QF_62型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)基本畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、東北電力大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目QF-62型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)61 / 64摘 要同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制在保證電能質(zhì)量，無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面起著十分重要的作用，本次設(shè)計(jì)以QF-6-2發(fā)電機(jī)為主，對(duì)其勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能分析。主要路采用自并勵(lì)方式，用三相全控整流橋整流，根據(jù)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)，性能，結(jié)合工程實(shí)際需要，對(duì)主回路和控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇，同時(shí)，適當(dāng)選擇過電壓和過電流的保護(hù)方式。性能分析部分主要應(yīng)用自動(dòng)控制的有關(guān)知識(shí)，彩用根軌這，時(shí)域響應(yīng)曲線與相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件上機(jī)進(jìn)行調(diào)試分析，并對(duì)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后的穩(wěn)定性和對(duì)系統(tǒng)的影響作一淺析。關(guān)鍵詞：勵(lì)磁系統(tǒng) 可控硅

2、 自并勵(lì) 自動(dòng)控制目 錄目 錄I前言1第一部分 QF-6-Z型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)2第一章緒論21-1 概述21-2 方案論證與選擇5第二章勵(lì)磁系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì)92-1 整流變壓器ZB的設(shè)計(jì)92-2 整流回路的原理與分析122-3 半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的保護(hù)152-4 整流元件參數(shù)確定與元件選擇182-5 起勵(lì)設(shè)計(jì)232-6 五磁設(shè)計(jì)24第三章勵(lì)磁系統(tǒng)控制回路的設(shè)計(jì)253-1 控制回路的作用、構(gòu)成253-2 測(cè)量比較單元263-3 綜合放大單元323-4 移相觸發(fā)單元33第二部分勵(lì)磁系統(tǒng)的性能分析40第一章數(shù)學(xué)模型的建立401-1測(cè)量比較單元401-2綜合放大單元的傳遞函數(shù)411-3功率主

3、大單元的傳遞函數(shù)411-4同步發(fā)電機(jī)傳遞函數(shù)42第二章動(dòng)態(tài)性以分析442-1勵(lì)磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性442-2利用時(shí)域仿真校驗(yàn)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo)472-3移態(tài)誤差的計(jì)算49第三章勵(lì)磁系統(tǒng)控制對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定影響與改善的分析493-1同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)療程線性化條件503-2同步發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)方程與穩(wěn)定數(shù)據(jù)50結(jié)論60前 言勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分。它的技術(shù)性能與運(yùn)行的可靠性，對(duì)供電質(zhì)量，繼電保護(hù)可靠動(dòng)作，加速電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行都有重大的影響，隨著超高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的建立，以與大容量發(fā)電機(jī)標(biāo)幺電抗的增大，也可按電網(wǎng)的條件采用高超響應(yīng)和高頂值電壓的勵(lì)磁系統(tǒng)。在某些故障情況

4、下，發(fā)電機(jī)端電壓降低將導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降。為此，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要求發(fā)電機(jī)迅速增大勵(lì)磁電流，以維持電網(wǎng)電壓水平與穩(wěn)定性?？梢姡桨l(fā)電機(jī)勵(lì)磁的自動(dòng)控制在保證電能質(zhì)量，無功功率的分配和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面起著十分重要的作用。勵(lì)磁系統(tǒng)是提供同步發(fā)電機(jī)可調(diào)勵(lì)磁裝置的組合。它包括勵(lì)磁電源裝置，自動(dòng)，手動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置，自動(dòng)滅磁裝置，勵(lì)磁繞組過電壓保護(hù)裝置和上述裝置的控制，信號(hào)，測(cè)量?jī)x表等，為了保證更高可靠性，可根據(jù)需要裝設(shè)備用勵(lì)磁系統(tǒng)。近年來，國(guó)，外勵(lì)磁系統(tǒng)的研制不斷取得進(jìn)展，各型勵(lì)磁系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。本文以QF-6-2發(fā)電機(jī)為例，對(duì)其主回路設(shè)計(jì)，勵(lì)磁方式以與控制系統(tǒng)的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)性能進(jìn)行了初

5、步論述。第一部分 QF-6-Z型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)第一章 緒論1-1 概述主要技術(shù)參數(shù)發(fā)電機(jī)型號(hào)：QF-6-Z額定容量：6MW定子額定電壓：6.3KV定子額定電流：688A轉(zhuǎn)速：3000功率因數(shù)SOS0.8效率100%:96.4定子接線:Y空載勵(lì)磁電流:95A空載勵(lì)磁電壓:31.7V滿載勵(lì)磁電流:248A滿載勵(lì)磁電壓:115.3V同步電抗Xd:205.9%瞬變電抗Xd:19.9%定子線圈開路時(shí)勵(lì)磁線圈時(shí)間常數(shù):6.36S勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，直接影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。勵(lì)磁系統(tǒng)一般由兩部分組成，另一部分是勵(lì)磁功率單元，向同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組提供直流勵(lì)磁電流，第二部分是勵(lì)磁

6、調(diào)節(jié)器，根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)功率單元輸出的勵(lì)磁電流，VX滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)行的需要。無論在穩(wěn)定運(yùn)行或暫態(tài)過程中，同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)在很大程度上與勵(lì)磁系統(tǒng)有關(guān)。優(yōu)良的勵(lì)磁系統(tǒng)不僅可以保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，而且可以有效地提高發(fā)電機(jī)與其相聯(lián)的電力系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。為此，在正常運(yùn)行或事故情況下，卻需要調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，勵(lì)磁調(diào)節(jié)應(yīng)執(zhí)行下列任務(wù)。1、電壓控制與無功分配在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)維持發(fā)電機(jī)端電壓（或升壓變壓器高壓側(cè)電壓）在給定水平。當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷改變而端電壓隨之變化時(shí)，同干勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，勵(lì)磁系統(tǒng)將自動(dòng)地增加或減小供出的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)端電壓回復(fù)到給定

7、水平，保證調(diào)壓的精度，當(dāng)機(jī)組用負(fù)荷時(shí)，通過勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，應(yīng)限制機(jī)流電壓使之不致于過分升高，另外，若幾臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)，通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)能穩(wěn)定地分配機(jī)組的無功功率。2、提高同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行是電力系統(tǒng)可靠供電的首要條件，系統(tǒng)運(yùn)行中隨時(shí)會(huì)受到外來干擾，擾動(dòng)后機(jī)組能恢復(fù)到原狀態(tài)或過渡到新的運(yùn)行狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定勵(lì)磁系統(tǒng)能有效地提高靜態(tài)穩(wěn)定功率極限，對(duì)于暫定穩(wěn)定強(qiáng)行勵(lì)磁可減少加速面積，增大減速面積，改善暫態(tài)穩(wěn)定性。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)放大后控制勵(lì)磁功率單元以得到所要求的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。對(duì)其要求

8、如下：1、系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能反映發(fā)電機(jī)電壓的高低以維持發(fā)電機(jī)電壓的給定水平，并能合理分配組間的無功功率和便于實(shí)現(xiàn)無功功率的轉(zhuǎn)移。2、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)。3、能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵(lì)磁導(dǎo)控制功能以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件。4、具有較小的時(shí)間常數(shù)，能迅速響應(yīng)輸入信息的變化。5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，操作維護(hù)可靠方便，并逐步做到系統(tǒng)化，標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求：1、具有足夠的調(diào)節(jié)容量。2、具有足夠的勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度，勵(lì)磁頂值電壓Ufd(h)是勵(lì)磁功率單元在強(qiáng)勵(lì)時(shí)可能提供的最高輸出電壓值，該值與額定工況下，該值與額定工

9、況下勵(lì)磁電壓Ufd(h)之比稱為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)Ke，涉與制造成本導(dǎo)因素，一般取1.6-2.0。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)。隨著勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展與系統(tǒng)裝機(jī)容量的增大，傳統(tǒng)的靠利用同軸的直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式存在下列問題：一是直流勵(lì)磁機(jī)受制造容量的限制；二是整流子和炭刷的維護(hù)麻煩，三是勵(lì)磁調(diào)節(jié)大慢，在這些矛盾的解決上誕生了半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)。1-2 方案論證與選擇1、勵(lì)磁方式的選擇。眾所周知，同步發(fā)民機(jī)的勵(lì)磁電壓源實(shí)質(zhì)上是一個(gè)對(duì)室的直流電源。為了滿足正常運(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。在

10、設(shè)計(jì)勵(lì)磁系統(tǒng)方案時(shí)，首先要考慮它的可靠性，為了防止外系統(tǒng)故障對(duì)它的影響，勵(lì)磁功率單元應(yīng)作為發(fā)電機(jī)的專用電源，另外，它的起勵(lì)方式也應(yīng)力求簡(jiǎn)單方便。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)。隨著發(fā)電機(jī)容量的提高，所需勵(lì)磁電流也相應(yīng)增大，機(jī)械整流子在換流方面遇到了困難，而大功率半導(dǎo)體，整流之體制造工藝又日益成，于是大容量機(jī)組的勵(lì)磁功率單元就采用了交流發(fā)電機(jī)和半導(dǎo)體整流元件組成的交流勵(lì)磁系統(tǒng)，一般都是與主機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，為了縮短主軸長(zhǎng)度，降低造價(jià)減少環(huán)節(jié)，最近對(duì)提出用發(fā)電機(jī)自身作為勵(lì)磁電源的方法，即這次設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁

11、紋式有兩種，直流勵(lì)磁系統(tǒng)和義流勵(lì)磁系統(tǒng)。1、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在電系統(tǒng)發(fā)展初期，機(jī)組容量不大，勵(lì)磁電流由與發(fā)電機(jī)同軸的直流發(fā)電機(jī)供給，它是靠機(jī)械整流子換向整流，當(dāng)勵(lì)磁電流過大時(shí)，換向很困難，所以這種方式足能在10萬KW以下容量機(jī)組采用，分為自勵(lì)式和它勵(lì)式。2、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)勵(lì)磁機(jī)電源整流方式與整流器狀態(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（無刷勵(lì)磁）兩種方式，都帶有副勵(lì)磁機(jī)。b) 自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)與自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)一樣，自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電源也是從本

12、機(jī)直流獲取的，所不同的是直流勵(lì)磁機(jī)為了調(diào)整電壓，需要一個(gè)磁場(chǎng)變壓器，而自勵(lì)交流機(jī)為了維持端電壓恒定，則改用了可控硅元件，同樣分為自勵(lì)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(lì)磁系統(tǒng)的可取之處是不用副勵(lì)磁機(jī)。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)組廠用電接線類似，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)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分?；鶅?yōu)點(diǎn)是：（1）勵(lì)磁系統(tǒng)接線和設(shè)備簡(jiǎn)單，無轉(zhuǎn)動(dòng)部分，維持費(fèi)用小，可靠性高。（2）于需由軸勵(lì)磁機(jī)，可縮短主軸長(zhǎng)度，減少基建投資。（3）直接以晶閘管控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵(lì)磁電壓咱應(yīng)速度，可以近似認(rèn)為是有階躍函數(shù)的

13、響應(yīng)速度。（4）由發(fā)電機(jī)機(jī)端取得勵(lì)磁能量。對(duì)于這種勵(lì)磁方式，人們常有兩種疑慮：第一，發(fā)電機(jī)近端短路時(shí)，能否滿足強(qiáng)勵(lì)要求，機(jī)組失磁；第二，由于短路電流的迅速衰減，帶時(shí)限的繼電保護(hù)是否會(huì)拒絕動(dòng)作。國(guó)外的分析研究和試驗(yàn)表明，這種勵(lì)磁紋式的缺點(diǎn)，并沒有設(shè)備的那么嚴(yán)重，在短路剛開始的0.55以，自勵(lì)方式與他勵(lì)方式的勵(lì)磁是很接近的，只在短路0.55以后才發(fā)生明顯差別。因此，只要配合快速保護(hù)，并適當(dāng)提高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，這種勵(lì)磁方式還是可以采用的。至于帶時(shí)限繼電保護(hù)的動(dòng)作問題，也可采用一些措施加以解決。所以自并勵(lì)方式被廣泛采用。2、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

14、又分為：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ鳎瑔蜗喟肟貥蚴秸?；兩相零式整流；三相半控橋整流；三相全控橋式整流。本設(shè)計(jì)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(gè)橋臂全部采用可控硅三件，共陽與組和共陰級(jí)組都觸發(fā)導(dǎo)通，與半控橋相比較脈動(dòng)電壓小，且頻率高，脈沖間隔60，較半控橋小，所以全控橋動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)整與時(shí)，而且根本解決了先控問題，是目前較為理想的整流方式。3、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，此過程為起勵(lì)。起勵(lì)方式分為殘壓起勵(lì)和他

15、勵(lì)起厲，而他勵(lì)起勵(lì)又分為廠用電起勵(lì)和蓄電池起勵(lì)。本設(shè)計(jì)采用廠用電起勵(lì)，原因：本設(shè)計(jì)針對(duì)機(jī)組有相對(duì)獨(dú)立的機(jī)組母線，并且有可靠的自投入電源；廠用電所帶負(fù)荷較小，所以考慮將廠用電線做為起勵(lì)電源，從而解決起勵(lì)問題；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。4、滅磁方式的選擇當(dāng)發(fā)電機(jī)部故障時(shí)，以與變壓器短路時(shí)，必須迅速而又徹底地消滅磁場(chǎng)才能有效地保護(hù)發(fā)電機(jī)。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；非線性電阻滅磁；放電電阻滅磁。本設(shè)計(jì)采用放電電阻滅磁，其優(yōu)點(diǎn)是：接線簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，可滿足小的勵(lì)磁電流的要求，原理和參數(shù)計(jì)算下一部分。另外，以種滅磁為事故時(shí)，正常

16、運(yùn)行時(shí)采用可控硅逆變滅磁即可。第二章 勵(lì)磁系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì)勵(lì)磁系統(tǒng)主回路包括接在發(fā)電機(jī)出口的整流變壓器ZB和三相全控整流電路，各元件的保護(hù)裝置，以與磁、起勵(lì)回路。主回路的設(shè)計(jì)旨在使整個(gè)勵(lì)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(jiǎn)單明了且功能完備。在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，整流變壓器，可控硅在滿足各方面的要求時(shí)，還要留有一定的裕度，以保證事故時(shí)的強(qiáng)勵(lì)要求，所以，選擇的各元件應(yīng)具備一定的事故過負(fù)荷能力。2-1 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，所以通過它的降壓后，能得到適合于整流回路的工作電壓。所以通過

17、它的降壓后，能得到適合于整流回路的工作電壓。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，并滿足容量的要求。1、整流變壓器的工作特性整流變壓器所接的負(fù)載是非線性負(fù)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(dāng)于瞬間短路過程，因此也帶來了一系列設(shè)計(jì)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(jì)容量的裕度，比普通變壓器大，使整流變壓器的效率降低，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(yīng)使其發(fā)熱，所以在設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工中必須充分

18、地予以考慮，否則，在機(jī)組投入運(yùn)行后，可能會(huì)發(fā)生不良后果。2、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(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)磁電壓的比值稱為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)Ke一般在1.52.0之間，這里為1.8。（1）變壓器二次電壓的初步計(jì)算。Ke=1.8 U1(q)強(qiáng)勵(lì)頂值電壓 U1(e)額定勵(lì)磁電壓則U2=207.54(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。則初選整流變壓器變比為=30.36本設(shè)計(jì)取=31，則U2=203.26(v)（2）整流變壓器二次電流的計(jì)算。由于采用三相全

19、控橋整流，有I2=×248=202.49(A)（3）整流變壓器容量的計(jì)算Se=·U2·I2=×203.26×202.49=71.3KVA1、考慮到留有一定裕度，故選容量為72KVA，變比為31。2、根據(jù)初選變壓器進(jìn)行精確計(jì)算。對(duì)三相全控橋有：1.35U1·cosmin=Ke·Ufd(e)+KeIfd(e)xR+式中：電壓降之和，包括導(dǎo)通兩臂的硅元件正向壓降，線路電阻壓降與轉(zhuǎn)子滑不與炭刷間壓降，計(jì)算中取24或忽略，此取=4VR換流電抗，對(duì)于變壓器供電方式，取e等于變壓器漏抗，4%8%，對(duì)于交流勵(lì)磁機(jī)提供電方式，可采用公式R=

20、，因此換流過程可視為不對(duì)稱短路的次暫態(tài)過程，此設(shè)計(jì)為變壓器供電，R取為8%。min強(qiáng)勵(lì)時(shí)可硅制角min的值，有的資料建議取min=20°，有的資為取min=5°，在計(jì)算中可根據(jù)實(shí)際情況，取min=（5°20°），這里取min =20°。（1）校驗(yàn)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)：整流變壓器漏抗R折算到二次側(cè)為：R=Uk=0.08×=0.0464強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)校驗(yàn)Ke=1.998滿足強(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圍之，并在調(diào)試中將實(shí)側(cè)的控制與計(jì)算值比較。對(duì)三相全控橋有：a)空

21、載時(shí)：Ufd(o)=31.7V Ifd(o)=P5A0=COS-1() = COS-1() =62.5°e=180°-e=117.5°強(qiáng)勵(lì)電壓：U1(q)=Ke·Ufd(e) 2.1631×115.3=24P·4054V各種工況計(jì)算得下表：I1(q)=KeIfd(e)=2.1631×248=536.4488AU（V）I（A）a空載31.7P582.197.9額定115.3248117.5強(qiáng)勵(lì)249.4054536.448810170由表可知，選定的變壓器以與控制角能滿足各種工況下的運(yùn)行要求。為消除高次諧波的影響，特別是三次諧

22、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。2-2 整流回路的原理與分析本設(shè)計(jì)的主回路中整流回路采用三相全控橋式整流。三相全控橋電路是六個(gè)橋臂全部采用可控硅元件。如（a）圖共陰極和共陽極組都可觸發(fā)相繼導(dǎo)通。如圖示a.b.c點(diǎn)分別為可控硅SCR1，SCR3，SCR5的自然換相點(diǎn)，c´,a´,b´點(diǎn)分別為可控硅SCR2，SCR4，SCR6的自然換相點(diǎn)。圖（b）電壓波形圖分析知，可控硅SCR1SCR6觸發(fā)脈沖的次序應(yīng)為SCR1，SCR2SCR6且觸發(fā)脈沖的間隔依次相差60º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)，

23、要求觸發(fā)脈沖的寬度大于60º的電角度，或者在給一可控硅觸發(fā)脈沖的同時(shí)也給前一可控硅以觸發(fā)脈沖，形成雙脈沖觸發(fā)。并以a,c´,b,a´,c,b´點(diǎn)為起點(diǎn)的180º區(qū)間發(fā)出，使觸發(fā)脈沖與相應(yīng)交流電壓保持同步。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=30º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)60º電角度后，在Ugl,Ug2作用下，SCR1保持導(dǎo)通，SCR2也導(dǎo)通，因此時(shí)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

24、狀況相類推，作出Umn波形如圖a所示，a=60º時(shí)的整流輸出電壓波形如圖b所示，與a=30º類似，當(dāng)60º<a<90º時(shí)，沒在圖c中wt，時(shí)刻，Ugt,Ugb作用下，可控硅SCR1，SCR6導(dǎo)通，輸出電壓Umn=Uab,因Uab>0,故在負(fù)載中建立電流ifh,到wt2時(shí)刻Uab=0，負(fù)載電流ifh有減少的趨勢(shì)，在負(fù)載電感L中產(chǎn)生感應(yīng)來勢(shì)來阻止ifh的減少，其極性如圖中所示（N端為正，M端為負(fù)）這一電勢(shì)對(duì)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。（a圖：控制角a=30º時(shí)

25、全控橋Umn波形）。（b圖：控制角a=60º時(shí)全控橋Umn波形）（c圖：控制角60º<a90º時(shí)全控橋Umn波形)在wt2以后，雖然B相電壓高于A相電壓，即Uab<0,但負(fù)載電感Lk感應(yīng)由勢(shì)數(shù)值TBUab大，故SCR6，SCR1仍處在正向電壓下，保持導(dǎo)通狀態(tài)，因此在wt2wt3區(qū)間，Umn=Uab<0是負(fù)值狀態(tài)，到wt3時(shí)刻，在Ug1,Ug2作用下，SCR1仍處在正向電壓下，SCR2導(dǎo)通時(shí)，SCR6受到Uab>0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。由c

26、圖可見，輸出電壓Umn瞬時(shí)值有負(fù)值部分，在60º<a<90º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90º時(shí)，正值部分面積和負(fù)值部分面積相等，輸出電壓平均值降為零，即Umn.p5=0。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 º；在電源變化一周期，Umn的波形分為均回六段，每段的平均值即是Umn.pi求得為Umn.pi=1.35U-.COSa,可以看出，當(dāng)a<90º時(shí)，Umn.pi>0,電路

27、工作在整流狀態(tài)，改變控制角a，就可以改變Umn.pi的大小，滿足自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置對(duì)自控硅實(shí)行控制的要求。2-3 半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的保護(hù)整流裝置中的硅元件是半導(dǎo)體勵(lì)磁裝置中的重要器件。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。主要是過電壓與過電流保護(hù)。（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。過電壓的來源：1、由輸電線路供電的降壓變，因進(jìn)線遭雷擊或靜電感應(yīng)過電壓時(shí)，變壓器副方也產(chǎn)生過電壓。2、整流電源變壓器

28、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)過電壓的倍數(shù)就更高。3、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。4、當(dāng)以高壓側(cè)數(shù)開空載變壓器時(shí)，由于激磁電流與其成比例的磁通量突然消失使變壓器繞組感應(yīng)很高的瞬變過電壓。5、當(dāng)整流裝置負(fù)載被切除，或整流裝置有直流側(cè)開關(guān)斷開時(shí)，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。6、處于導(dǎo)通狀態(tài)的硅元件，體積蓄載流子的存在，當(dāng)施反向電壓時(shí)，原來積蓄的載流子會(huì)

29、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。7、當(dāng)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中突然短路或先步時(shí)，在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組回路將產(chǎn)生很高的過電壓。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)。過電壓保護(hù)1、阻容保護(hù)由電阻，電空串聯(lián)形成的Rc過電壓保護(hù)原理，利用電容器而商奄壓不能突變，而能儲(chǔ)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。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，以與避免電容與電感產(chǎn)生振蕩，通常

30、在電容回路上串入適當(dāng)電阻。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)與硅元件本身的過電壓保護(hù)。阻容保護(hù)元件參見下一部分。2、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)而成的瓷基片的非線性電阻，是有齊納二極管的非線性仗安特性。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。當(dāng)發(fā)生浪涌（異常）過電壓時(shí)，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(diǎn)有：（1）非線性系數(shù)大，殘壓低，抑制過電壓能力強(qiáng)，I=KUº，式中K為器件常數(shù)，a為非線性系數(shù)，相當(dāng)于

31、器件靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻的比值，即（U/I）/（du/di）。（2）通流容量（浪涌承受量）較大，伏安特性對(duì)稱，交直流均可使用。正反浪涌均可吸收。（3）漏電流水。（4）可靠性較高，本設(shè)計(jì)采用壓敏放電阻做為直流側(cè)的過電壓保護(hù)。3、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。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(shí)，在硒堆片之間將有放遠(yuǎn)銷點(diǎn)發(fā)生擊穿。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

32、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。容量受朝而特性改變。（二）過電流保護(hù)引起整流元件過電流的原因大致為：（1） 勵(lì)磁回路某處發(fā)生短路。（2） 整流橋中某一元件坪，引起其它元件過電流。（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。由于硅整流元件過載能力很差，其原因是可控硅過載時(shí)，將導(dǎo)致結(jié)溫升高，當(dāng)升高到180以上時(shí)，可控硅反向漏電流急劇上升，最后將導(dǎo)致PN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)，以與快速過電流繼電器等保護(hù)措施。在本次設(shè)計(jì)采用了快速熔斷器的保護(hù)，快速熔斷器是過電流保護(hù)中最簡(jiǎn)單的一種方式，它是專供半

33、導(dǎo)體元件使用的，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且保護(hù)圍廣，能保護(hù)部故障，外部短路，逆向電流與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(shí)間要短得多。2-4 整流元件參數(shù)確定與元件選擇由于整流元件過負(fù)載能力相對(duì)勵(lì)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與所能承受的最大反向壓降來決定。在三相全控橋中，各種電流以最強(qiáng)勁時(shí)最大。并且應(yīng)考慮元件工作的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。1、SCR元件額定電壓Vte的計(jì)算。橋臂的反向工作電壓最大瞬時(shí)值VARM=U1=203.26=287.41V可控硅的額定電壓，即重復(fù)正向阻斷電壓VARM或重復(fù)反

34、向峰值電壓的計(jì)算；選擇時(shí)應(yīng)與使元件的額定正向與反向電壓比實(shí)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(dòng)與抑制后的過電壓）。故按下式計(jì)算：Vte=VARM=KV.Kcg.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1.31.6，視過電壓保護(hù)完備情況而定，此取Kcg=1.4 Kb電源電壓升高系數(shù)，通常取1.051.1，此取1.1 則Vte=2×1.4×1.1×287.41=885.22V2、SCR元件額定電流IT（AV）的計(jì)算。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

35、流側(cè)電流Id(e)=Ifd(e),橋臂平均電流IA(AV)= Ifd(e)=×248=82.67,由此可選硅元件的額定正向平均電流為：IT(AV)=KiIA(AV)=(3-5)IA(AV)=(248413.33)AKi電流裕度系數(shù)，此取33 強(qiáng)勵(lì)工況下： Ifd(q)=Ke·Ifd(e)=2.1631×248=536.4488AIA(AV)= Ifd(q)=178.8163AIA(AV)=Ki·IA(AV)2.2×178.82=393.40AKi強(qiáng)勁工況下電流裕度系數(shù)，此取2.22-5交直流側(cè)保護(hù)參數(shù)計(jì)算整流變壓器（勵(lì)磁變壓器）參數(shù)有VK%=5

36、%，Iq%=1.5%Se=72KVA V2=203.26v I2=202.4PA則V（0）2=5%×203.26=1016VI(0)2=1.5%×202.4P=3.04A1、阻容保護(hù)交流側(cè)：CS交流側(cè)：CS=10000×=10000×=59.84FRs=(0.30.36)=1.001.20所選電容量的額定電壓，應(yīng)小于交流側(cè)最高工作電壓，峰值的1.11.5倍，即Vce203.26××1.1=316.15V，故選400V。電阻功率取：PR=（23）（0.25I(0)2）2R =（23）（0.25×3.04）2×0.35

37、 =（1.161.73）×0.35 =0.410.61WR取 0.35直流側(cè)：Cd=70000·=70000·=418.88FRd=0.1×=0.33PR=(23) ··Rd =(4.56.23)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HZ2、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(gè)硅元件的兩端分別并接阻容保護(hù)Cb.Rb，其值可按下式計(jì)算。Cb=(25)IT(AV) ×10-3Rb=(13)式中Lc變壓器漏感，H式中Lc|變壓器漏感H3、硒堆吸收裝置每串硒堆的牌數(shù)n可

38、按下式選擇N=（1.31.5）VL/VN=(1.31.5)203.26/20=13.215.24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?yàn)樗奶匦暂^好，此處取15片。VI：被保護(hù)電路的線間電壓有效值（V）4、壓敏電阻保護(hù)（浪涌吸收器）采用人形接線，按下式來選擇標(biāo)稱電壓U1MA1.33U=1.33×203.26=382.25V 故選600V式中U：代表相電壓有效值采用形接線時(shí)，按下式計(jì)算。U1MAK6··U/0.9=1.05××203.26/0.9=335.31U式中：K6為電網(wǎng)電

39、壓升高系數(shù)，一般為1.051.10，此取1.05，其值可根據(jù)整流裝置具體情況而定。U：線電壓有效值5、轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)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(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，又影響限制過電壓的效果。（2）硒堆做成的浪涌吸收器：正常運(yùn)行時(shí)消耗功率不大，使用時(shí)可注意組合，早期小容量的整流勵(lì)磁裝置上采用此種保護(hù)。（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(jiǎn)單，正常時(shí)可耗功率。（4）非線性電阻RN

40、L，在同步發(fā)電機(jī)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(shí)，又兼做電壓抑制裝置。發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)雖可做發(fā)電機(jī)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)。6、過電流保護(hù)本設(shè)計(jì)采用具有快速熔斷特性的熔斷器，其熔斷時(shí)間一般在0.015以，專門用作硅元件的過電流保護(hù)的器件。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=1.57IT(AV)=1.57×0.3=0.471KA再次，熔體的熔斷特性的值與整流裝置中

41、元件的短時(shí)過載能力相配合2-5 起勵(lì)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用自并勵(lì)勵(lì)磁，功率單元電源來自發(fā)電機(jī)機(jī)端。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。這時(shí)勵(lì)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(lì)磁電流使遇機(jī)建立電壓，因此必須采取措施，先供給發(fā)遇機(jī)的初始勵(lì)磁使發(fā)電機(jī)逐步建立起一定的電壓，這一過程稱為起勵(lì)。勵(lì)磁變壓器接在機(jī)端的情況下，起勵(lì)措施有兩類：第一類稱為他勵(lì)起勵(lì)，即另沒起勵(lì)電源與起勵(lì)回路，供給初始勵(lì)磁，另一類稱為殘壓起勵(lì)，利用機(jī)組剩磁所產(chǎn)生的殘壓，供給初始勵(lì)磁。本設(shè)計(jì)采用他勵(lì)起勵(lì)，起勵(lì)電源取自廠用低壓母線，因?yàn)閺S用母線一般情況下常帶

42、電，所以可靠性比較高，另外廠用母線帶負(fù)荷不大，所以可以提供足夠的功率來初始勵(lì)磁。考慮到本設(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)，作為后備。原因是如果起勵(lì)電源是廠用電，當(dāng)廠用電消失時(shí)機(jī)咀就可能起勵(lì)，這尤其是對(duì)于系統(tǒng)弱聯(lián)第的電站更為重要。廠用電起勵(lì)原理圖如圖，起勵(lì)電源用廠用電經(jīng)整流即可，ZC為直流接觸器，擔(dān)任起勵(lì)回路的接入與切除，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)到成超過發(fā)電機(jī)電壓額定值的30%，則斷開起勵(lì)回路，進(jìn)行自并勵(lì)。起勵(lì)電源的容量估算如下。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到容載 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

43、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2.5%即Se=Se×=72×=1.8KVA為了較快速建立發(fā)電機(jī)電壓，按10S計(jì)算，這樣選擇的起勵(lì)電源電壓大約為額定勵(lì)磁電壓的1/4，即U2=Vfd(e)×=115.3×=28.83V如選廠用母線380V，則考慮留有一定的裕度，U2取40V，則要求起勵(lì)電壓度比為380/40=9.5，容量為20KVA的變壓器，作起勵(lì)度。2-6 五磁設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)五磁方式很多，有：1）單獨(dú)勵(lì)磁機(jī)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(jì)應(yīng)用

44、放電電阻五磁，非線性電阻作為輔助五磁。其五磁原理如圖（a），發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，五弧柵開關(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)生開路而產(chǎn)生過電壓。RM(45) ×0.846=3.3844.23()第三章 勵(lì)磁系統(tǒng)控制回路的設(shè)計(jì)3-1 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

45、用于移相觸發(fā)單元來改變勵(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，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。3-2 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

46、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3-2圖3-2 測(cè)量比較單元組成1、調(diào)差環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)與分析調(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)組間無功功平穩(wěn)定合理的分配。圖3-3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=Va-Ibc·RaVb=Vb-Ica·RaVc=Vc-Iab·Raa) COS4=1（純有功負(fù)載） 加在測(cè)量變壓器

47、原方的電壓三角形abc與原來的發(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。見圖3-4（a）b) COS4=0（帶純無功負(fù)載）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功電流所產(chǎn)生的附加電壓的代數(shù)和，使得電壓三角形abc大于原來的電壓三角形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3-4（b）c)0COS41這時(shí)定子電流可分解為有功電流分里和無功電流分里，從上通分析可知，電壓三角形abc儀與無功電流有關(guān)，基本上與有功電流有關(guān)，abc仍為一等邊三角形，隨無功電流分量的增大而增大，測(cè)量變壓器感受到的

48、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)3-4（c）為了使調(diào)差系數(shù)在需要的圍調(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05%圍調(diào)整。2、測(cè)量整定環(huán)節(jié)本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流，如圖3-5，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)并聯(lián)，接線組別為/-12，/Y-11，兩組相和30°對(duì)元相橋式整流的直流電壓按富氏級(jí)數(shù)展開，得Vd=0.987Vm(1+COS12wt-COS24wt+)其中式中Vm=V2 V2一線電壓幅值由上式知，元相橋式整流輸

49、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1.4%，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)。3、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

50、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頻率FO時(shí)，電橋處于平衡：=式中：Z3R3 C1串聯(lián)支s路阻抗 Z4R4 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。4、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

51、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)。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，可以看成為開路，支路無電流通過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，V點(diǎn)

52、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)Vc-Vw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)端電壓在一定圍可以人為調(diào)整，比較橋的整定電壓值Vz應(yīng)能在一定圍改變，通常采用電位器分壓或降壓的方法來調(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UsrUc，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

53、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±15%3-3 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)以與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，反饋以與限制等直流信號(hào)，并加以放大，用來得到滿足移相觸發(fā)單元所需要的控制電壓。對(duì)綜合放大單元的要：1）具

54、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）開環(huán)放大倍數(shù)相當(dāng)大，并引入深度負(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3-7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，以與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)以與其他控制附加信號(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)換開關(guān)

55、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)單元移相圍的要求，把控制電壓VK限制在一定圍。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R10、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T1、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）用來保證輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓也為零?？刹捎梅€(wěn)壓電源經(jīng)電阻與電位器分壓，引入同相輸入端來輔助調(diào)零。外接消振電路（C1、RB）用來消除高頻自激振蕩，用RC消

56、振比單獨(dú)用電容消振好，且消振后的頻帶較寬。3-4 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)的脈中，用來觸發(fā)整流橋中的可控硅，使其控制角隨綜合放大來的控制電壓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3-10，一般由同步、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：1、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)組中

57、應(yīng)用較廣。2、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，移相圍較寬。3、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。4、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)間的方法來接制輸出脈沖相應(yīng)，線性度稍差?；诰C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)于陽極電壓的時(shí)刻去應(yīng)一樣，即控制角義一樣，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，共陽極組的可控硅是有在基陽極電位最高的一般區(qū)間有才可能導(dǎo)通，藝陽極組的觸發(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120°，同理基陽極組的三相觸發(fā)脈沖按-C、-A、-B相順序隔120°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60