勵磁講課內容

勵磁講課內容第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)

逆變滅磁的過程4發(fā)電機的建壓過程2晶閘管的原理和可控硅的原理3壓敏電阻的作用5勵磁系統(tǒng)的作用1第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日

一、發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)的作用

1）發(fā)電機在允許的負載范圍內運行時，勵磁系統(tǒng)提供相應的勵磁電流以保證發(fā)電機為額定值2）當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，而使電壓降低時勵磁系統(tǒng)能夠快速勵磁，保持電網電壓在較高水平3）當發(fā)生短路時，能使短路電流增大，從而提高繼電保護動作的可靠性4）當機組發(fā)生甩負荷時，機組的電壓升高，能夠迅速地減少勵磁電流，防止電壓升高而損壞發(fā)電機的繞組5）當發(fā)電機發(fā)生內部故障時，應能快速滅磁。第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日二、發(fā)電機的建壓過程

采用可控硅勵磁作為整流器，由于可控硅是一種功率放大倍數(shù)極高的理想的開關元件，大大的改善了勵磁系統(tǒng)的響應特性，這對發(fā)電機和系統(tǒng)的運行有著十分重大的意義。1、起勵的原因起勵供給轉子直流電，使轉子建立磁場。起勵時間為6s，6s不夠可延長到10s。由于發(fā)電機剩磁所決定的殘壓比較低，不足于使可控硅觸發(fā)導通，所以發(fā)電機的起勵建壓需依靠其他電壓，我站采用的是直流電源給發(fā)電機端電壓升至其額定電壓的30%—40%時，可控硅就可以觸發(fā)導通了，由可控硅三相全控整流橋式電路整流出的直流電給轉子提供穩(wěn)定的直流電,來維持發(fā)電機端電壓的穩(wěn)定。（1）自動起勵自動起勵，當開機繼電器動作，發(fā)電機轉速上升至95％額定轉速時，起勵裝置投入；當機端電壓上升至40％額定電壓時，起勵裝置退出。

（2）手動起勵按QLAN和SBST按鈕起勵第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日測量電壓2YH、電流互感器副邊的電流，電流模擬量，經變送器轉換成相應的模擬量送入6000端子總線板，控制量，開關量，故障信號同時送入6000總線，以上各量通過總線與勵磁調節(jié)板J3接口連接送入調節(jié)板，即自動通道，由PLC實現(xiàn)。自動調節(jié)調節(jié)器又將以上各量經J4插口送入PLC。通過PLC的模擬量采集進行A/D轉換后，PLC進行邏輯判斷然后將指令D/A轉換后輸出到調節(jié)板的線收集成PID電路進行調節(jié)，調節(jié)后輸出移相控制信號，調節(jié)板J1又與移相觸發(fā)模塊連接，實現(xiàn)移相觸發(fā)，從而調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，同時調節(jié)板J3插口將勵磁運行狀態(tài)輸出至監(jiān)控系統(tǒng)。模擬量——變流濾波——A/D——PLC——D/A——放大電路——PID——移相觸發(fā)模塊——可控硅

2、通過可控硅自主勵磁的過程第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日

勵磁調節(jié)器調節(jié)勵磁電流

自動調節(jié)勵磁電流的方法

在改變發(fā)電機的勵磁電流中，一般不直接在其轉子回路中進行，因為該回路中電流很大，不便于進行直接調節(jié)，通常采用的方法是改變勵磁機的勵磁電流，以達到調節(jié)發(fā)電機轉子電流的目的。我站用的方法是，改變勵磁機的勵磁電流，及改變可控硅的導通角等。根據發(fā)電機電壓、電流或功率因數(shù)的變化，相應地改變可控硅整流器的導通角，于是發(fā)電機的勵磁電流便跟著改變。這套裝置一般由晶體管，可控硅電子元件構成，具有靈敏、快速、無失靈區(qū)、輸出功率大、體積小和重量輕等優(yōu)點。在事故情況下能有效地抑制發(fā)電機的過電壓和實現(xiàn)快速滅磁。自動調節(jié)勵磁裝置通常由測量單元、同步單元、放大單元、調差單元、穩(wěn)定單元、限制單元及一些輔助單元構成。被測量信號（如電壓、電流等），經測量單元變換后與給定值相比較，然后將比較結果（偏差）經前置放大單元和功率放大單元放大，并用于控制可控硅的導通角，以達到調節(jié)發(fā)電機勵磁電流的目的。同步單元的作用是使移相部分輸出的觸發(fā)脈沖與可控硅整流器的交流勵磁電源同步，以保證控硅的正確觸發(fā)。調差單元的作用是為了使并聯(lián)運行的發(fā)電機能穩(wěn)定和合理地分配無功負荷。

第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日三、晶閘管的原理和可控硅的原理1、晶閘管的工作原理和作用？答晶體閘流管簡稱晶閘管,也稱為可控硅整流元件(SCR),是由三個PN結構成的一種大功率半導體器件。在性能上,晶閘管不僅具有單向導電性,可貴的可控性,有導通和關斷兩種狀態(tài).它是一種功率放大元件同時據有整流作用，整流電壓可以控制，當給整流電路的交流電壓一定時，輸出的電壓能夠均勻調節(jié)。。晶閘管的優(yōu)點很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍數(shù)高達幾十萬倍;反應極快,在微秒級內開通、關斷;無觸點運行,無火花、無噪聲;效率高,成本低等

（1）晶閘管在反向陽極電壓作用下，不論門極為何種電壓，它都處于關斷狀態(tài)。（2）晶閘管同時在正向陽極電壓與正向門電壓作用下，才能導通。（3）已導通的晶閘管在正向陽極電壓作用下，門極失去控制作用。（4）晶閘管在導通狀態(tài)時，當陽極電壓減小到接近于零時，晶閘管關斷。第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日

晶閘管的結構若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為:Ik=Ia+Ig。晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和:

Ia=IC1+IC2+ICO=α1Ia+α2Ik+ICO晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日

改變門極觸發(fā)電壓加入的時刻就可以控制晶閘管的導通角控制角：把晶閘管承受正壓起到觸發(fā)導通之間的電角度。α導通角：晶閘管在一個周期內導通的電角度。α+θ=180移相：改變控制角的大小即改變觸發(fā)脈沖在每一周期內出現(xiàn)的時刻稱為移相。三相半控整流橋的輸出直流平均電壓Ud，隨控制角α的大小而變化。當α=0時，Ud達到最大值；Ud隨控制角α得增大而減小，當增大到α=180°時，Ud降低至0.因此通過改變α的大小，即可以改變輸出直流平均電壓Ud的大小，也就調節(jié)了同步發(fā)電機的勵磁電流?？刂平铅恋姆秶?°~180°。交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個正半周，從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經歷的電角度稱為控制角α；在每個正半周內可控硅導通的電角度叫導通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示可控硅在承受正向電壓的半個周期的導通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或導通角θ，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現(xiàn)了可控整流?？煽毓璧墓τ貌粌H是整流，它還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路，實現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日2、可控硅的原理三相橋式全控整流電路，六個橋臂元件全都采用可控硅管。它既可工作于整流狀態(tài)，將交流變成直流；也可工作于逆變狀態(tài)，將直流變成交流。其觸發(fā)脈沖的寬度均大于60°，即所謂“寬脈沖觸發(fā)”，或者采用“雙脈沖觸發(fā)”。其觸發(fā)脈沖按照+A→-C→+B→-A→+C→-B的順序，同一時刻至少有兩個橋臂被觸發(fā)導通，在換流時有三個橋臂導通。實質上是一組共陰極組與一組共陽極組得三相半波，可控整流電路得串聯(lián)，其輸出電壓為三相線電壓波形上正半部分得包絡線要使電流流通（轉子）上，有輸出電壓，必須在共陰極組和共陽極組中有一個晶閘管導通。任一時刻總是從電壓最正相經過負載主電壓最負相構成回路移相觸發(fā)模塊的作用？第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日

觸發(fā)電路必須滿足的條件1、觸發(fā)信號應有足夠的功率（電壓和電流），以保證晶閘管可靠導通。2、觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖前沿盡可能陡。以使晶閘管在觸發(fā)后，陽極電流能上升到超過擎住電流而維持導通。對于感性負載，由于反電動勢阻止電流上升，觸發(fā)脈沖還要求更寬。3、觸發(fā)脈沖必須與主電路的交流電源同步，以保證主電路在每個周期里有相同的導通角。

4、觸發(fā)脈沖的發(fā)出時刻應能平穩(wěn)的前后移動，使控制角有一定的變化范圍，以滿足對主電路的控制要求。第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日

楞次定律感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

注意：“阻礙”不是“相反”，原磁通量增大時方向相反，原磁通量減小時方向相同；“阻礙”也不是阻止，電路中的磁通量還是變化的常規(guī)勵磁PID調節(jié)的含義是什么？PID

勵磁調節(jié)器對發(fā)電機端電壓偏差ΔUt進行比例、積分、微分控制，簡稱PID調節(jié)。比例就是按比例放大；積分是對微小偏差進行累計求和，以達到消除這些偏差，提高調壓精度；微分將動態(tài)的輸入信號相位超前，使調節(jié)器能作出快速的反應。第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日

脈沖變壓器為門極提供觸發(fā)電壓與電流的電路稱為觸發(fā)電路觸發(fā)電路的輸出集中常采用脈沖變壓器，主要用途為；起阻抗匹配作用，降低脈沖電壓幅值，增大輸出電壓，更可靠得出發(fā)晶閘管可同時送出兩組獨立脈沖將低電壓強電觸發(fā)電路與高電壓得強電整流電路在電氣上加以隔離，有利于防干擾與安全脈沖變壓器與一般變壓器得主要區(qū)別有一般變壓器傳遞的是交流正弦電壓，脈沖變壓器傳遞得是前沿陡峭的單方向脈沖電壓觸發(fā)電路一般包含；同步移相、脈沖形成、整形、脈沖功效、輸出第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日

勵磁變壓器勵磁變壓器為三相環(huán)氧干式，額定電壓6300V／245V勵磁變的構造與一般的變壓器有何不同？答：1、運行時，變壓器的付邊接的是非線性的半導體元件。2、三相整流器工作時，要進行電流換相，在電流換相的過程中會出現(xiàn)兩相同時導通的重疊現(xiàn)象，這時變壓器的付邊處于兩相短路的瞬變狀態(tài)，而且是經常地頻繁地發(fā)生，故對變壓器的結構設計和熱效應都要加以考慮。3、勵磁變壓器的漏電抗應盡可能的比普通變壓器小。可控硅整流器要求加在陽極上的電壓應保持恒定或限制在極小的范圍內波動。故供電給整流器用的電源變壓器應具有較小的漏阻抗壓降。4、勵磁變壓器原、付邊繞組的聯(lián)接整流變壓器對供電的電源（發(fā)電機）來說，猶如一臺諧波發(fā)生器作為它的負載，諧波幅值及次數(shù)的大小都會給電源帶來不利的影響，同時對其他裝置亦會有干擾，因此要求盡可能的減少這些諧波（特別是三次諧波）對電源的影響，采用⊿/Y的聯(lián)結較為有利.第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日

欠勵限制和過電壓當測量回路測出發(fā)電機欠勵時，每當此電流值超過整定值時，回輸出一個信號限制導通角繼續(xù)減小，勵磁電流會被限制在某一數(shù)值上叫欠勵限制。過勵限制時把整流值最大輸出電流限制在一定限度內的安全保護措施，發(fā)電機電壓下降5%就能將升角升到最大進行強勵，這種情況在強勵電流能達到額定勵磁電流的2倍對勵磁線圈和整流器都不利，所以必須加以限制。過勵限制暫時定為360A，欠勵限制的整定范圍：如果發(fā)電機定子方面出現(xiàn)電壓，亦即U極劇升高達到某一整定值，通過勵磁調節(jié)器迅速地.自動地將可控硅的控制角移至逆變區(qū)域，使發(fā)電磁場的磁能的一部分逆變致可控硅變流裝置的交流側，以減少轉子磁能，勵磁電流立即下降，實現(xiàn)了逆變減磁，過電壓因而得到抑制。第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日可控硅的整流1、整流工作狀態(tài)(0-90) 在0—90的某一瞬刻，同時觸發(fā)1、4兩管，整流器的輸出電壓為變壓器輸出正弦電壓的一部分，且其平均值為正。流過整流器的電流方向與整流電壓的方向是一致，此時電流流入轉子的正端，作為負載的轉子吸收功率，稱為工作狀態(tài)。整流器輸出的平均電壓U略大于轉子內的電勢E，回路電流的大小滿足I=U-E/R的關系。2、0℃<α<90℃

)U-Eeu+_RI=+_第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日a、α=30°第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日三相全控整流橋的電壓和電流UI第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日

同步發(fā)電機的滅磁將勵磁磁通降低到接近零值的過程稱為滅磁過程。發(fā)電機在正常運行時，需要經常滅磁。尤其是在其內部及引出端絕緣損壞而發(fā)生故障時，滅磁就具有特殊的意義。因為電機內部故障產生的短路電流可能大于外部故障時的電流，這對電機非常危險。這時滅磁是限制故障范圍，并使繞組免于全部燒毀的唯一方法。故障范圍不僅與短路電流的大小有關，而且還取決于短路的持續(xù)時間。滅磁愈迅速，故障范圍就愈小。最簡單的滅磁方法是斷開電機磁場繞組。但由于網絡電感很大，在磁場繞組兩端會產生相當高的過電壓，使絕緣擊穿。因此，滅磁通常先將磁場繞組截至滅磁電阻上，然后斷開勵磁電源?？煽毓鑴畲艤绱欧绞接袔追N？答；1）正常停機自動滅磁2）事故停機線性滅磁3）人工手動滅磁。第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日事故停機線性滅磁和人工手動滅磁在事故情況下，如果還采用逆變滅磁，那么滅磁的速度太慢，不能及時的切除故障點，這時我們采用的線性電阻滅磁。在勵磁開關拉開后，勵磁開關的閉接點接閉，將轉子中的磁場能量消耗在滅磁電阻上。人為給PLC一個指令，使導通角打開至90—180°將轉子中的能量逆變至定子線圈上的過程。第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日逆變120℃<逆變角度α<180℃)E-UR=IeU+_+_第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日

逆變的條件逆變的條件？120℃<逆變角度α<180℃

答：1）直流側有與直流電流同方向的直流電源2）變流器必須工作在大于90度的區(qū)域，直流功率逆變?yōu)榻涣鞴β收鬓D逆變過程，在可控硅整流時勵磁電流由直流側電壓產生，此電壓波形正面積大于負面積，使平均直流電壓大于0，產生勵磁電流，變流器直流側存在于勵磁電流同方向的電勢E當控制角α增大到>90o時，盡管晶閘管的陽極電位處于交流電壓，大部分為負，但由于電勢作用晶閘管任能承受電勢壓而導通，維持電流流通，直流側電壓波形，由于負面積大于電勢面積，平均電壓<0，即開始逆變狀態(tài)，將轉子線圈能量傳遞給定子線圈，消耗至轉子電流低于晶閘管導通時得維持電流時晶閘管自行關斷，逆變結束第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日

壓敏電阻的作用可控硅整流元件是核心部分，在承受過負載（過壓和過流）的裕度系數(shù)比較小，尤其是可控硅對過電壓十分敏感1、壓敏電阻的保護功能，絕大多數(shù)應用場合下，是可以多次反復作用的壓敏電阻電路的“安全閥”作用，可以說是一個分壓電路。2、正常工作時阻值較大，漏電流極小，遇到尖峰過電壓時，可通過數(shù)千安培的放電電流，因此抑制過電壓的能力很強，具有正反都很陡的穩(wěn)壓特性

3、壓敏電阻的最大特點是當加在它上面的電壓低于它的閥值“UN”時，流過它的電流