ba ca cb圖2-11一個(gè)橋臂故障時(shí)的等效電路和輸出波形

30、如圖2-11所示，當(dāng)一個(gè)橋臂出現(xiàn)故障時(shí)，除了故障元件本身以外，與故障元件相關(guān)的回路也將不能 正常工作。如+a元件所構(gòu)成的ab，ac均因?yàn)?a而不能輸出，輸出波形僅 剩下4個(gè)波頭。此時(shí)，輸出電壓 平均值Ud較正常時(shí)減少 1/3。如果出現(xiàn)一相元件全部損壞時(shí)，則由該相元件所構(gòu)成的全部回路都不能正常工作，此時(shí)整流橋等效電路及輸出電壓波形如圖2-12所示。圖2-12一相元件全部損壞時(shí)的等效電路及輸出波形圖由圖2-12可以看出，此時(shí)輸出電壓 僅有兩個(gè)波頭，因此 輸出電壓的平均值僅為正常電壓的1/3。b）兩個(gè)橋臂故障兩個(gè)橋臂故障也分兩種情況。其一是相同相的兩個(gè)橋臂發(fā)生故障。此種情況我們?cè)谇耙恍」?jié)已經(jīng)研究過(guò)。

31、其二是不同相的兩個(gè)橋臂發(fā)生故障。在這種故障里面又分為同組不同相和不同組又不同相。圖2-13為不同組又不同相時(shí)的兩個(gè)橋臂同時(shí)故障的等效電路和輸出波形圖。圖2-14為同組不同相時(shí)的兩個(gè)橋臂同時(shí)故障的等效電路和輸出波形圖。由圖2-13和圖2-14可以看出，無(wú)論是同組不同相時(shí)還是不同組又不同相的兩個(gè)橋臂同時(shí)發(fā)生故障時(shí),其結(jié)果都是只有兩個(gè)波頭。因此,只要發(fā)生兩個(gè)橋臂同時(shí)故障，其輸出電壓都只有正常輸出電壓的1/3。由于 Id = Ud / Rf，故： 整流橋發(fā)生單臂故障時(shí)，輸出電流為正常輸出電流的2/3 ;發(fā)生兩個(gè)橋臂故障時(shí)，輸出電流為正常輸出電流的1/3。根據(jù)上述結(jié)論，我們可以非常方便地判斷三相整流橋的

32、故障性質(zhì)和大致的故障范圍，盡快處理和消除故障影響。此外，除了上述討論的元件開路故障以外，整流元件還可能短路。無(wú)論出現(xiàn)幾個(gè)橋臂短路，其最終結(jié) 果都是整個(gè)整流橋短路。在整流橋短路情況下，裝置是不能正常工作的，應(yīng)特別注意防止。當(dāng)然，由于整 流橋設(shè)置有防止短路的快速熔斷器，在整流元件發(fā)生短路時(shí)可以有效地防止整流橋短路，但在發(fā)現(xiàn)快速熔斷器已經(jīng)熔斷時(shí)必須查出具體原因以后才可以再通電實(shí)驗(yàn)或運(yùn)行。對(duì)于逆變狀態(tài)，任何一個(gè)橋臂故障都會(huì)造成逆變失敗，因此，整流橋的正常與否直接關(guān)系到逆變成敗。d）可控硅元件的選擇與使用正確選用可控硅元件是保證整流電路正常工作的前提條件，是勵(lì)磁系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，從事勵(lì)磁系統(tǒng)檢

33、修和試驗(yàn)的同志應(yīng)當(dāng)充分重視?？煽毓柙性S多參數(shù)和性能指標(biāo)，但在使用中重要的也僅兩三項(xiàng)，他們是：1）通態(tài)平均電流（It ）。2）斷態(tài)重復(fù)峰值電壓（Udrr ）。3）控制極觸發(fā)電壓（Uk）。4）控制極觸發(fā)電流（Ik ）。5）通態(tài)電流上升率（di/dt ）。6）斷態(tài)電壓上升率（dv/dt ）。上述參數(shù)中，經(jīng)常遇到的是通態(tài)平均電流（It）、斷態(tài)重復(fù)峰值電壓 （Udrr）和控制極觸發(fā)電壓 （Uk ）、控制極觸發(fā)電流（Ik ）這幾個(gè)參數(shù)。其他參數(shù)一般不會(huì)在已經(jīng)選定的元件類別中發(fā)生特別大的變化。二.自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是勵(lì)磁系統(tǒng)中的智能指揮中心，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的性能直接關(guān)系到整個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的性能

34、。3-1自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的組成自動(dòng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)一般由以下幾個(gè)單元組成（見(jiàn)圖3-1 ）。模擬量功率單元調(diào)節(jié)器單元圖3-1自動(dòng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的組成單元在自動(dòng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器是作為一個(gè)單元在控制系統(tǒng)中發(fā)揮作用的。在調(diào)節(jié)器單元中，又分為“電量采集”、“人工給定（或自動(dòng)給定）”、“比較放大”、“移相觸發(fā)”等環(huán)節(jié)。過(guò)去老的模擬式自 動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的各個(gè)環(huán)節(jié)都是用各種各樣的電磁元件或半導(dǎo)體器件所組成的模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而現(xiàn)代微機(jī)型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器卻利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)的最佳控制。但微機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器仍然是在模擬式調(diào)節(jié)器的基本原理下發(fā)展起來(lái)的，尤其是早期的微機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器更加具有模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)

35、器的影子，他的許多環(huán)節(jié)仍然是模擬電路或模擬電路的改進(jìn)形式。調(diào)節(jié)器的測(cè)量反饋環(huán)節(jié)（電量采集）從發(fā)電機(jī)機(jī)端 PT、CT采集到發(fā)電機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)，經(jīng)與給定 信號(hào)比較以后獲得一個(gè)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與給定參數(shù)的差值Ug ,經(jīng)過(guò)比較放大環(huán)節(jié)放大并與限制信號(hào)比較以后輸出調(diào)節(jié)器的控制信號(hào) Uk ,移相觸發(fā)環(huán)節(jié)在同步信號(hào)的作用下將Uk轉(zhuǎn)換為實(shí)際需要的可控硅的觸發(fā)脈沖角度，再經(jīng)過(guò)后級(jí)的脈沖放大及脈沖隔離后控制整流功率柜的輸出，使發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)回復(fù)到給定參數(shù)運(yùn)行。當(dāng)人工改變給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器的各個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)自動(dòng)按照給定值的變動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在新的給定參數(shù)。調(diào)節(jié)器的比較放大環(huán)節(jié)是調(diào)節(jié)器最重要的環(huán)節(jié)。他不僅起到比較放大的作用，

36、勵(lì)磁系統(tǒng)所有調(diào)節(jié)方式、控制規(guī)律都要通過(guò)他來(lái)實(shí)現(xiàn)。如PID調(diào)節(jié)，輔加PSS功能，轉(zhuǎn)子電流限制，強(qiáng)行勵(lì)磁等等。模擬式調(diào)節(jié)器在這一部分主要是采用相應(yīng)的模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能，使勵(lì)磁系統(tǒng)按照一定的調(diào)節(jié)規(guī)律控制轉(zhuǎn)子電流和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)， 而一些現(xiàn)代勵(lì)磁控制理論和控制技術(shù)是無(wú)法用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，發(fā)展微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是歷史發(fā)展的必然。現(xiàn)代的微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器已經(jīng)能夠從智能化模擬量采集、智能同步信號(hào)轉(zhuǎn)換、 數(shù)字化移相觸發(fā)、軟件化數(shù)字給定、高智能化勵(lì)磁控制等方面全面取代模擬電路。葛電能達(dá)公司生產(chǎn)的MEC型多微機(jī)勵(lì)磁控制器可以說(shuō)是一個(gè)較為典型的代表。將來(lái)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)展到什么樣現(xiàn)在是很難預(yù)料的。3-2

37、 MEC型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器MEC型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器共有兩個(gè)系列的產(chǎn)品，其一是 MEC-20系列（雙機(jī)系列），其二是MEC-30系列（三機(jī)系列）。MEC-20系列產(chǎn)品中，調(diào)節(jié)器配置有兩套主機(jī)系統(tǒng)，其中又分為完全相同的兩套主機(jī)系統(tǒng)和兩套不完全相同的主機(jī)系統(tǒng)，主要差別在于所使用的CPU板不同。完全相同的系統(tǒng)使用的全部為V40主機(jī)，不相同的系統(tǒng)中I機(jī)使用V40主機(jī)，II機(jī)使用8098單片機(jī)。MEC-30系列產(chǎn)品配置有三套主機(jī)系統(tǒng)，其中I、II機(jī)的配置基本一致，III機(jī)的配置略有區(qū)別。I、II機(jī)系統(tǒng)使用V40主機(jī)，III機(jī)使用8098單片機(jī)。下面，我們以 MEC-30系列多微機(jī)勵(lì)磁控制器為例，簡(jiǎn)要介紹微機(jī)型

38、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。對(duì)于MEC-20系列產(chǎn)品，由于原理和基本配置與MEC-30系列相同，可以參考 MEC-30，這里不專門介紹。3.2.1微機(jī)型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)MEC-31型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)配置見(jiàn)圖3-2。FMK61LHZKPT2PT362LH微型機(jī)I v40微型機(jī)n v40變換PT4濾波整形脈沖檢測(cè)i脈沖檢測(cè)n脈沖檢測(cè)皿脈沖切換脈沖輸出DL脈沖放大I*Uy測(cè)量板(I)測(cè)量板(n)開關(guān)量ILED顯示開關(guān)量n測(cè)量板(皿)開關(guān)量川LED顯示11111Fj微型機(jī)皿8098LED顯示圖3-2 MEC 一 31多微機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)原理配置簡(jiǎn)圖由圖3-2知：MEC-31型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器共有三套主機(jī)，其中

39、I、II機(jī)為V40 , III機(jī)為8098。由MEC-31勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的技術(shù)說(shuō)明我們知道：其中I、n機(jī)內(nèi)部配置完全相同，可自動(dòng)相互切換為主、從機(jī)運(yùn)行。川機(jī)是i、n機(jī)的備用機(jī)，當(dāng)i、n機(jī)全部故障情況下可自動(dòng)投入川機(jī)運(yùn)行。裝置的主要硬件配置如下：測(cè)量系統(tǒng)MEC 一 31系列多微機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)，主要是采用了交流模擬信號(hào)直接采樣方式，而系統(tǒng)母線電壓和作為信號(hào)的定子電壓則采用了直流采樣方式。a. 定子電壓(Ug)交流采樣。發(fā)電機(jī)定子機(jī)端電壓經(jīng)機(jī)端電壓互感器2YH(1YH)降壓后再經(jīng)機(jī)內(nèi)電壓 變換器(PT1 一 PT6)降壓，濾波(LD6010)后進(jìn)入A/D(STD5459)，由CPU掃描檢測(cè)輸入

40、。b. 定子電流(Ig)交流采樣。發(fā)電機(jī)定子電流互感器二次電流經(jīng)機(jī)內(nèi)電流一電壓變換器(CT 1 一 CT3)。 后再經(jīng)濾波(LD6010)后進(jìn)入A/D(STD5459)由CPU掃描檢測(cè)輸入。C.轉(zhuǎn)子電流(If)交流采樣。其方式和定子電流測(cè)量一樣。其電流一電壓變換器為CT4一 CT6。而川機(jī)的轉(zhuǎn)子電流采樣經(jīng) CT7一 CT9后進(jìn)入機(jī)內(nèi)的濾波和 A/D，由CPU掃描檢測(cè)輸入。d 母線電壓測(cè)量直流采樣。裝置采集系統(tǒng)母線電壓后，主要是供控制器在起勵(lì)時(shí)自動(dòng)跟蹤母線電壓 之用。其采樣是經(jīng)母線電壓互感器二次同期控制系統(tǒng)送入機(jī)內(nèi)母線PT(PT7一 PT9)降壓后再經(jīng)濾波(單相整流并濾波)后進(jìn)入A/D。由CPU

41、掃描檢測(cè)輸入。e.定子電壓直流采樣。作為主機(jī)輔助測(cè)量電壓的定子電壓是由機(jī)內(nèi)PT的第二繞組降壓后再經(jīng)三相整流濾波后進(jìn)入 A/D板，由CPU掃描檢測(cè)輸入。f.同步電壓測(cè)量及變換。勵(lì)磁陽(yáng)極電壓經(jīng)陽(yáng)極電壓互感器(TSi TS3. 800V/100V)降壓后再經(jīng)同步變壓器(TPTi 一 TPT6)隔離和分配后，其同步電壓信號(hào)的三個(gè)相電壓分別經(jīng)濾波、整形后成為同步方波，而 后進(jìn)入計(jì)算機(jī)中斷(參見(jiàn)LD6058、LD6020)。在同步回路中，除同步變壓器外其余器件均安裝在一塊專門 設(shè)計(jì)制作的STD同步模板(LD6020)上，插入STD總線機(jī)架中。g 機(jī)組頻率測(cè)量。它主要是利用了同步方波信號(hào)，采用數(shù)字測(cè)頻方法獲

42、得陽(yáng)極及機(jī)組的電壓頻率當(dāng) 前值，以供控制及顯示用。電源系統(tǒng)本微機(jī)控制系統(tǒng)共有三套多路供電電源系統(tǒng)。三套微機(jī)電源系統(tǒng)各自具有相對(duì)的獨(dú)立性但又有一定聯(lián)系。裝置的+24V脈沖電源則采用了雙重交流供電三套合用的方式。具體介紹如下：a.三套微機(jī)系統(tǒng)各自有一套雙重供電的高性能多路輸出開關(guān)電源系統(tǒng)，其中：I機(jī)采用的供電方式為廠用交流、勵(lì)磁自用交流供電。經(jīng)雙重供電板濾除噪聲干擾，再整流濾波后提供給高性能多路輸出開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出+5v、土 12v、+24v電源提供給微機(jī)系統(tǒng)和內(nèi)部操作繼電器。H機(jī)在接線上和I機(jī)基本一致，不同的只是供電方式。 它是采用了廠用交流和直流兩種方式給雙重供電板供電。其余部分完全一致。川機(jī)

43、采用了純直流供電(1F、2F)或勵(lì)磁自用交流和直流供電方式(37F)。它主要是作為I、n機(jī)的后備機(jī)使用。其多路輸出開關(guān)電源在性能上和i、n機(jī)完全一致。必要時(shí)可提供給i、n機(jī)使用。這里介紹的供電方式只是葛洲壩二江電廠的接線，其他電廠不一定要采取此種方式，可以更加靈活地使用該調(diào)節(jié)器多路供電的特點(diǎn)，使裝置的電源系統(tǒng)更加可靠和完善。如葛電志發(fā)電力公司的勵(lì)磁系統(tǒng)的電源系統(tǒng)接線就采用了 I機(jī)使用雙交流(廠用交流和勵(lì)磁自用交流)，II機(jī)使用勵(lì)磁自用交流和操作直流兩種方式。b 公用電源系統(tǒng)這里所說(shuō)的公用電源系統(tǒng)主要是指控制器內(nèi)的DC24V操作電源系統(tǒng)和+24V脈沖電源系統(tǒng)。這兩個(gè)電源中的+24V脈沖電源同時(shí)由

44、廠用交流電源和勵(lì)磁自用交流電源供電(葛電志發(fā)電力公司的脈沖電源亦 相同)。經(jīng)各自整流濾波后再穩(wěn)壓 (普通串聯(lián)穩(wěn)壓)，直流側(cè)經(jīng)相互閉鎖后并聯(lián)，然后再送至用電負(fù)載。DC24V操作電源是三套主機(jī)的開關(guān)電源輸出的DC24V電源經(jīng)相互閉鎖后再并聯(lián)， 提供給調(diào)節(jié)器內(nèi)部的操作系統(tǒng)。DC24V電源系統(tǒng)相對(duì)較為可靠。需要指出的是：由于三套微機(jī)系統(tǒng)公用了+24V脈沖電源，這就要求該系統(tǒng)具有較高的可靠性，在檢修中應(yīng)引起充分重視，防止運(yùn)行中由于這兩組電源故障而引起事故。檢測(cè)、切換、報(bào)警系統(tǒng)MEC 一 31裝置的檢測(cè)系統(tǒng)有三個(gè)功能：其一是裝置的穩(wěn)壓電源檢測(cè)(LD6030)，它可分別對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的 +5V、+12V、 12

45、V電源及公用+24V和+24V脈沖電源進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。當(dāng)任一路穩(wěn)壓電源降低到整定值以下時(shí)將通過(guò)公共切換部分進(jìn)行微機(jī)的 切換和報(bào)警。其二是對(duì)脈沖輸出進(jìn)行檢測(cè) (LD6030),當(dāng)被檢測(cè)的六路脈沖任一路發(fā)生丟失脈沖超過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸器的暫 穩(wěn)定時(shí)間時(shí)，檢測(cè)電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)并通過(guò)切換電路自動(dòng)進(jìn)行微機(jī)間的切換和報(bào)警。其三是裝置的程序監(jiān)視定時(shí)器還可監(jiān)視軟件運(yùn)行的正確性。當(dāng)軟件運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)視定時(shí)動(dòng)作報(bào)警并進(jìn)行微機(jī)間的自動(dòng)切換，然后對(duì)CPU自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位。微機(jī)間的切換除上述條件外，通過(guò)人工方式在面板上進(jìn)行操作亦可方便地進(jìn)行。切換是由繼電器進(jìn)行的，故和人工操作的速度無(wú)關(guān)。3.2.2 MEC 一 31的主要功能及基本工

46、作原理MEC 一 31系列勵(lì)磁控制系統(tǒng)具有以下功能：(1) .三種起勵(lì)方式。1) .恒勵(lì)磁電流起勵(lì)；2) .恒機(jī)端電壓起勵(lì)；3) .自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)母線電壓起勵(lì)。(2) .五種限制功能。1) .瞬時(shí)延時(shí)過(guò)勵(lì)磁電流限制；2) .過(guò)無(wú)功功率限制；3) .欠勵(lì)磁限制；4) .功率柜仃風(fēng)或部分功率柜故障退出運(yùn)行限勵(lì)磁電流;5) .伏/赫限制。(3) .三種運(yùn)行方式。1) .恒機(jī)端電壓運(yùn)行；2) .恒轉(zhuǎn)子電流運(yùn)行；3) .恒無(wú)功運(yùn)行。(4) . PT斷線保護(hù).同步回路斷相保護(hù)(6) .參數(shù)整定、顯示功能(7) .自檢、自診斷、容錯(cuò)及故障檢測(cè)功能(8) .事件順序記錄裝置的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3-1。表3-1 M

47、EC 一 31裝置主要性能指標(biāo)項(xiàng)目性能指標(biāo)備 注起勵(lì)tql 3.5s，電壓超調(diào) 10%，振蕩3次逆變火磁tNB 2.34s,無(wú)失脈顛覆現(xiàn)象電壓調(diào)節(jié)范圍空載 10% 130%Uge,負(fù)載 70% 110%Uge手動(dòng)調(diào)壓速率Ug/s 0.5%Uge電壓頻率特性Ug/0.5Hz（4555hz） 0.03% , f 44hz 逆變10%階躍響應(yīng)超調(diào) 0.02%Uge，擺動(dòng) 1 次，tjy 1.0s調(diào)差率整定范圍0 30%發(fā)電機(jī)端電壓靜差率0.1%調(diào)壓精度0.1%勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時(shí)間34ms超調(diào)量9.6%Uge調(diào)節(jié)時(shí)間3.4sMEC勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的工作原理MEC型多微機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)技術(shù)含量

48、較高的新型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。他所采用的 “線性最優(yōu)勵(lì)磁控制”技術(shù)在國(guó)外勵(lì)磁控制系統(tǒng)中也鮮見(jiàn)，國(guó)內(nèi)目前也僅此一家。當(dāng)然，現(xiàn)在清華大學(xué)正 在研制的“非線性最優(yōu)勵(lì)磁控制”技術(shù)在理論上較“線性最優(yōu)勵(lì)磁控制”更進(jìn)了一步，但畢竟還沒(méi)有正式 投入工業(yè)運(yùn)行。MEC 31系列多微機(jī)勵(lì)磁控制器通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)不斷采集發(fā)電機(jī)三相交流定子電壓、三相定子電流并計(jì)算出發(fā)電機(jī)端電壓 Ug、定子電流|g、發(fā)電機(jī)有功功率 P、無(wú)功功率Q的當(dāng)前值并與給定值進(jìn)行比較。 此外還采集勵(lì)磁電流當(dāng)前值，測(cè)量并計(jì)算機(jī)組當(dāng)前頻率值。根據(jù)采集數(shù)據(jù)，CPU可自動(dòng)按線性最優(yōu)勵(lì)磁控制的原理和計(jì)算方法，每10ms計(jì)算并刷新一次可控硅控制角a。其算法為：(3-

49、1)(3-2)(3-3) a = DK p P+K Aw +Kv A Vt 式中：Kp功率增益 ；K 頻率增益； Kv電壓增益；D 轉(zhuǎn)換系數(shù)； a 控制角增量?？煽毓鑼?shí)際控制角=o+A式中：o更新之前的可控硅控制角。o可按式：o(K) = o(K 1) + KiA Vt(K)計(jì)算。數(shù)字移相觸發(fā)是把算出的控制角折算成對(duì)應(yīng)的延時(shí)t，再折算成對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)N ,N = t / Tc = ( / 360 )T fc(3-4)式中：T陽(yáng)極電壓周期；Tc 計(jì)數(shù)脈沖周期； fc計(jì)數(shù)脈沖頻率。在自然換流點(diǎn)，同步方波引起中斷，作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)。CPU響應(yīng)中斷后將 N送入計(jì)數(shù)器，時(shí)間一到立即輸出相應(yīng)的觸發(fā)脈沖。微

50、機(jī)輸出六路雙窄脈沖(脈寬0.8ms可調(diào))，經(jīng)前置放大及切換電路輸出到脈沖放大部分，并通過(guò)輸出系統(tǒng)將新的控制角送到可控硅控制極，借以改變SCR的導(dǎo)通角而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)工況之目的。在這里，我們有必要簡(jiǎn)單介紹同步信號(hào)與同步脈沖之間的關(guān)系。同步信號(hào)是調(diào)節(jié)器發(fā)出的脈沖信號(hào)與可控硅陽(yáng)極電壓是否相同步的重要因素。一般說(shuō)來(lái)，無(wú)論使用什么相位的同步信號(hào)，只要調(diào)節(jié)器根據(jù)這個(gè)信號(hào)確定的相位發(fā)出的脈沖與可控硅陽(yáng)極電壓同步即可。在一般情況下，人們喜歡采用同步信號(hào)直接與陽(yáng)極電壓同相位的方式，即同步變壓器接成Y/Y-12組接線，并且直接從陽(yáng)極電源上取電源，此種方式比較直觀。 但是，直接從陽(yáng)極電源取同步信號(hào)的方式存在著

51、信號(hào)波形崎變嚴(yán)重的問(wèn)題。因此，又有從發(fā)電機(jī)機(jī)端PT間接取同步信號(hào)的方式，即模擬同步信號(hào)方式。模擬同步信號(hào)的方式存在著同步信號(hào)的相位有一定誤差的問(wèn)題，尤其是采用交流側(cè)串聯(lián)型自復(fù)勵(lì)方式的勵(lì)磁系統(tǒng)， 在發(fā)電機(jī)功率因數(shù)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，同步信號(hào)的誤差更大。但采用自并勵(lì)方式的勵(lì)磁系統(tǒng)問(wèn)題相對(duì)要小一些。 具體使用何種方式，要視裝置配置情況來(lái)決定。在MEC調(diào)節(jié)器中，同步信號(hào)一般是直接從陽(yáng)極電源取用的，但也有從發(fā)電機(jī)機(jī)端取同步信號(hào)的方式。如葛電志發(fā)電力公司的機(jī)組，勵(lì)磁系統(tǒng)的同步信號(hào)就是采用了模擬同步信號(hào)方式。葛電志發(fā)電力公司機(jī)組的同步信號(hào)與調(diào)節(jié)器使用的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓共用了一個(gè)PT,在調(diào)節(jié)器內(nèi)部將同步信號(hào)與發(fā)電機(jī)機(jī)端

52、電壓信號(hào)再分開。由于該機(jī)組的勵(lì)磁變壓器采用了/Y-11組接線方式，故可控硅陽(yáng)極電壓與采用的同步電壓信號(hào)之間存在300的角差，為了補(bǔ)償這 300角差，在調(diào)節(jié)器的軟件上進(jìn)行了修正。因此，發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，調(diào)節(jié)器發(fā)出的觸發(fā)脈沖與可控硅陽(yáng)極電壓是同步的。但是，在勵(lì)磁系統(tǒng)靜 態(tài)試驗(yàn)時(shí)，由于試驗(yàn)所用的陽(yáng)極電源與調(diào)節(jié)器所用的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為同一電源，他們之間不存在相位差，但是，調(diào)節(jié)器發(fā)出的觸發(fā)脈沖與試驗(yàn)所用的陽(yáng)極電壓就有300誤差。對(duì)于此類問(wèn)題，勵(lì)磁專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)非常清楚(參見(jiàn)圖3-3 )。圖3-3 (a)為同步回路實(shí)際接線相量關(guān)系。圖3-3 (b)為試驗(yàn)時(shí)同步相量關(guān)系。圖中：Ug 發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。Ut發(fā)電機(jī)

53、機(jī)端 PT二次電壓。Uy可控硅陽(yáng)極電壓。Utb 陽(yáng)極PT二次電壓。U TB發(fā)出脈沖的相位。U TB實(shí)際發(fā)出脈沖的相位。由圖(a)可以知道，實(shí)際接線的同步信號(hào)與陽(yáng)極線電壓同相位，由于所有的同步信號(hào)為相電壓，故 實(shí)際發(fā)出的脈沖超前于陽(yáng)極電壓30°,正好落在線電壓的自然換流點(diǎn)，與陽(yáng)極電壓完全同相位。在圖3-3( b)中，Ug，Uy，Ut，Utb全部同相位。由于調(diào)節(jié)器軟件并不知道他們之間相位關(guān)系已經(jīng) 改變，故仍然按照原來(lái)設(shè)定的同步信號(hào)Utb超前30°發(fā)出脈沖，這樣，實(shí)際發(fā)出的脈沖將與陽(yáng)極電壓相差60°。因此，在試驗(yàn)狀態(tài)下，調(diào)節(jié)器發(fā)出的脈沖與陽(yáng)極電壓是不同相的，試驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)

54、將多余的角度減去， 否則會(huì)產(chǎn)生誤會(huì)。IAEC功能說(shuō)明IAEC的主要功能大部分由管理機(jī)進(jìn)行管理，管理機(jī)的操作主菜單包括：“系統(tǒng)圖”、“模擬屏”、“工作日志”、“開關(guān)量”、“檢修口令”、“狀態(tài)波形”和“幫助”，在輸入檢修口令后的完整操作主 菜單包括：“系統(tǒng)圖”、“模擬屏”、“試驗(yàn)”、“工作日志”、“方式設(shè)置”、“參數(shù)設(shè)置”、“開關(guān) 量”、“用戶管理”、“狀態(tài)波形”和“幫助”，如圖3- 1所示。圖3 1管理機(jī)主畫面圖3.1 三種起勵(lì)方式：3.1.1起勵(lì)方式設(shè)置起勵(lì)方式由管理機(jī)“方式設(shè)置”主菜單中的“起勵(lì)方式”框選擇設(shè)置?？梢苑謩e設(shè)置為“恒機(jī)端電壓”、“恒轉(zhuǎn)子電流”和“跟蹤系統(tǒng)電壓”三種方式。微機(jī)上電

55、后處于等待狀態(tài)，當(dāng)接收到開機(jī)令和檢測(cè) 到95%轉(zhuǎn)速的頻率信號(hào)，則按事先選擇的起勵(lì)方式自動(dòng)起勵(lì)。微機(jī)上電時(shí)自動(dòng)設(shè)置起勵(lì)方式為100%額定定子電壓。在自并勵(lì)方式或帶直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式下一般可殘壓起勵(lì)。如果發(fā)電機(jī)殘壓太低， 則自動(dòng)投入外界起勵(lì)電源助磁，如果經(jīng) 10秒鐘后起勵(lì)未成功，則報(bào)起勵(lì)失敗信號(hào)并停發(fā)觸發(fā)脈沖。由運(yùn)行人員檢查起勵(lì)回 路及可控硅整流電源。再次起勵(lì)前，需按“逆變”按鈕清除起勵(lì)失敗標(biāo)志，再按“起勵(lì)”按鈕進(jìn)行起勵(lì)操 作。在調(diào)試中進(jìn)行起勵(lì)試驗(yàn)，可按面板上的“起勵(lì)”按鈕。3.1.2恒機(jī)端電壓起勵(lì)這種起勵(lì)方式是將我們所需要的機(jī)端電壓作為起勵(lì)給定值，機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定后，如果給勵(lì)磁控制器起勵(lì)命令，系統(tǒng)不斷地將機(jī)端電壓與給定值進(jìn)行比較，最終將機(jī)端電壓調(diào)節(jié)到設(shè)定值，并保持恒電壓運(yùn)行方式。恒