勵(lì)磁原理-L陳遺志-20100507

2010年勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)班

勵(lì)磁系統(tǒng)原理國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院/國(guó)電南瑞科技股份有限公司二零一零年十月勵(lì)磁系統(tǒng)原理主要內(nèi)容1、勵(lì)磁系統(tǒng)的作用及分類(lèi)2、勵(lì)磁系統(tǒng)的組成與算法3、可控硅整流裝置4、滅磁與過(guò)壓保護(hù)

一、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)作用及分類(lèi)

1、勵(lì)磁系統(tǒng)的作用2、勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類(lèi)維持發(fā)電機(jī)或其他控制點(diǎn)的電壓在給定水平控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無(wú)功功率的合理分配提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性勵(lì)磁系統(tǒng)的作用維持發(fā)電機(jī)或其他控制點(diǎn)的電壓在給定水平保證電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的安全。提高維持發(fā)電機(jī)電壓能力的要求和提高電

力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求在許多方面是一致的。保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無(wú)功功率的合理分配發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)差單元投入、電壓給定值固定、功率因數(shù)為零的情況下，發(fā)電機(jī)無(wú)功電流從零變化到額定時(shí)，用發(fā)電機(jī)額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示的發(fā)電機(jī)端電壓變化率發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率按下式計(jì)算：

D(%)=[(Ug0-Ug)/Ug]×100%

式中Ug0----發(fā)電機(jī)無(wú)功電流等于零時(shí)的電壓

Ug---發(fā)電機(jī)無(wú)功電流等于額定無(wú)功電流時(shí)的電壓

控制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無(wú)功功率的合理分配發(fā)變組單元高壓側(cè)并聯(lián)：變壓器電抗調(diào)差（正調(diào)差）+發(fā)電機(jī)調(diào)差（負(fù)調(diào)差）坑口電站：長(zhǎng)輸電線路調(diào)差（正調(diào)差）+發(fā)電機(jī)調(diào)差（負(fù)調(diào)差）兩機(jī)一變擴(kuò)大單元接線：發(fā)電機(jī)正調(diào)差，調(diào)差率較大提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性暫態(tài)穩(wěn)定性提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性發(fā)電機(jī)輸出電磁功率發(fā)電機(jī)功角向量圖提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性傳輸功率的大小與相位角δ密切相關(guān)，稱(chēng)δ為“功角”或“功率角”。傳輸功率與功角δ的關(guān)系，稱(chēng)為“功角特性”或“功率特性”。功角δ除了表征系統(tǒng)的電磁關(guān)系之外，還表明了各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置。

δ角就是感應(yīng)電勢(shì)Eq和電網(wǎng)電壓U之間的夾角，也稱(chēng)δ為“功角”或“功率角”。提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

δ角是表征電力系統(tǒng)穩(wěn)定性最重要的量，功角失穩(wěn)指系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)之間的相對(duì)功角失去穩(wěn)定性的現(xiàn)象。

如果系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中受到某種干擾，干擾的影響將通過(guò)互聯(lián)的電力網(wǎng)絡(luò)傳到各發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，并使發(fā)電機(jī)的輸出電功率相應(yīng)發(fā)生改變，結(jié)果是使得在擾動(dòng)瞬間各發(fā)電機(jī)的機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩和輸出的電磁轉(zhuǎn)矩失去平衡，出現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不同程度的加速或減速，并導(dǎo)致各發(fā)電機(jī)之間轉(zhuǎn)子相對(duì)角的變化。如這種轉(zhuǎn)子角度的變化過(guò)程是隨時(shí)間衰減的，并能最終恢復(fù)到擾動(dòng)出現(xiàn)前的正常值或達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)值，則認(rèn)為在這種運(yùn)行方式和擾動(dòng)形式下系統(tǒng)是功角穩(wěn)定的。如果這種轉(zhuǎn)子角度的變化隨時(shí)間而加劇，并最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)間失去同步，則認(rèn)為系統(tǒng)在該運(yùn)行方式下對(duì)這種擾動(dòng)形式是功角不穩(wěn)定的。提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性(SteadyStability)

電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步，自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。

靜態(tài)穩(wěn)定研究的是電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行方式下受到微小干擾時(shí)的穩(wěn)定性問(wèn)題。假設(shè)在電力系統(tǒng)中有一個(gè)瞬時(shí)性小干擾，如果在擾動(dòng)消失后系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原始的運(yùn)行狀態(tài)，則系統(tǒng)在該運(yùn)行方式下是靜態(tài)穩(wěn)定的，否則系統(tǒng)是靜態(tài)不穩(wěn)定的。提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)是發(fā)電機(jī)輸出電磁功率對(duì)功角的微分dPe/dδ是否大于0。

如左圖所示，采用了自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行的最大電磁功率和最大功率角都有提高。提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

左圖中，橫坐標(biāo)是功率角，縱坐標(biāo)是電壓放大系數(shù)。在同一轉(zhuǎn)子功角下,隨電磁時(shí)間常數(shù)Te增加,為保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行所允許的電壓放大系數(shù)增加;在同一Te下,隨轉(zhuǎn)子功角δ的增加所允許的電壓放大系數(shù)減少。提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性(TransientStability)

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到新的或恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)定方式的能力。通常指第一或第二振蕩周期不失步。

如果電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行方式下受到某種形式的大擾動(dòng)，經(jīng)過(guò)一個(gè)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程后能夠恢復(fù)到原始的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式或過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式，則認(rèn)為系統(tǒng)在這種情況下是暫態(tài)穩(wěn)定的。暫態(tài)穩(wěn)定性不僅與系統(tǒng)在擾動(dòng)前的運(yùn)行方式有關(guān)，而且與擾動(dòng)的類(lèi)型、地點(diǎn)及持續(xù)時(shí)間有關(guān)。提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)是等面積定則。

左圖的功率曲線中，當(dāng)功率角從δ1變化到δ2時(shí)，PT與P3之間的面積正比于轉(zhuǎn)子動(dòng)能的變化量。提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等面積定則的具體內(nèi)容提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等面積定則的具體內(nèi)容等面積定則：減速面積和加速面積如圖所示。如圖（a）減速面積＝加速面積，臨界穩(wěn)定；如圖（b）減速面積>加速面積，穩(wěn)定；如圖（c）減速面積<加速面積，不穩(wěn)定。

提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高暫態(tài)穩(wěn)定性的方法就要減小加速面積或增大減速面積，具體說(shuō)來(lái)有以下三種方法：

加快故障切除時(shí)間提高勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比提高強(qiáng)行勵(lì)磁電壓倍數(shù)

提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高暫態(tài)穩(wěn)定性對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)而言，就是要提高勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比和提高強(qiáng)行勵(lì)磁電壓倍數(shù)。提高勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比加快勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時(shí)間，即從施加階躍信號(hào)起，勵(lì)磁電壓達(dá)到頂值電壓與額定勵(lì)磁電壓差的95%的瞬間的時(shí)間。提高強(qiáng)行勵(lì)磁電壓倍數(shù)提高勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)比，即由勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)曲線確定的勵(lì)磁系統(tǒng)輸出電壓的增量除以額定磁場(chǎng)電壓。

提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性(DynamicStability)

電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到干擾后，不發(fā)生振幅不斷增長(zhǎng)的振蕩而失步的能力。

擾動(dòng)后系統(tǒng)在第一或第二振蕩周期內(nèi)不失步(即保持了暫態(tài)穩(wěn)定性)，但可能由于自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的配置不合適或其他因素，后續(xù)的振蕩周期幅值不斷增大并造成失步。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題實(shí)際上是指系統(tǒng)在受到小的或大的擾動(dòng)后，在自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)控制裝置的影響下，保持長(zhǎng)過(guò)程運(yùn)行穩(wěn)定性的能力。提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響

電力系統(tǒng)的固有自然阻尼小，而使用快速勵(lì)磁調(diào)節(jié)器或使用自并激可控硅快速勵(lì)磁系統(tǒng)，又削弱了系統(tǒng)阻尼，甚至使系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)阻尼。為了抑制低頻振蕩，在勵(lì)磁系統(tǒng)中加入了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的作用是：利用附加控制，產(chǎn)生附加阻尼轉(zhuǎn)矩，增加正阻尼抑制低頻振蕩。1、勵(lì)磁系統(tǒng)的作用

2、勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類(lèi)他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)三機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)

兩機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)兩機(jī)一變勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)（主流）其它勵(lì)磁系統(tǒng)

P棒勵(lì)磁系統(tǒng)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)諧波勵(lì)磁系統(tǒng)

勵(lì)磁系統(tǒng)的基本分類(lèi)他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)三機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)兩機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)兩機(jī)一變勵(lì)磁系統(tǒng)他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)交流他勵(lì)系統(tǒng)總體說(shuō)來(lái)具有勵(lì)磁電壓穩(wěn)定，不受電網(wǎng)影響的優(yōu)點(diǎn)，但是相比自勵(lì)系統(tǒng)響應(yīng)仍然較慢，而且維護(hù)復(fù)雜。對(duì)其評(píng)價(jià)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)自勵(lì)系統(tǒng)尤其是自并勵(lì)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快速。但是長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為在電力系統(tǒng)短路故障時(shí)尤其是三相短路時(shí)無(wú)法支撐起電網(wǎng)電壓。但是近年來(lái)隨著封閉母線的大規(guī)模運(yùn)用和控制理論的成熟，已經(jīng)成為主流勵(lì)磁機(jī)型。對(duì)其評(píng)價(jià)1P棒勵(lì)磁系統(tǒng)2直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)3諧波勵(lì)磁系統(tǒng)其它勵(lì)磁系統(tǒng)

二、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)組成及算法

1、勵(lì)磁系統(tǒng)的組成2、勵(lì)磁系統(tǒng)的控制算法（1）自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的基本配置

自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁變壓器、可控硅整流橋、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及起勵(lì)裝置、轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)與滅磁裝置等組成。FWL/B型靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的接線原理框圖如下圖所示南瑞電氣控制公司FWL/B型靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的接線原理框圖（2）三機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本配置

（3）無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的基本配置

1、勵(lì)磁系統(tǒng)的組成

2、勵(lì)磁系統(tǒng)的控制算法（1）PID調(diào)節(jié)及其算法

按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的PID調(diào)節(jié)器,是連續(xù)系統(tǒng)控制中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。比例調(diào)節(jié)可以減小控制系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)，但相對(duì)穩(wěn)定性降低，而且不能消除穩(wěn)態(tài)誤差；積分調(diào)節(jié)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分調(diào)節(jié)可以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相應(yīng)可以增加比例調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。并聯(lián)PID調(diào)節(jié)

串聯(lián)PID調(diào)節(jié)

（2）轉(zhuǎn)子電壓軟負(fù)反饋

（勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器ESS）

自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器Kp增大將造成勵(lì)磁控制回路的不穩(wěn)定，在發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)電壓振蕩。ESS的主要作用是使暫態(tài)時(shí)的增益降低，以防止發(fā)電機(jī)空載時(shí)勵(lì)磁控制回路振蕩，這在一定程度上可改善電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性（3）勵(lì)磁電壓硬負(fù)反饋交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中，在提高晶閘管電源電壓的同時(shí)，采用勵(lì)磁機(jī)輸出電壓或勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流硬負(fù)反饋，以減小勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)。對(duì)于快速勵(lì)磁系統(tǒng)，如靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁時(shí)間常數(shù)本已很小，再采用勵(lì)磁電壓硬負(fù)反饋就沒(méi)有必要了。（4）電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS由于電力系統(tǒng)的發(fā)展、互聯(lián)電力系統(tǒng)的出現(xiàn)和擴(kuò)大、快速自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和快速勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用，電力系統(tǒng)出現(xiàn)了低頻功率振蕩，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，成為制約聯(lián)絡(luò)線輸送功率極限提高的最重要因素之一。依據(jù)F.D.迪米洛和C.康柯迪亞理論設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Powersystemstabilizer)，簡(jiǎn)稱(chēng)PSS，即為抑制系統(tǒng)低頻振蕩和提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性而設(shè)置的。當(dāng)前，PID+PSS的控制方式，在勵(lì)磁系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。發(fā)電機(jī)電磁力矩可分為同步力矩和阻尼力矩，同步力矩(PE)與Δδ同相位，阻尼力矩與Δω同相位。如果同步力矩不足，將發(fā)生滑行失步；阻尼力矩不足，將發(fā)生振蕩失步。

為抵消快速勵(lì)磁調(diào)節(jié)所帶來(lái)的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩并加強(qiáng)機(jī)組的正阻尼，需引入一附加控制輸入，通過(guò)設(shè)計(jì)和計(jì)算，使該附加輸入產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩與Δω同相。ΔMex=DAΔω+KAΔδ,產(chǎn)生了負(fù)阻尼DAΔW。PSS作用原理

選擇合適的相位補(bǔ)償角φp，使電力系統(tǒng)穩(wěn)定器產(chǎn)生

的力矩中有盡可能大的阻尼分量，即，使Kdp盡量大；選擇合理的增益，在正確的相位補(bǔ)償下，盡可能增大

穩(wěn)定器的阻尼作用。參數(shù)確定一般分二步進(jìn)行：第一步，用電力系統(tǒng)穩(wěn)定進(jìn)行分析程序進(jìn)行PSS參數(shù)選擇，提供參考值；第二步，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證其效果后，最后確定參數(shù)整定值。PSS參數(shù)選擇

PSS實(shí)現(xiàn)的方法南瑞公司勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的PSS是一數(shù)字式PSS，無(wú)專(zhuān)門(mén)的硬件模塊，僅是原調(diào)節(jié)器上的一個(gè)功能軟件模塊。輸入采用-Δpe，利用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器所測(cè)的Pe形成。硬件無(wú)任何增加。保持了調(diào)節(jié)器的原高可靠性，比之專(zhuān)門(mén)的PSS裝置或PSS功能插件，具有較大的優(yōu)越性。為了使PSS附加控制，在0.1至2.5Hz范圍內(nèi)都產(chǎn)生準(zhǔn)確的相位校正，一階超前滯后環(huán)節(jié)是不能滿足要求的，南瑞電氣控制公司提供的PSS均含有兩階超前滯后環(huán)節(jié)。PSS的增益及二階超前和滯后時(shí)間整定均為數(shù)字式整定，在調(diào)節(jié)器人機(jī)界面上直接寫(xiě)入所需的參數(shù)，直觀可靠。PSS2A模型PSS2B模型

三、可控硅整流裝置

1、可控硅的主要參數(shù)2、三相全控橋式整流電路原理3、異常情況下的波形分析4、半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的保護(hù)（1）可控硅的主要參數(shù)斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM反向不重復(fù)峰值電壓URSM反向重復(fù)峰值電壓URRM額定電壓UNUDRM和URRM中較小的那個(gè)數(shù)值取整；選用可控硅電壓原則：額定電壓UN應(yīng)是勵(lì)磁變壓器二次側(cè)電壓的峰值的2.75到3.0倍

可控硅的電流參數(shù)通態(tài)平均電流IT(AV)維持電流IH掣住電流IL，通常IL約為IH的2~4倍斷態(tài)重復(fù)峰值電流IDRM反向重復(fù)峰值電流IRRM浪涌電流ITSM可控硅的門(mén)極參數(shù)(a)門(mén)極觸發(fā)電流IGT(b)門(mén)極觸發(fā)電壓UGT可控硅的動(dòng)態(tài)參數(shù)(a)斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

(b)通態(tài)電流臨界上升率di/dt(c)門(mén)極控制開(kāi)通時(shí)間tgt

(d)電路換向關(guān)斷時(shí)間tq

可控硅選用時(shí)的主要參數(shù)正向電壓反向電壓通態(tài)電流觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流導(dǎo)通后的管壓降維持電流和掣住電流（2）三相全控橋式整流電路原理

三相全波全控整流（α=0°時(shí)）(a)電路圖；(b)相電壓波形；(c)觸發(fā)脈沖；(d)直流側(cè)電壓波形

1)整流工作狀態(tài)先討論控制角α=0度的情況。在ωt0-ωt1期間，a相的電位最高，b相的電位最低，有可能構(gòu)成通路。若在ωt0以前共陽(yáng)極組的SCR6的觸發(fā)脈沖Ug6還存在，在ωt0（α=0）時(shí)給共陰極的SCR1以觸發(fā)脈沖ug1，則可由SCR1與SCR6構(gòu)成通路：交流電源的a相→SCR1→R→SCR6→回到電源b相。在負(fù)載電阻R上得到線電壓uab.此后只要按順序給各橋臂元件以觸發(fā)脈沖，就可依次換流。

三相全控橋式整流電路輸出電壓Ud的波形在一個(gè)周期內(nèi)為勻稱(chēng)的六段，即輸出電壓Ud的周期是陽(yáng)極電壓周期的六分之一，故計(jì)算其平均電壓Ud，只須求交電流電壓U1cosωt在（-π/6+α）至（π/6+α）的平均值即可：在ɑ＜90°時(shí)，輸出平均電壓Ud為正值，三相全控橋工作在整流狀態(tài)，將交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鳌?）逆變工作狀態(tài)在ɑ＞90°時(shí)，輸出平均電壓Ud則為負(fù)值，三相全控橋工作在逆變狀態(tài)，將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?。采用三相全波全控整流電路，?dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)能進(jìn)行逆變滅磁，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)原來(lái)儲(chǔ)存的能量迅速反饋給交流電源去，以減輕發(fā)電機(jī)損壞的程度。對(duì)于他勵(lì)接線，逆變能迅速完成，性能較好；對(duì)于自并勵(lì)接線，則逆變性能較差。此外，在調(diào)節(jié)勵(lì)磁過(guò)程中，如使ɑ＞90°，則加到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電壓變負(fù)，能迅速進(jìn)行減磁。在全控橋中常將β=180°-ɑ叫作逆變角。由于ɑ＞90°才進(jìn)入逆變狀態(tài)，故逆變角β總是小于90°的?？捎孟率奖硎救嗳貥蛟谀孀児ぷ鳡顟B(tài)時(shí)的反向直流平均電壓，即

Uβ=-1.35U1COS(180°-β)=1.35U1COSβ對(duì)于三相全控橋整流電路，可控硅元件的導(dǎo)通角是固定不變的。通常用β代表逆變角。隨著控制角ɑ的變化，逆變角β在0°到90°之間變化。如果逆變角β過(guò)小，或者逆變過(guò)程中三相全控橋的觸發(fā)脈沖因故突然消失，則最后導(dǎo)通的一組可控硅元件，將工作在勵(lì)磁繞組電感“放電——激磁——放電”的交替過(guò)程中。如下圖。（3）異常情況下的波形分析三相橋式整流電路在運(yùn)行中由于各種原因，可以出現(xiàn)橋臂斷開(kāi)、脈沖丟失、換相失敗及續(xù)流不良等故障。1、橋臂斷開(kāi)或其脈沖丟失運(yùn)行中某一個(gè)或兩個(gè)橋臂的元件損壞，或者作為過(guò)流保護(hù)的快速熔斷器熔斷，可使其橋臂呈現(xiàn)斷開(kāi)狀態(tài)；或者由于觸發(fā)控制回路的故障，出現(xiàn)觸發(fā)脈沖的丟失，致使應(yīng)當(dāng)開(kāi)通的某一個(gè)或兩個(gè)橋臂元件不能開(kāi)通，可控整流電路處于異常工作狀態(tài)。1)一臂斷開(kāi)或其脈沖丟失假定控制角ɑ=60°時(shí)，快速熔斷器KRD1熔斷，或因橋臂元件SCR1損壞而斷路，或其正a相的觸發(fā)脈沖消失，使橋臂1處于開(kāi)斷狀態(tài)，則此時(shí)輸出的整流電壓Ud如下圖（b）所示。在正常工作情況下，在ωt1時(shí)刻本應(yīng)觸發(fā)SCR1使輸出電壓轉(zhuǎn)換為a、b相間的線電壓，現(xiàn)橋臂1不通，仍繼續(xù)由橋臂5與6構(gòu)成通路，電感性負(fù)載釋放能量，Ud按Ucb負(fù)半周的波形變化。ωt2時(shí)橋臂元件2接受觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通，并關(guān)斷橋臂元件6。在ωt2至ωt期間，由橋臂2與5構(gòu)成直通短路，Ud0。到ωt3時(shí)，觸發(fā)橋臂3，關(guān)斷橋臂5，輸出電壓按Ubc變化。在這路異常情況下，整流橋輸出電壓的平均Ud將只為正常情況下平均值的一半（若保持ɑ=60°時(shí)）。若共陽(yáng)極組的某一橋臂發(fā)生上述故障，其結(jié)果也是相似的。(b)ɑ=60°一臂斷開(kāi)時(shí)Ud波形(c)ɑ=30°一臂斷開(kāi)時(shí)Ud波形2)同相的上下兩臂斷開(kāi)或其脈沖丟失例如下圖（a）所示，共陰極組的a相與共陽(yáng)極組的b相橋臂斷開(kāi)，或者正a相與負(fù)b相的觸發(fā)脈沖丟（圖中用涂黑的KRD1與KRD6示意該兩臂不能導(dǎo)通），則分別由它們構(gòu)成通路的有關(guān)線電壓Ucb、Uab、Uac均無(wú)輸出。ɑ=60°下發(fā)生這種故障時(shí)的Ud波形，如圖（b）所示的陰影線部分，由線電壓Ubc、Uba、Uca(包括Uca負(fù)半周的60°區(qū)間)所組成，這時(shí)輸出電壓的平均值Ud將下降到無(wú)故障時(shí)的三分之一。

ɑ=60°，不同相的兩臂斷開(kāi)時(shí)Ud波形同一相的兩臂不能導(dǎo)通時(shí)Ud波形

(a)電路圖；(b)輸出電壓Ud波形(a)電路圖；(b)ɑ=60°下故障時(shí)Ud波形

(c)ɑ=0°下故障時(shí)Ud波形3)同一組的兩臂斷開(kāi)或其脈沖丟失如果共陰組或者共陽(yáng)極組的兩臂不能導(dǎo)通，如下圖中橋臂1與3不能開(kāi)通那樣，這時(shí)只有Ucb及Ucɑ的部分波形輸出。圖（b）是ɑ=60°下發(fā)生這種故障時(shí)的Ud波形。正常時(shí)在ωt1時(shí)刻觸發(fā)SCR1應(yīng)該開(kāi)通橋臂1，現(xiàn)因故不能導(dǎo)通，在負(fù)載感應(yīng)電勢(shì)的作用下，繼續(xù)使橋臂元件5與6開(kāi)通，送出Ucb負(fù)半周波形，ωt2時(shí)觸發(fā)SCR2由橋臂2與5續(xù)流，直至ωt4時(shí)刻進(jìn)還不能使SCR5關(guān)斷，則在ωt4處觸通SCR4時(shí)，立即由橋臂5與4輸出Ucɑ電壓；否則，ωt4時(shí)SCR5關(guān)斷，則需等至ωt5時(shí)觸通SCR5，才由橋臂4與5構(gòu)成通路，輸出當(dāng)時(shí)的Ucɑ電壓。

（4）半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的保護(hù)硅元件承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較差，可控硅元件承受正向電壓上升率和電流上升率有一定的限度，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的絕緣只有一定的耐壓水平。如不采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)和抑制措施，運(yùn)行中就有可能超過(guò)容許范圍，損壞半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)中的有關(guān)部件。過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電流保護(hù)

三、滅磁與過(guò)壓保護(hù)

1、發(fā)電機(jī)滅磁2、過(guò)電壓及其保護(hù)同步發(fā)電機(jī)安全可靠的滅磁，不僅關(guān)系到勵(lì)磁系統(tǒng)本身安全，而且直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。發(fā)電機(jī)組正常停機(jī)時(shí)：逆變滅磁。發(fā)電機(jī)組事故停機(jī)時(shí)：事故停機(jī)滅磁，即當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障，在繼電保護(hù)動(dòng)作切斷主斷路器時(shí)，要求迅速地滅磁；在發(fā)電機(jī)發(fā)生電氣事故時(shí)，滅磁系統(tǒng)應(yīng)迅速切斷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路，并將儲(chǔ)藏在勵(lì)磁繞組中的磁場(chǎng)能量快速消耗在滅磁回路中。（1）滅磁的主要任務(wù)滅磁時(shí)間應(yīng)盡可能地短暫。滅磁反電壓不超過(guò)規(guī)定的倍數(shù)。滅磁裝置的電路和結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單可靠。滅磁開(kāi)關(guān)應(yīng)有足夠的分?jǐn)喟l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流能力。滅磁系統(tǒng)要有足夠的容量。滅磁要求按開(kāi)關(guān)功能分：耗能型滅磁：滅磁開(kāi)關(guān)將磁場(chǎng)能量消耗掉移能型滅磁：滅磁開(kāi)關(guān)不消耗磁場(chǎng)能量，磁場(chǎng)能量由專(zhuān)用的滅磁電阻來(lái)消耗按開(kāi)關(guān)位置分：直流滅磁開(kāi)關(guān)滅磁：滅磁開(kāi)關(guān)裝設(shè)在直流側(cè)交流滅磁開(kāi)關(guān)滅磁：滅磁開(kāi)關(guān)裝設(shè)在交流側(cè)跨接器滅磁：不使用滅磁開(kāi)關(guān)而使用跨接器按滅磁電阻的種類(lèi)分：氧化鋅非線性電阻滅磁碳化硅非線性電阻滅磁線性電阻滅磁（2）滅磁系統(tǒng)分類(lèi)直流滅磁原理圖

直流開(kāi)關(guān)滅磁圖中:MK為滅磁開(kāi)關(guān)

SCR為可控硅功率裝置

R為滅磁電阻。直流滅磁原理

直流開(kāi)關(guān)滅磁原理為：滅磁時(shí)，跳開(kāi)直流開(kāi)關(guān)MK，直流開(kāi)關(guān)斷口產(chǎn)生電弧，電弧電壓與可控硅SCR輸出的電壓疊加，與轉(zhuǎn)子的感應(yīng)反電勢(shì)相等，該反電勢(shì)同時(shí)加在滅磁電阻兩端，即：當(dāng)UR大于滅磁電阻回路的轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，滅磁電阻回路導(dǎo)通，消耗磁場(chǎng)能量而滅磁。對(duì)其評(píng)價(jià)

直流開(kāi)關(guān)滅磁條件直流開(kāi)關(guān)滅磁條件：必須保證在發(fā)電機(jī)任何工況下滅磁時(shí)，開(kāi)關(guān)斷口弧壓與可控硅整流橋輸出的電壓疊加后的值，超過(guò)滅磁電阻導(dǎo)通電壓。直流開(kāi)關(guān)滅磁特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：滅磁時(shí)無(wú)需外部邏輯配合，操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：對(duì)直流開(kāi)關(guān)斷口弧壓要求較高，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)制造困難。

跨接器滅磁原理圖

跨接器滅磁勵(lì)磁跨接器就是轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)裝置，其基本電路及其原理是：一組正反向并聯(lián)的可控硅串聯(lián)一個(gè)放電電阻后再并聯(lián)在勵(lì)磁繞組兩段，當(dāng)可控硅的觸發(fā)器電路檢測(cè)到轉(zhuǎn)子過(guò)電壓后，立即發(fā)出觸發(fā)脈沖使可控硅導(dǎo)通，利用放電電阻吸收過(guò)電壓能量。

對(duì)其評(píng)價(jià)

跨接器滅磁方案的優(yōu)點(diǎn)：主回路無(wú)開(kāi)關(guān)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高?？缃悠鳒绱欧桨傅娜秉c(diǎn)：跨接器回路的最大導(dǎo)通電壓不能高于交流線電壓的峰值，滅磁時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。滅磁電阻滅磁用電阻可以是線性電阻，可以是非線性氧化鋅滅磁電阻，也可以是非線性碳化硅電阻。在汽輪發(fā)電機(jī)的滅磁中由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為實(shí)心轉(zhuǎn)子具有較強(qiáng)的阻尼作用，即使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組中的電流迅速衰減到零，但由于阻尼繞組中的電流不能迅速衰減，發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓并不能達(dá)到迅速衰減的目的，而且阻尼繞組中的電流是不可控的，所以在具有較強(qiáng)阻尼作用的發(fā)電機(jī)機(jī)組中多采用線性電阻滅磁。而對(duì)于阻尼作用較弱的發(fā)電機(jī)機(jī)組則多采用非線性電阻滅磁。在水輪發(fā)電機(jī)的滅磁中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不為實(shí)心轉(zhuǎn)子，其阻尼作用不強(qiáng)，而且發(fā)電機(jī)在故障情況下的機(jī)端電壓升高很多，為有效降低事故擴(kuò)大化，宜非線性滅磁。非線性電阻分為氧化鋅和碳化硅。其伏安特性的表達(dá)式為：式中：U—非線性電阻兩端的電壓

I—流過(guò)非線性電阻的電流

C—材料系數(shù)

β—非線性電阻的系數(shù)如圖：滅磁開(kāi)關(guān)選擇滅磁開(kāi)關(guān)額定工作電壓：應(yīng)大于轉(zhuǎn)子上的最大工作電壓；滅磁開(kāi)關(guān)額定工作電流：應(yīng)大于轉(zhuǎn)子最大長(zhǎng)期連續(xù)工作電流；滅磁開(kāi)關(guān)開(kāi)斷電流能力：應(yīng)大于轉(zhuǎn)子強(qiáng)勵(lì)