同步電動機及勵磁

1、發(fā)電機勵磁相關(guān)培訓資料 學習思路 旋轉(zhuǎn)電機三相異步電機原理三相同 步電機異步起動法如何牽入同步 需要直流勵磁整流電路裝置原 理，維護，調(diào)試。 同步電動機 同步電動機是交流電機（同步電機）的 一種類型，它的轉(zhuǎn)速與電源頻率之間有 著恒定的同步關(guān)系。n=60f/p 以同步電動機為例： 額定轉(zhuǎn)速200r/min 額定頻率50z P=6050200=15 說明：P為磁極對數(shù)。 三相同步電動機的結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)極（旋轉(zhuǎn)磁極）式同步電機 轉(zhuǎn)樞式同步電機 同步電機的特點 轉(zhuǎn)速恒定。 在運行過程中，只要電源頻率一定，同 步電動機的轉(zhuǎn)速不隨負載大小而改變， 負載的變動只是使其功角發(fā)生變化。負 載增加時功角變大，負載轉(zhuǎn)矩或

2、阻轉(zhuǎn)矩 大到使電動機功角超過極限時，電動機 失步。 同步電機的特點 功率因數(shù)可調(diào)。同步電動機可以通過 調(diào)節(jié)其勵磁電流，在超前的功率因數(shù)下 運行，因而，有利于改善電網(wǎng)的功率因 數(shù)。 效率高。異步電動機功率因數(shù)較低， 因此，效率也低。而相應同步電動機的 效率則較高。尤其在低速同步電動機這 一點更明顯。 同步電機的特點 運行穩(wěn)定性高。 在超前功率因數(shù)下運行的同步電動機 其過載能力相應異步電動機的大， 異步電動機的轉(zhuǎn)矩與端電壓的二次方 成正比而同步電動機如果它的勵磁電流 不受電網(wǎng)電壓影響，其轉(zhuǎn)矩只是隨端電 壓的一次方成正比。 同步電機的特點 當電網(wǎng)電壓降低或電動機果負載時，同 步電動機的勵磁一般能自動

3、調(diào)節(jié)，實行 強勵來保證運行的穩(wěn)定性。 同步電動機的啟動 同步電動機的啟動就是同步電動機自接 入電網(wǎng)直至轉(zhuǎn)子達到同步轉(zhuǎn)速的過程。 為完成這個過程通常采用一下方法： 異步啟動法 調(diào)頻啟動法 用輔助電動機啟動法 但大部分同步電動機采用異步啟動法。 異步啟動法 主要依靠在定子投入電網(wǎng)后磁極極靴上的啟 動繞組（阻尼繞組）中的感應電流與定子磁 場間的產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩來進行啟動的。此時 為避免勵磁繞組開路感應的高電壓將絕緣擊 穿，必須將勵磁繞組分段開路或短接起來。 在短接時，短接的勵磁繞組中會流入較大的 感應電流，這個電流與定子三相旋轉(zhuǎn)磁場相 互作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，使得電動機的合成轉(zhuǎn) 矩在一半同步轉(zhuǎn)速附近變小，

4、出現(xiàn)最小轉(zhuǎn)矩， 即單軸力矩效應。所以，啟動時勵磁繞組中 應串聯(lián)一個電阻值約是5-10倍勵磁繞組電阻值 的啟動電阻器。以限制感應電流，提高最小 轉(zhuǎn)矩，且能提高牽入轉(zhuǎn)矩。 異步啟動時，定子電流可達到額定值的67倍。 微機勵磁技術(shù) 什么叫勵磁： 勵磁同步電機運行時，在勵磁繞組（電機轉(zhuǎn) 子繞組）中通入直流電流建立磁場的過程，稱為 勵磁。這個直流電流稱為勵磁電流。而供給電流 的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。 目前，勵磁采用wwww生產(chǎn)的型微機全控勵磁 裝置。該裝置是以電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論 與微機技術(shù)相結(jié)合的新一代勵磁調(diào)節(jié)控制裝置。 我們本次學習就以該裝置進行講述 直流電從哪里來？ 在我們o站電源使用的是交

5、流電。而勵磁需要 的是直流電。那直流電是怎么來的呢？這 就需要整流。 整流電路是一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?的轉(zhuǎn)換電路。 整流二極管可以實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，但它的輸出 量僅與電路形式及輸入交流電壓有關(guān)，輸 出量不可變。無法滿足我們的要求。 但由晶閘管組成的可控整流電路卻可以實現(xiàn)。 晶閘管簡介 晶閘管又叫可控硅。它是由四層半導體材 料組成的，有三個PN結(jié)，對外有三個電極 圖2(a)：第一層P型半導體引出的電極 叫陽極A，第三層P型半導體引出的電極叫 控制極G，第四層N型半導體引出的電極叫 陰極K。從晶閘管的電路符號圖2(b)可 以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)?電的器件，關(guān)鍵是多了一個控制極G，

6、這就 使它具有與二極管完全不同的工作特性。 圖2 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 外形有螺栓型和平板型兩種封裝 引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個聯(lián)接端 對于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊 密聯(lián)接且安裝方便 平板型封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間 圖1-6 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號 A A G G K K b)c)a) A G K K G A P1 N1 P2 N2 J1 J2 J3 螺栓式可控硅 平板式可控硅 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 1. 電壓定額電壓定額 1) 斷態(tài)重復峰值電壓斷態(tài)重復峰值電

7、壓UDRM在門極斷路而結(jié)溫 為額定值時，允許重復加在器件上的 正向峰值電 壓。 2) 反向重復峰值電壓反向重復峰值電壓URRM 在門極斷路而結(jié)溫 為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電 壓。 3) 通態(tài)（峰值）電壓通態(tài)（峰值）電壓UTM晶閘管通以某一規(guī)定 倍 數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。 通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器 件的額定電壓額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量裕量,一 般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓 23倍 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 2. 電流定額電流定額 1) 通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(AV) 額定電流- 晶閘管在環(huán)

8、境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài) 下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過 的最大工頻正弦半波電流的平均值。 使用時應按實際電流與通態(tài)平均電流有 效值相等的原則來選取晶閘管 應留一定的裕量，一般取1.52倍 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 2) 維持電流維持電流 IH 使晶閘管維持導通所必需的最小電流 一般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高， 則IH越小 3) 擎住電流擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信 號后， 能維持導通所需的最小電流 對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的24倍 4) 浪涌電流浪涌電流ITSM 指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過 額定結(jié)溫的不重復性最大正向

9、過載電流 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 3. 動態(tài)參數(shù)動態(tài)參數(shù) 除開通時間tgt和關(guān)斷時間tq外，還有： (1) 斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導致晶閘 管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率 在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升 率時，相當于一個電容的J2結(jié)會有充電電流流過， 被稱為位移電流位移電流。此電流流經(jīng)J3結(jié)時，起到類似門 極觸發(fā)電流的作用。如果電壓上升率過大，使充 電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) (2) 通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率di/dt 指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而 無

10、有害影響的最大通態(tài)電流上升率 如果電流上升太快，則晶閘管剛一開通， 便會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū) 域內(nèi)，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性 第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性 正向 導通 雪崩 擊穿 O+UA-UA -IA IA IH IG2IG1IG=0 Ubo UDSM UDRM URRMURSM 圖1-8 晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG 可控硅導通和關(guān)斷條件 狀態(tài) 條件 說明 從關(guān)斷到導通 1、陽極電位高于是陰極 電位 2、控制極有足夠的正向 電壓和電流 兩者缺一不可 維持導通 1、陽極電位高于陰極電

11、 位 2、陽極電流大于維持電 流 兩者缺一不可 從導通到關(guān)斷 1、陽極電位低于陰極電 位 2、陽極電流小于維持電 流 任一條件即可 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 IG=0時，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷狀態(tài)，只 有很小的正向漏電流流過，正向電壓超過臨界極限即 正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通 隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低 導通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿 晶閘管本身的壓降很小，在1V左右 導通期間，如果門極電流為零，并且陽極電流降至接 近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷 狀態(tài)。IH稱為維持電流。（伏安特性圖） 2 2 晶閘管的基本特性晶閘管

12、的基本特性 晶閘管上施加反向電壓時，伏安特性類似二 極管的反向特性 晶閘管的門極觸發(fā)電流從門極流入晶閘管， 從陰極流出 陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端 門極觸發(fā)電流也往往是通過觸發(fā)電路在門極 和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的 晶閘管的門極和陰極之間是PN結(jié)J3，其伏安 特性稱為門極伏安特性門極伏安特性。為保證可靠、安全 的觸發(fā)，觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)電壓、電流 和功率應限制在可靠觸發(fā)區(qū)。（伏安特性圖伏安特性圖） 1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 2. 動態(tài)特性動態(tài)特性 圖1-9 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形 100% 90% 10% uAK t t O 0 tdtr t

13、rrtgr URRM IRM iA 1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 1) 開通過程（開通過程（特性圖特性圖) 延遲時間延遲時間td：門極電流階躍時刻開始，到陽極 電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%的時間 上升時間上升時間tr：陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的 90%所需的時間 開通時間開通時間tgt以上兩者之和， tgt=td+ tr （1-6） 普通晶閘管延遲時間為0.51.5 s，上升時間為 0.53 s 1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 2) 關(guān)斷過程關(guān)斷過程 反向阻斷恢復時間反向阻斷恢復時間trr：正向電流降為零到反向恢復電 流衰減至接近于零的時間

14、 正向阻斷恢復時間正向阻斷恢復時間tgr：晶閘管要恢復其對正向電壓的 阻斷能力還需要一段時間 在正向阻斷恢復時間內(nèi)如果重新對晶閘管施加正 向電壓，晶閘管會重新正向?qū)?實際應用中，應對晶閘管施加足夠長時間的反向 電壓，使晶閘管充分恢復其對正向電壓的阻斷能 力，電路才能可靠工作 關(guān)斷時間關(guān)斷時間tq：trr與tgr之和，即 tq=trr+tgr （1-7)） 普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒。 電力電子器件器件的保護電力電子器件器件的保護 1.7.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 電力電子裝置可能的過電壓電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓和內(nèi)因過電壓 外因過電壓外因過電壓主要來

15、自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因 (1) 操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起 (2) 雷擊過電壓：由雷擊引起 內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程 (1) 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極 管在換相結(jié)束后不能立刻恢復阻斷，因而有較大的反向電 流流過，當恢復了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會 由線路電感在器件兩端感應出過電壓 (2) 關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降 低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓 1.7.2 1.7.2 過電流保護過電流保護 過電流過載和短路兩種情況 常用措施（圖1-37） 快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器 同時

16、采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性 電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的 保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過 電流繼電器整定在過載時動作 圖1-37過電流保護措施及配置位置 負載 觸發(fā)電路開關(guān)電路 過電流 繼電器 交流斷路器 動作電流 整定值 短路器 電流檢測 電子保護電路 快速熔斷器 變流器直流快速斷路器 電流互感器 變壓器 圖1 -37 1.7.2 1.7.2 過電流保護過電流保護 快速熔斷器快速熔斷器 電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種過電流保 護措施 選擇快熔時應考慮： (1)電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓確定 (2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié) 形式確定 (3)快熔