維修電工技師電力電子案例口試題

1、電 力 電 子 案 例 口 試 題首先：我們有必要對同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié)和啟動先進行了解。1. 功率因數(shù)的調(diào)節(jié) 對異步電動機來說，它的勵磁是由交流電網(wǎng)供給的，它在從電網(wǎng)吸收有功功率的同時也從電網(wǎng)吸取滯后的無功功率。即對電網(wǎng)而言，異步電動機總是1個感性負載，只能有滯后的功率因數(shù)。 但是同步電動機的情況就大不相同了，它是一種雙勵類電機，當負載不變，也就是從電網(wǎng)吸取的有功功率不變，可以依靠調(diào)節(jié)直流勵磁電流來改變自電網(wǎng)吸取的無功功率的大小和方向。通過改變同步電動機勵磁電流的大小，可以靈活地調(diào)節(jié)它的功率因數(shù)。 圖 302 凸極式同步電機結(jié)構(gòu)示意圖2. 同步電動機的啟動同步電動機的啟動嚴格的說有三種啟

2、動方法,它們分別是異步啟動法、變頻啟動法和輔助電器法。但是在生產(chǎn)中用的最多的是異步啟動法。為了使同步電動機啟動，在轉(zhuǎn)子磁極裝上籠形導條，作為啟動繞組。這樣，啟動過程的前段，就和異步電動機的工作原理一樣，待轉(zhuǎn)子接近亞同步轉(zhuǎn)速（n0.95n0）時，才加入直流勵磁，由異步轉(zhuǎn)距和同步轉(zhuǎn)距共同作用，使轉(zhuǎn)子牽入同步。由上述可見，同步電動機的啟動分為兩步： （1）定子加交流電壓作異步啟動。（2）在接近同步（或稱亞同步轉(zhuǎn)速）時，將直流電加入轉(zhuǎn)子繞組進行勵磁。特別要注意的是，同步電動機的啟動過程中，在未加入直流時，勵磁繞組既不能開路也不能短路。勵磁繞組如果開路，由于匝數(shù)很多，定子旋轉(zhuǎn)磁場將在其上感應(yīng)產(chǎn)生危險的高

3、電壓，擊穿絕緣，損壞電動機，還可能引起人身事故。而如果勵磁繞組短路，則在勵磁繞組上由定子旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)的電勢即會產(chǎn)生很大的電流，從而產(chǎn)生單相脈沖磁場。這種磁場會對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動作用，而使電機的啟動轉(zhuǎn)距大大減小。如果啟動時負載較大，電動機就會在較低轉(zhuǎn)速運行，以至無法牽入同步而完不成電動機的啟動，這種現(xiàn)象所造成的影響可以用轉(zhuǎn)子回路中接入電阻器來減小。所以同步電動機啟動時，勵磁繞組總是串入1個附加電阻器（稱放電電阻器）構(gòu)成閉合回路，待加入直流時，再將該電阻器斷開。放電電阻器的阻值約為繞組直流電阻值的515倍，通常規(guī)定為10倍。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢E2S=SE20，轉(zhuǎn)差率S（n0-n）/n0。E2S的幅值和頻率隨

4、轉(zhuǎn)速升高而減小，n=n0時|E2S|0，f200。一、請根據(jù)電路圖分析勵磁裝置主電路的工作原理，并說明晶閘管VT1VT6的 額定電壓應(yīng)如何選擇？為什么？ 負 正 負 正 負半周電壓方向 電壓表 正半周電壓方向 G3 滅磁環(huán)節(jié) 放電電阻 放電電阻 試驗按鈕 滅磁線 A2與A2連接 三相全控橋式整流電路 電壓阻容吸收器 Y/Y-12整流變壓器 空氣開關(guān) 答：勵磁電路主電路在起動過程中晶閘管整流電路不工作，附加放電電阻由滅磁插件接通達到滅磁、限流作用；n0.95n0時晶閘管可控整流電路工作投入直流勵磁，附加電阻被切除；停車時逆變環(huán)節(jié)工作使晶閘管控制角后移變?yōu)槟孀冸娐?，將勵磁繞組中的能量回饋電網(wǎng)，達到

5、滅磁作用。1.）主電路組成：可控整流（三相全控橋）與滅磁電路2部分。滅磁環(huán)節(jié) 放電電阻Rfd2和Rfd1的總阻值為同步電動機轉(zhuǎn)子勵磁繞組直流電阻值的515倍，通常規(guī)定為10倍。此時，同步電動機啟動過程中轉(zhuǎn)子勵磁繞組產(chǎn)生感應(yīng)交流電壓的最大峰值一般為同步電動機額定勵磁電壓的10倍左右。因而主電路中VT1VT6晶閘管元件的正反向重復峰值電壓必須大于上述最大峰值電壓并留有一定安全余量。滅磁電路工作過程 轉(zhuǎn)子感應(yīng)交變電壓正半周（G1為正G2為負）經(jīng)VT7、VT8和Rfd1、Rfd2滅磁，負半周經(jīng)VD和Rfd1、Rfd2滅磁。VT7、VT8以RP1、RP2上的分壓而觸發(fā)導通，SB手動觸發(fā)，做試驗用。投勵時

6、VT1VT6工作，Ud較小使VT7、VT8不足以觸發(fā)；且VT1、VT4導通時的壓降通過滅磁線加到VT7、VT8上使其受反壓而關(guān)斷。因此投勵后滅磁環(huán)節(jié)自動停止工作。2.)固接勵磁 三相全控橋工作情況與一般帶大電感負載的三相全控橋相同，但現(xiàn)在固接勵磁，轉(zhuǎn)子勵磁繞組上還并接有放電電阻Rfd2、Rfd1和VD放電電路，這樣就使轉(zhuǎn)子繞組與一般大電感加電阻的負載有些差別。有一部分放電電流經(jīng)Rfd1、Rfd2和VD回路流通，使得VT1和VT6在負半周時要提前關(guān)斷，（波形為圖30-7(e)中負半波的削尖部分）。正負兩半波面積不對稱，正半波大于負半波，因此=90°時，整流電壓平均值仍為正，即Ud>

7、;0，一般要=120°時，才有Ud=0。3.)主電路的保護： 過電壓保護 換相過電壓 、交流側(cè)過電壓保護、均壓保護 。 過電流保護 快速熔斷器FUV1FUV6。具體結(jié)合電路圖306來進行分析勵磁系統(tǒng)主電路主要是由三相全控橋式整流電路和滅磁環(huán)節(jié)兩大部分組成的。滅磁環(huán)節(jié)的作用是，在同步電動機啟動過程中，使VT7VT8晶閘管導通，將同步電動機轉(zhuǎn)子繞組通過放電電阻器Rfd1、Rfd2短接，從而使放電電阻器Rfd1、Rfd2在正、負兩個半周都流過電流，取得良好的啟動特性。而一旦啟動完畢，進入投勵狀態(tài)，就將VT7VT8關(guān)斷，放電電阻器自行斷開。（正半周電流是經(jīng)晶閘管VT7VT8。負半周電流是經(jīng)二

8、極管VD。）滅磁環(huán)節(jié)的工作原理是，在同步電動機啟動過程中，轉(zhuǎn)子勵磁繞組將產(chǎn)生感應(yīng)交流電壓，此感應(yīng)交流電壓在啟動最初瞬間，電動機還未轉(zhuǎn)動時最大，峰值可達轉(zhuǎn)子勵磁繞組額定電壓十幾倍以上，隨著轉(zhuǎn)速增加，此感應(yīng)交流電壓的頻率和幅值隨之減小，當同步電動機轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速時，此感應(yīng)交流電壓的頻率和幅值均為零（即無感應(yīng)交流電壓）。因而對同步電動機啟動過程中感應(yīng)交流電壓應(yīng)采取措施加以限制，以保證轉(zhuǎn)子勵磁繞組絕緣和晶閘管元件的安全。為此，晶閘管勵磁裝置采用在轉(zhuǎn)子回路連接放電電阻器（Rfd1、Rfd2）的措施，在同步電動機啟動過程結(jié)束自動投勵牽入同步正常運行時，自動斷開此放電電阻器（Rfd1、Rfd2）。此放電電

9、阻器（Rfd1、Rfd2）的接入和斷開由滅磁環(huán)節(jié)控制。連接放電電阻器（Rfd1、Rfd2）后感應(yīng)交流電壓的大小與接入的放電電阻器Rfd2和Rfd1阻值大小有關(guān)，電機制造廠一般要求接入放電電阻器Rfd2和Rfd1的總阻值為同步電動機轉(zhuǎn)子勵磁繞組直流電阻值的515倍，通常規(guī)定為10倍。此時，同步電動機啟動過程中，轉(zhuǎn)子勵磁繞組產(chǎn)生感應(yīng)交流電壓的最大峰值一般為電動機額定勵磁電壓的10倍左右。因而主電路中VT1VT6晶閘管的正反向重復峰值電壓必須大于上述最大峰值電壓，并留有一定安全余量。滅磁環(huán)節(jié)的工作過程是，在同步電動機啟動過程中，轉(zhuǎn)子勵磁繞組將產(chǎn)生感應(yīng)交流電壓，此時主電路VT1VT6晶閘管無觸發(fā)脈沖處

10、于阻斷狀態(tài)。轉(zhuǎn)子繞組通過反極性并聯(lián)的VD和VT7、VT8與放電電阻器Rfd1、Rfd2構(gòu)成閉合回路，晶閘管VT7、VT8由點劃線框內(nèi)的滅磁插件控制。設(shè)轉(zhuǎn)子感應(yīng)交變電壓在G1端為正、G2端為負時算正半周，啟動開始，在感應(yīng)交流電壓未達到滅磁晶閘管VT7、VT8所整定的導通電壓以前，此交流電壓通過Rfd1、R1、R3、RP1、R2、R4、RP2、Rfd2形成回路。此時外接放電電阻器阻值很大，為轉(zhuǎn)子勵磁繞組電阻的幾十倍以上，勵磁繞組相當于開路啟動，感應(yīng)電壓急劇上升。當感應(yīng)電壓瞬時值上升至使RP1、RP2上的分壓電壓達到并超過VS1、VS2穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時，VS1、VS2穩(wěn)壓管被擊穿，VT7、VT8因有

11、門極電流而導通，轉(zhuǎn)子電流通過Rfd1、VT7、VT8、Rfd2形成回路，使同步電動機轉(zhuǎn)子繞組從相當開路啟動變?yōu)橹唤臃烹婋娮杵鱎fd1、Rfd2啟動，因此轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的峰值大為減弱，直至正半周結(jié)束，VT7、VT8因電壓過零而阻斷。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢負半周時，G2端為正、G1端為負，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)Rfd2、VD、Rfd1閉路。此后同步電動機整個啟動過程為勵磁繞組隨轉(zhuǎn)子加速不斷產(chǎn)生的感應(yīng)交變電壓，都是半波經(jīng)VT7、VT8和Rfd1、Rfd2滅磁，半波經(jīng)VD和Rfd1、Rfd2滅磁，其波形如圖308b所示。 負 正 剛啟動時的電壓方向 正 負 擊穿 穩(wěn)壓官 滅磁線 A2與A2連接滅磁環(huán)節(jié)的關(guān)斷是，在投入勵磁時，

12、三相整流橋開始工作，輸出直流電壓Ud，由于此電壓值較小，不足以使VT7、VT8導通。同時，本系統(tǒng)主電路還設(shè)置了“滅磁線”，即將三相全控橋式整流電路交流側(cè)電源A2點與滅磁晶閘管VT7、VT8連接中點A2處相連，在三相全控橋式整流電路投入正常工作后，晶閘管VT1（或VT4）導通時的管壓降通過A2點滅磁線對VT7（或VT8）形成反向電壓，而促使VT7（或VT8）在投勵后1個周波（0.02s）內(nèi)自行關(guān)斷。為了確保滅磁晶閘管VT7、VT8關(guān)斷，熄滅線需要有較大的截面，以減小熄滅線的電阻壓降而影響VT7（VT8）的關(guān)斷。三相全控橋式整流電路是用Y/Y-12整流變壓器進行整流的，并分為三個工作狀態(tài)：1.）三

13、相交流電源經(jīng)Y/Y-12整流變壓器降壓后，接至三相全控橋式整流電路。在同步電動機啟動過程中，整流電路的晶閘管處于阻斷狀態(tài)。（ 即沒有脈沖 ）2.）同步電動機MS轉(zhuǎn)子勵磁繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)交變電壓通過滅磁環(huán)節(jié)上的放電電阻器Rfd1、Rfd2形成回路，同步電動機作異步啟動。待電動機啟動至亞同步速時，投勵環(huán)節(jié)自動發(fā)出投勵脈沖，整流電路的直流電壓立即投入勵磁，使同步電動機拖入同步運行，同時斷開放電電阻器。在同步電動機投勵和正常運行過程中，三相全控橋式電路工作在整流工作狀態(tài)，輸出直流整流電壓。3.）當同步電動機正常停止時，三相全控橋式電路立即由整流工作狀態(tài)轉(zhuǎn)向逆變工作狀態(tài)，以保證轉(zhuǎn)子勵磁繞組順利滅磁，待電

14、感放電完畢，逆變工作狀態(tài)結(jié)束。 根據(jù)圖30 7 分析三相全控橋整流波形。三相全控橋式電路工作在整流工作狀態(tài)時，整流電路輸出直流電壓Ud的大小隨控制角而改變。如圖307b、c所示是=90°大電感負載時三相全控橋式整流電路的輸出波形，由于正負面積相等，其輸出電壓平均值為零。轉(zhuǎn)子勵磁繞組是1個大電感加電阻的負載，但現(xiàn)在固接勵磁，轉(zhuǎn)子勵磁繞組上還并接有放電電阻Rfd1、Rfd2和VD放電電路，這樣就使轉(zhuǎn)子繞組與一般大電感加電阻的負載有些差別。通過差別可以看出，正、負兩半周陰影面積不對稱，正半周大于負半周，因此=90°時，整流電壓平均值仍為正，即Ud>0，一般要=120

15、6;時，才有Ud=0。圖307f是VD上陰極到陽極之間的電壓波形，其負半周被VD所短接，只有正半周部分，所以其平均值Ud大于Ud。由上述分析，同步電動機三相全控橋固接勵磁，晶閘管VT1VT6的移相范圍應(yīng)是0°120°，考慮逆變，則應(yīng)是0°120°。介紹一下滅磁環(huán)節(jié)上的試驗回路。滅磁環(huán)節(jié)在啟動開始和自動投勵后，都是自動完成其職能的。按鈕SB用于在啟動前檢查滅磁環(huán)節(jié)是否正常。因為R5、R6為較小的電阻,將三相整流橋調(diào)至所需的勵磁電壓,按下SB, VT7、VT8便導通,電壓表PV指示為零，這就表示滅磁環(huán)節(jié)能正常工作。調(diào)整電位器RP1、RP2的阻值，便可使得VT

16、7、VT8在不同的轉(zhuǎn)子感應(yīng)交流電壓（瞬時值）下導通工作。注：在滅磁環(huán)節(jié)即圖306上有兩個按鈕SB，它是試驗按鈕，這在生產(chǎn)當中是非常有用的，而它的用處是，如果同步電動機在開車使用時，先檢查一下滅磁環(huán)節(jié)好不好，滅磁環(huán)節(jié)不好是不能用的，因為滅磁環(huán)節(jié)如果不好會打掉同步電動機的勵磁繞組，所以在同步電動機啟動前，把整流裝置先送上去讓它工作，然后在進入調(diào)試環(huán)節(jié)，這套三相全控橋是調(diào)節(jié)=60°,當=60°時，假定電壓為100V，則電壓表PV就有電壓了，比如說表上達到了100V的電壓，這時如果要檢查一下滅磁環(huán)節(jié)是否好，只要將兩個按鈕SB一按，電壓表PV上的電壓回到零，說明滅磁環(huán)節(jié)是好的。那電壓

17、表PV為什么會回到零呢 ？電壓表PV是接在晶閘管VT7、VT8的兩端，當晶閘管VT7、VT8兩端的電壓為100V時，同時按下兩個按鈕SB后，100V的電壓將會通過電阻R5、RP1和R6、RP2來進行分壓的，分壓后的晶閘管再導通時，表上電壓就回到零了。介紹一下過電壓和過電流保護。過電壓保護：1.）換相過電壓。三相橋式全控整流電路中晶閘管VT1VT6每隔120°輪流換相（如VT1換流給VT3），在晶閘管換流截止時，晶閘管兩端將產(chǎn)生換相過電壓，為此在晶閘管VT1VT6兩端接有電阻器、電容器組成的過電壓阻容吸收器。2.）交流側(cè)操作過電壓保護。在整流變壓器二次側(cè)接有電阻和電容Ru Cu、Rv

18、Cv、Rw Cw組成的過電壓阻容吸收器。3.）均壓保護。因為同步電動機異步運行（啟動和失步過程）時，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的感應(yīng)交變電壓加在三相晶閘管整流橋直流側(cè)上，為了使同相兩臂上整流元件（如VT1和VT4）能均勻承擔或根據(jù)所選元件電壓等級合理分擔轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電勢，必須加接均壓電阻（見圖306中的1R26R2），其阻值一般選用25k為宜。過電流保護：過電流保護。采用快速熔斷器FUV1FUV6進行短路保護。當快速熔斷器FUV1FUV6熔斷時，附裝于其上的微動開關(guān)動作發(fā)出警音響信號。二、觸發(fā)電路由哪幾部分組成 ？ 請分析觸發(fā)電路及其工作原理。 脈沖放大與輸出 + 同步電壓 逆變環(huán)節(jié) + 脈沖移相 與形成 外雙脈

19、沖方式 答：觸發(fā)電路由同步電壓、脈沖移相與形成、脈沖放大與輸出等三個環(huán)節(jié)組成。各環(huán)節(jié)工作原理分析如下：（1）同步電壓環(huán)節(jié)：（以1#觸發(fā)板為例）由同步電源插件中的同步變壓器二次側(cè)+A相50V電源、VD4、R10及穩(wěn)壓二極管VS3、VS4組成。+A相50V電壓經(jīng)半波整流和穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓后形成梯形波，這個梯形波電壓既作為觸發(fā)電路的同步信號，也作為它的直流電源。（2）脈沖移相與形成環(huán)節(jié)：它由晶體二極管V1、單結(jié)晶體管V2、電容C1、電位器RP4及電阻R14、R15等組成。觸發(fā)脈沖的移相由移相控制電壓Uct控制。Uct加在三極管V1的基極上，V1相當于一個等效可變電阻。Uct大，等效可變電阻阻值變小，對

20、電容C1的充電電流增大，充到V2固有的峰點電壓的時間變短，從而發(fā)出的脈沖提前。改變控制電壓Uct就是改變等效可變電阻阻值，也就是改變了單結(jié)晶體管V2峰點電壓到來的時刻，從而實現(xiàn)對輸出脈沖的移相控制。（3）脈沖放大與輸出環(huán)節(jié)：它由同步變壓器二次側(cè)-A相50V電源、VD3、R9、電容C2、穩(wěn)壓管VS5、VS6、小功率晶閘管VT及脈沖變壓器TP等組成。-A相50V電源比+A相50V同步電源提前180°電角度，經(jīng)二極管VD3半波整流、電阻R9、穩(wěn)壓二極管VS5、VS6穩(wěn)壓后，對電容C2充電，極性為右正左負，為產(chǎn)生放大的輸出脈沖作準備。當單結(jié)晶體管V2產(chǎn)生脈沖時,使小晶閘管VT9導通，已充好電

21、的電容C2上的電壓經(jīng)VT9、脈沖變壓器TP一次側(cè)放電，脈沖變壓器二次側(cè)產(chǎn)生一定寬度，幅值與功率放大的觸發(fā)脈沖。外雙脈沖：TP副邊2組同時送出脈沖給G1、G6；經(jīng)60°后2#觸發(fā)板脈沖送G1、G2；具體結(jié)合電路圖309來進行分析本電路是1個由單結(jié)晶體管（V2）組成同步自激振蕩的觸發(fā)電路，可分為同步電壓、脈沖移相與形成、脈沖放大與輸出等3個環(huán)節(jié)。（1）同步電壓環(huán)節(jié)：本環(huán)節(jié)由同步電源插件中的同步變壓器二次側(cè)+A相50V電源、VD4、R10及穩(wěn)壓二極管VS3、VS4組成。+A相50V電壓經(jīng)半波整流和穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓后形成梯形波，這個梯形波電壓既作為觸發(fā)電路的同步信號，也作為它的直流電源。注：這

22、個梯形電壓既作為觸發(fā)器的同步電壓，又作為它的直流電源，這個電源供給晶體三極管V1和單結(jié)晶體管V2用，它是又作為同步電壓，又作為這兩個管子的工作電源。（2）脈沖移相與形成環(huán)節(jié)：它由晶體三極管V1、單結(jié)晶體管V2、電容器C1、電位器RP4及電阻器R14、R15等組成。觸發(fā)脈沖的移相由移相控制電壓Uct控制。Uct加在晶體三極管V1的基極上，V1相當于1個等效可變電阻。Uct大，等效可變電阻阻值變小，對電容器C1的充電電流增大，充到單結(jié)晶體管V2固有的峰點電壓的時間便短，從而發(fā)出的脈沖提前。改變控制電壓Uct就是改變等效可變電阻阻值，也就是改變了單結(jié)晶體管V2峰點電壓到來的時刻，從而實現(xiàn)對輸出脈沖的

23、移相控制。電位器RP4的作用是調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的相位，從而調(diào)節(jié)晶閘管整流電路輸出電壓波形對稱度。分析：（觸發(fā)脈沖的移相，由移相控制電壓Uct控制，Uct加在晶體三極管V1的基極上，而這個三極管相當于可變電阻，因為調(diào)節(jié)移相控制電壓Uct的大小，改變了三極管發(fā)射極的電流，這個電流改變了，它既改變了三極管集電極的電流，同時也改變了電容器C1的充電電流，充電電流越大，電容的充電電壓也就越高。當電容上電壓高到單結(jié)晶體管V2的峰點電壓的時候，單結(jié)晶體管導通并同時向電阻器R15輸出脈沖，這個脈沖就在電阻器R15上產(chǎn)生。） （3）脈沖放大與輸出環(huán)節(jié)：它由同步變壓器二次側(cè)-A相50V電源、二極管VD3、電阻器R9、

24、電容C2、穩(wěn)壓二極管VS5、VS6、小功率晶閘管VT9及脈沖變壓器 TP等組成。-A相50V電源比+A相50V同步電源提前相位180°，經(jīng)二極管VD3半波整流、電阻器R9、穩(wěn)壓二極管VS5、VS6、穩(wěn)壓后，對電容器C2充電，極性為右正左負， 同步電壓 為產(chǎn)生放大的輸出脈沖作準備。當單結(jié)晶體管V2產(chǎn)生脈沖時，使小功率晶閘管VT9導通，已充好電的電容C2上 脈沖移相與形成環(huán)節(jié)的電壓經(jīng)小功率晶閘管VT9、脈沖變壓器TP一次側(cè)放電，脈沖變壓器二次側(cè)產(chǎn)生一定寬度，幅值與功率放大的觸發(fā)脈沖。線路中有關(guān)各點波形如圖30-10所示。 脈沖放大與 為了適應(yīng)三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖要求，本 輸出環(huán)

25、節(jié) 觸發(fā)電路采用外雙脈沖方式。每相觸發(fā)電路的脈沖變壓器TP二次側(cè)均有4組繞組，使用其中兩組輸出觸發(fā)脈沖，另兩個繞組作備用脈沖或當橋臂上晶閘管為串并聯(lián)時用。例如：+A相觸發(fā)電路的兩組觸發(fā)脈沖同時觸發(fā)VT1和VT6晶閘管，-C相觸發(fā)電路的兩組觸發(fā)脈沖同時觸發(fā)VT2和VT1晶閘管，+B相觸發(fā)電路的兩組觸發(fā)脈沖同時觸發(fā)VT3和VT2晶閘管，-A相觸發(fā)電路的兩組觸發(fā)脈沖同時觸發(fā)VT4和VT3晶閘管，+C相觸發(fā)電路的兩組觸發(fā)脈沖同時觸發(fā)VT5和VT4晶閘管，-B相觸發(fā)電路的兩組觸發(fā)脈沖同時觸發(fā)VT6和VT5晶閘管。脈沖插件中的RP3和R11，與附加插件1中一部分線路配合，產(chǎn)生使三相全控橋逆變運行時所需的脈

26、沖控制電壓，這將在逆變環(huán)節(jié)中介紹。那觸發(fā)電路如何與主電路實現(xiàn)同步呢？如何來實現(xiàn)同步，按照圖30-4 KGLF11 系列晶閘管勵磁系統(tǒng)電路圖中所示，是靠同步變壓器和整流變壓器的組別來配合實現(xiàn)的。正如在下圖中所示的 采用Y/Y-12接法 采用Y/Y-12接法 整流變壓器 Y0 同步變壓器 這三個中心點是連接在一起的 注：圖中的整流變壓器是接成Y/Y-12的，它的畫法就如圖上的樣子。而同步變壓器是這樣的，通過T1、T2、T3可以看到，它的A、B、C三相都是連接在一起的，下面接到Y(jié)0。按照圖30-4 KGLF11 系列晶閘管勵磁系統(tǒng)電路圖中所示，每個變壓器有四組組成，但現(xiàn)在只講同步，上面各兩個同步，即

27、+A、-A、+B、-B、+C、-C，它們的中心點都是連接在一起的，由此可以看出同步變壓器的接法，它也是接成Y/Y-12的。三、投勵環(huán)節(jié)的作用是什么？請根據(jù)電路圖分析其電路并說明工作原理。 單結(jié)晶體管自激振蕩電路 整流電路 負半周 + - 正半周 - + 連接同步電動機答：投勵環(huán)節(jié)的作用是在同步電動機起動過程中檢測轉(zhuǎn)子勵磁繞組感應(yīng)交流電壓的頻率，起到間接檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速作用。當同步電動機轉(zhuǎn)速達到亞同步速（S=0.040.05）時發(fā)出投勵信號，啟動勵磁整流回路，投入勵磁如圖30-11所示。小變壓器4T副邊40V電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓提供電路直流電源。8#、14#接主電路G3、G2,在剛起動時，由于n較

28、低，轉(zhuǎn)子感應(yīng)交變電壓頻率較高，負半波時間很短，V3不斷導通， C5還來不及充電至V4的峰點電壓，負半周已結(jié)束，接著又到感應(yīng)交流電壓的正半周，V1再次導通，C5被短接放電。所以脈沖變壓器TP2發(fā)不出脈沖。隨著起動過程轉(zhuǎn)子的加速，感應(yīng)交變電壓頻率逐漸降低，負半波(也即C5的充電時間)逐漸變長。待起動加速到亞同步速時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)交變電壓的頻率已降至每秒23周，在負半波晶體管V3截止的時間內(nèi)，使電容C5有足夠的時間充電至V4的峰點電壓，V4產(chǎn)生脈沖，經(jīng)TP2去觸發(fā)移相給定環(huán)節(jié)電路中的小晶閘管VT10，從而送出移相給定電壓U*使觸發(fā)環(huán)節(jié)輸出晶閘管VT1VT6的觸發(fā)脈沖，使三相橋式全控整流電路開始工作，將整

29、流直流電壓加到電動機轉(zhuǎn)子勵磁繞組上，完成自動投勵。具體結(jié)合電路圖3011來進行分析在圖30-11中，8、14兩個腳接至三相全控整流橋G2、G3上，就是接到同步電動機的，勵磁的兩端的線圈上（可結(jié)合30-6 勵磁系統(tǒng)主電路圖和30-4的總電路圖來分析），在接好以后，至于如何來檢測，它其實就是要檢測這里的感應(yīng)電壓的周期和頻率，在周期和頻率中，S代表轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率，95%的同步轉(zhuǎn)速，它的轉(zhuǎn)差率是0.05，檢測它的頻率是f2 = S f1，其中f1是50Hz，而S=0.040.05，那f2就等于22.5 Hz。然后再檢測它的周期，周期就是頻率的倒數(shù)，所以頻率就等于1/周期，即f =1/T，檢測了周期就等于檢

30、測了頻率。因此，它的作用就是檢測勵磁繞組兩端的感應(yīng)電勢，是檢測感應(yīng)電勢的頻率，但實際上嚴格點說，是檢測感應(yīng)電勢的周期。（如何檢測可看圖30-12轉(zhuǎn)子勵磁繞組感應(yīng)交流電壓波形圖來分析）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢 E2s = SE20轉(zhuǎn)差率 s = (no - n ) / noE2s 的幅值和頻率隨轉(zhuǎn)速升高而減小n = 0 時 /E2s/ = /E20/、f2s = 50Hzn = no 時 /E2s/ = 0、f2s = 0那如何來檢測同步電動機的轉(zhuǎn)速變化 ？看圖30-12的波形圖，隨著同步電動機的轉(zhuǎn)速升高,它的交流感應(yīng)電壓頻率確越來越低，檢測它的周期就是檢測它的頻率，檢測它的頻率就是檢測它的S，檢測它的S就

31、是檢測了它的轉(zhuǎn)速。感應(yīng)電勢f2 = S f1其中f1是50Hz。隨著轉(zhuǎn)速的升高，頻率越來越低，當?shù)酵睫D(zhuǎn)速的時候，頻率就等于0。繼續(xù)按圖30-11對投勵環(huán)節(jié)進行分析。至于如何投勵，它實際上就是來控制脈沖變壓器TP2這里的輸出脈沖，它先從來自小變壓器4T上，向6、7兩個腳輸入40V的交流電壓，然后通過晶體二極管VD27、VD28、VD29、VD30進行單相整流，再通過電容C4進行濾波，又再通過電阻器R21和穩(wěn)壓管VS10、VS11進行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后再到XK4時，它就是工作電源了。從實際上講，圖30-11它就是和觸發(fā)器一樣的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，之前也進行了整流，只是在單結(jié)晶體管的輸入端前面，電容C5

32、的兩端，并聯(lián)了一個V3的三極管，而投勵實際上就是控制這個三極管V3，投勵總的作用是，當8、14兩個腳接至三相全控整流橋G2、G3上，檢測同步電動機的勵磁繞組的感應(yīng)電勢時，當正半周運行時，8號腳輸入為+，14號腳輸出為-時，三極管V3導通，三極管V3導通的同時，就將電容C5短接掉了，電容C5被短接后，電容充電就充不上去，充電充不上去, 脈沖變壓器TP2這里就沒有脈沖, 因為電容C5被短接后，不能對單結(jié)晶體管V4進行充電，而單結(jié)晶體管V4有一個峰點、峰谷電壓，輸入的電壓只有達到它的峰點電壓以后，單結(jié)晶體管V4才會導通，脈沖變壓器TP2這里才會發(fā)出脈沖，當單結(jié)晶體管V4回到它的一個谷點電壓以后，它就

33、會關(guān)斷。所以這就是一個單結(jié)晶體管自激振蕩電路。但是，如果一定要從脈沖變壓器TP2這里輸出脈沖的話，就必須要使電容C5向單結(jié)晶體管V4充電，充到單結(jié)晶體管V4的峰點電壓，可是要想使電容C5向單結(jié)晶體管V4充電，就必須使三極管V3先截止，只有三極管V3截止了，電壓通過電阻器R26向電容C5充電，等電容C5先充電以后，再充到單結(jié)晶體管V4的峰點電壓后，脈沖變壓器TP2這里才會輸出脈沖。這個原理就和觸發(fā)器的原理是一樣的。到峰點了它會產(chǎn)生一個脈沖，假如沒有充到峰點那就沒有脈沖。當脈沖變壓器TP2輸出脈沖后，脈沖會送到移相觸發(fā)線路，給定觸發(fā)電路里面的一個小晶閘管。（看圖30-14電壓負反饋與移相給定環(huán)節(jié)電

34、路圖） 電壓負反饋 移 相 給 定 等效電路 圖30-14是電壓負反饋與移相給定環(huán)節(jié)電路圖，在a電路圖中，它的給定是來自小變壓器4T的65V交流電壓，然后通過晶體二極管VD15、VD16、VD17、VD18進行整流，再經(jīng)電阻器R16和電容C3進行濾波，但是假如晶閘管VT10不導通，穩(wěn)壓管VS7、VS8的兩端就沒有電壓，而從13號點往上走,這個電壓是送到移相控制電壓的Uct，去六個觸發(fā)電路，Uct是上+下-。但是當晶閘管VT10導通時，電位器RP5是下+上-，通過兩個電阻器R18、R19降壓，降到電位器RP6，從電位器RP6到晶體二極管VD19這里就是給定電壓，這個給定電壓經(jīng)電阻器R18一直到1

35、3號點，這個兩端都是給定電壓，用U*來表示。而在電位器RP7這里卻是反饋電壓，用Uv來表示，它是Uv的反饋電壓。電位器RP7與穩(wěn)壓管VS7并聯(lián)這就是電壓負反饋，它是從電網(wǎng)上通過變壓器過來的6V三相交流電壓，通過三相橋式整流后，經(jīng)電阻器R20到穩(wěn)壓管VS9，它反應(yīng)了電網(wǎng)的電壓的高低，所以穩(wěn)壓管VS9它是下+上-。而電位器RP6上的+和電位器RP7上的+，它們中間串聯(lián)晶體二極管VD19，這就是圖中的b等效電路，它是反饋線相連的。圖中的移相控制電壓Uct，它的上+下-電壓，是接到（圖30-9帶小功率晶閘管放大的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路）的電阻器R12上的，假如電阻器R12上沒有給定電壓，脈沖變壓器TP2上

36、的脈沖，就不能<80°，脈沖是有的，但脈沖是在135°逆變角的位置，當=135°時，晶閘管沒有輸出電壓。而當電阻器R12上有給定電壓時，就往前移了，一般移到<120°時，直流電壓就出來了，所以當電阻器R12上沒有給定電壓時，三相全控橋就沒有輸出。再看圖30-14電壓負反饋與移相給定環(huán)節(jié)電路，如果要（觸發(fā)電路圖30-9）上的三相全控橋有直流電壓輸出，就要先調(diào)節(jié)電位器RP6，要調(diào)到=60°，當晶閘管VT10一導通，給定電壓就流出去了。但是如果晶閘管VT10不導通，電位器RP6上就沒有給定電壓。因為只有在晶體二極管VD19上的給定電壓大于

37、電位器RP7上的反饋電壓時才有電壓流出去，看圖b等效電路，它是反極性的，所以在移相控制電壓Uct是上+下-，12號點也是+的，就是說，只有在晶體二極管VD19上的電壓大于電位器RP7上的反饋電壓時，給定電壓就流出去了。一但晶體二極管VD19上的電壓小于電位器RP7上的反饋電壓，給定電壓就流不出去，因為讓晶體二極管VD19給阻止掉了。這就叫投勵，所以說要投勵關(guān)鍵在于控制晶閘管VT10。那晶閘管VT10上的脈沖是從哪里來的？（看圖30-11投勵環(huán)節(jié)電路圖。）在圖30-11投勵環(huán)節(jié)電路中，我們可以看到晶閘管VT10上的脈沖是從脈沖變壓器TP2上來的，這個脈沖的產(chǎn)生是在電容C5向單結(jié)晶體管V4充電，充

38、到它的峰值時才會產(chǎn)生。而單結(jié)晶體管V4要充電充到峰值的話，那三極管V3就必須要截止到足夠的時間，才能讓單結(jié)晶體管V4充電充到峰值。看圖30-13 對投勵環(huán)節(jié)電路各點波形圖進行分析 G2、G3的感應(yīng)電壓 10個周期200ms 在此之前，我們是根據(jù)理論來分析，現(xiàn)在是按照電路的波形圖來分析，在圖30-13中的a是同步電動機轉(zhuǎn)子電壓波形圖，它代表的是圖30-11中的8號、14號腳的G2、G3的感應(yīng)電壓，這個電壓是隨著電動機的轉(zhuǎn)速升高，它的頻率越來越低，但它的周期卻拉長了，而它的電壓值也越來越小?？磮D30-11中，當正半周運行時，8號腳是+的，14號腳是-的，電壓是從8號腳輸入，先經(jīng)過電阻器R22、R2

39、3，再經(jīng)過穩(wěn)壓管VS12后，從14號腳輸出，但與此同時也將穩(wěn)壓管VS12擊穿了，穩(wěn)壓管VS12被擊穿的同時，三極管V3也同時導通，這就是正半周運行。而當負半周運行時，14號腳是+的，8號腳是-的，電壓是從14號腳輸入，先經(jīng)過穩(wěn)壓管VS12，再經(jīng)過電阻器R22、R23后，從8號腳輸出，而在這時三極管V3就是處于截止狀態(tài)，截止在那里了，三極管V3一截止，電阻器R26就開始向電容C5充電，但是充電時間來不及升到單結(jié)晶體管V4的峰值，三極管V3就又導通了，又開始放電了。（具體的可再結(jié)合圖30-13中的b和c來分析。）圖中的b是穩(wěn)壓管VS12穩(wěn)壓波形圖，c是電容C5充放電波形圖，再結(jié)合a同步電動機轉(zhuǎn)子電

40、壓波形圖，將a、b、c三個波形圖按順序上下排列，如圖 30-11中那樣，我們可以看到，圖a它開始的時候是正半周的波形，圖b上的第一個波頭就是穩(wěn)壓管VS12的+電壓（即擊穿電壓），而圖c在開始的時候沒有波頭，說明電容C5不充電。當圖a到這二段的負半周的波形（即0.7V時），三極管V3是截止的，這時圖b上沒有了波頭，而在圖c上卻有波頭了，說明電容C5在充電，但是充電的時間很短，因為一開始的時候接近50Hz，周期是非常短的，充電充不上去。當圖a到第三段時，它又是正半周的波形了，穩(wěn)壓管VS12又有+電壓了，三極管V3也又導通了，圖b上就又有波頭了，而圖c上的波頭又沒有了，說明電容C5又不充電了。當圖a

41、到第四段時，它又是負半周的波形了，三極管V3又截止了，圖b上又沒有了波頭，而在圖c上卻又有波頭了，說明電容C5又開始充電了，但是充電的周期比原來要大一點了，充電電壓比原來也高一點了，但是它的時間還是太短了，不能充到單結(jié)晶體管V4的峰點電壓。正如上面所描述的那樣，到了第五段，又是正半周的波形了，三極管V3又導通了，電容C5又不充電了，到了第六段，又是負半周的波形了，三極管V3又截止了，電容C5又開始充電了，充電電壓又比原來要高一點了，就按照這個樣子一段接著一段的相互交替，它的狀態(tài)就是到正半周的波形時不充電，而到負半周的波形時又充電了，但是時間太短，充電充不到單結(jié)晶體管V4的峰點電壓。充不到峰點電

42、壓就沒有脈沖，單結(jié)晶體管V4就不導通?？僧攬Da到最后一段的時侯，它又是負半周的波形了，但是它的周期卻被告知是50Hz、10個周波，經(jīng)過計算后得知，為10個周期200ms, 當電容C5充電充到這段時間時，單結(jié)晶體管V4的峰值電壓就已基本上充到它的峰點電壓了，當單結(jié)晶體管V4達到它的峰點電壓后，再來看圖d脈沖變壓器TP2一次側(cè)波形圖上就顯示有脈沖輸出去了。 投勵環(huán)節(jié)（電工技師書下冊 P300302頁）投勵環(huán)節(jié)的作用是在同步電動機起動過程中檢測轉(zhuǎn)子勵磁繞組感應(yīng)交流電壓的頻率，起到間接檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速作用。當同步電動機轉(zhuǎn)速達到亞同步速（S=0.040.05）時發(fā)出投勵信號，啟動勵磁整流回路，投入勵磁如圖3

43、0-11所示。投勵環(huán)節(jié)也是1個單結(jié)晶體管（V4）觸發(fā)電路，振蕩脈沖由充電電容C5并聯(lián)的三極管V3控制，而三極管V3的基極信號來自主電路（見圖30-8）上的G3、G2兩端，即同步電動機轉(zhuǎn)子勵磁繞組上的感應(yīng)交流電壓。同步電動機在啟動過程中，其轉(zhuǎn)子勵磁繞組感應(yīng)電壓的頻率和幅值是隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速而變化的，啟動時交流電壓頻率為50Hz，幅值最大；隨著轉(zhuǎn)速升高，感應(yīng)交流電壓的頻率和幅值減小，在亞同步速（轉(zhuǎn)差為0.040.05）時，感應(yīng)交流電壓的頻率為23Hz。轉(zhuǎn)子勵磁繞組上的感應(yīng)交流電壓波形如圖30-12所示。在同步電動機啟動時，當轉(zhuǎn)子感應(yīng)交流電壓為正半周，即G3端為正、G2端為負時，感應(yīng)交流電壓經(jīng)電阻器R2

44、2、R23由穩(wěn)壓管VS12穩(wěn)壓在4V左右，三極管V3導通，將電容C5短接，單結(jié)晶體管V4不能起振，不發(fā)出脈沖。而在轉(zhuǎn)子感應(yīng)交流電壓的負半周，極性相反，G3端為負、G2端為正，三極管V3截止。此時電容C5雖經(jīng)電阻器R26充電，但在剛啟動時，由于轉(zhuǎn)子感應(yīng)交變電壓頻率為50Hz，負半波時間很短（0.02s）, 電容 C5還來不及充電至單結(jié)晶體管V4的峰點電壓，負半周已結(jié)束，接著又到感應(yīng)交流電壓的正半周，三極管V3再次導通，電容C5被短接放電，所以脈沖變壓器TP2也發(fā)不出脈沖。這個過程一直持續(xù)到同步電動機啟動到亞同步速之前的一段時間。隨著啟動過程轉(zhuǎn)子的加速，感應(yīng)交流電壓頻率逐漸降低，負半周（也即C5的

45、充電時間）逐漸變長。待啟動加速到亞同步速時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)交變電壓的頻率已降至23Hz，在負半周三極管V3截止的時間內(nèi)，使電容C5有足夠的時間充電至單結(jié)晶體管V4的峰點電壓，單結(jié)晶體管V4產(chǎn)生脈沖，經(jīng)脈沖變壓器TP2去觸發(fā)移相給定環(huán)節(jié)電路中的小晶閘管VT10，從而送出移相給定電壓U*使觸發(fā)環(huán)節(jié)輸出晶閘管VT1VT6的觸發(fā)脈沖，使三相橋式全控整流電路開始工作，將整流直流電壓加到電動機勵磁繞組上，完成自動投勵。投勵環(huán)節(jié)電路各點波形如圖30-13所示，由圖可以看出，整流電路加上直流電壓的時刻，正好是轉(zhuǎn)子感應(yīng)交變電壓的正半周，兩者極性一致，故稱為順極性投勵。根據(jù)圖30-14再來分析一下電壓負反饋與移相給定環(huán)

46、節(jié)（電工技師書下冊 P302頁）在圖30-14中的一部分是移相給定環(huán)節(jié)，另一部分是電壓負反饋。移相給定環(huán)節(jié)就是來自小變壓器4T的65V交流電壓，通過二極管VD15、VD16、VD17、VD18進行單相橋式整流后，再經(jīng)電阻器R16和電容C3進行濾波之后，再通過電阻器R17到晶閘管VT10，再接到穩(wěn)壓管VS7、VS8。晶閘管VT10不導通，穩(wěn)壓管VS7、VS8上就沒有給定電壓，如果晶閘管VT10導通，則給定電壓經(jīng)13號點和電阻器R18還有電阻器R19送到電位器RP6上。而從電位器RP7這里開始，卻是電壓負反饋，它是三相電網(wǎng)電壓通過變壓器1T、2T、3T每相6V的交流電壓，這個6V的交流電壓反映了電

47、網(wǎng)電壓的波動，電網(wǎng)電壓升高，這個電壓也升高，電網(wǎng)電壓降低，這個電壓也降低。所以這6V就反映了電網(wǎng)電壓的高低。實際上電壓是一直在變的，電網(wǎng)電壓高就高，電網(wǎng)電壓低就低，既然電壓變了，那電位器RP7上的電壓也隨著電網(wǎng)電壓的變化而變化，這就是電壓負反饋，它的作用是為了穩(wěn)定勵磁電壓和勵磁電流。但是在電位器RP7的兩端又并聯(lián)了一個穩(wěn)壓管VS9，它的作用是當電網(wǎng)電壓高于390V時，穩(wěn)壓管VS9會被擊穿，這時電壓負反饋就不起作用了，因為只有在390V以下，電網(wǎng)波動才起反饋作用。由此可見，電位器RP6上的給定電壓和電位器RP7上的負反饋電壓是可以進行比較的，也就是說，只有在晶閘管VT10導通時，調(diào)節(jié)電位器RP6上的給定電壓，當它大于電位器RP7上的負反饋電壓時，才有移相控制電壓Uct輸出。投勵就是這個道理。而圖中的電位器RP5是