同步电动机及励磁.课件

1、发电机励磁相关培训资料学习思路 旋转电机三相异步电机原理三相同步电机异步起动法如何牵入同步需要直流励磁整流电路装置原理，维护，调试。同步电动机 同步电动机是交流电机（同步电机）的一种类型，它的转速与电源频率之间有着恒定的同步关系。n=60f/p 以同步电动机为例： 额定转速200r/min 额定频率50z P=6050200=15 说明：P为磁极对数。 三相同步电动机的结构 转极（旋转磁极）式同步电机 转枢式同步电机同步电机的特点转速恒定。在运行过程中，只要电源频率一定，同步电动机的转速不随负载大小而改变，负载的变动只是使其功角发生变化。负载增加时功角变大，负载转矩或阻转矩大到使电动机功角超过

2、极限时，电动机失步。同步电机的特点功率因数可调。同步电动机可以通过调节其励磁电流，在超前的功率因数下运行，因而，有利于改善电网的功率因数。效率高。异步电动机功率因数较低，因此，效率也低。而相应同步电动机的效率则较高。尤其在低速同步电动机这一点更明显。同步电机的特点运行稳定性高。 在超前功率因数下运行的同步电动机其过载能力相应异步电动机的大， 异步电动机的转矩与端电压的二次方成正比而同步电动机如果它的励磁电流不受电网电压影响，其转矩只是随端电压的一次方成正比。同步电机的特点 当电网电压降低或电动机果负载时，同步电动机的励磁一般能自动调节，实行强励来保证运行的稳定性。同步电动机的启动 同步电动机的

3、启动就是同步电动机自接入电网直至转子达到同步转速的过程。 为完成这个过程通常采用一下方法：异步启动法调频启动法用辅助电动机启动法但大部分同步电动机采用异步启动法。异步启动法 主要依靠在定子投入电网后磁极极靴上的启动绕组（阻尼绕组）中的感应电流与定子磁场间的产生的异步转矩来进行启动的。此时为避免励磁绕组开路感应的高电压将绝缘击穿，必须将励磁绕组分段开路或短接起来。在短接时，短接的励磁绕组中会流入较大的感应电流，这个电流与定子三相旋转磁场相互作用而产生的转矩，使得电动机的合成转矩在一半同步转速附近变小，出现最小转矩，即单轴力矩效应。所以，启动时励磁绕组中应串联一个电阻值约是5-10倍励磁绕组电阻值

4、的启动电阻器。以限制感应电流，提高最小转矩，且能提高牵入转矩。 异步启动时，定子电流可达到额定值的67倍。微机励磁技术什么叫励磁： 励磁同步电机运行时，在励磁绕组（电机转子绕组）中通入直流电流建立磁场的过程，称为励磁。这个直流电流称为励磁电流。而供给电流的整个系统称为励磁系统。 目前，励磁采用wwww生产的型微机全控励磁装置。该装置是以电力电子技术、现代控制理论与微机技术相结合的新一代励磁调节控制装置。 我们本次学习就以该装置进行讲述直流电从哪里来？在我们o站电源使用的是交流电。而励磁需要的是直流电。那直流电是怎么来的呢？这就需要整流。整流电路是一种将交流电能转变为直流电能的转换电路。 整流二

5、极管可以实现这种转换，但它的输出量仅与电路形式及输入交流电压有关，输出量不可变。无法满足我们的要求。 但由晶闸管组成的可控整流电路却可以实现。晶闸管简介 晶闸管又叫可控硅。它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极图2(a)：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号图2(b)可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。 图2晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理 外形有螺栓型和平板型两种封装 引出阳极A、阴极K和门极（控

6、制端）G三个联接端 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便 平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3螺栓式可控硅平板式可控硅晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 1. 电压定额电压定额1) 断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的 正向峰值电压。2) 反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。3) 通态（峰值）电压通

7、态（峰值）电压UTM晶闸管通以某一规定倍 数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。 通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数2. 电流定额电流定额 1) 通态平均电流通态平均电流 IT(AV) 额定电流- 晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态 下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管应留一定的裕量，一般取1.52倍晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 2)

8、 维持电流维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则IH越小 3) 擎住电流擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的最小电流 对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的24倍 4) 浪涌电流浪涌电流ITSM 指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数3. 动态参数动态参数 除开通时间tgt和关断时间tq外，还有： (1) 断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率在阻断的

9、晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于一个电容的J2结会有充电电流流过，被称为位移电流位移电流。此电流流经J3结时，起到类似门极触发电流的作用。如果电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数(2) 通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt 指在规定条件下，晶闸管能承受而 无有害影响的最大通态电流上升率 如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性 第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性正向导通雪崩击穿O

10、+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG可控硅导通和关断条件 状态 条件 说明 从关断到导通 1、阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流 两者缺一不可 维持导通 1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可 从导通到关断 1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件即可 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通 随着门极电流幅值的增大

11、，正向转折电压降低 导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿 晶闸管本身的压降很小，在1V左右 导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。（伏安特性图）2 2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性 晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管，从阴极流出阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的晶闸管的门极和阴极之间是PN结J3，其伏安特性称为门极伏安特性门极伏安特性。为保证可靠、安全的触发，触发电路所提供的触发电压、

12、电流和功率应限制在可靠触发区。（伏安特性图伏安特性图）1.3.2 1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性2. 动态特性动态特性 图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形 100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA1.3.2 1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 1) 开通过程（开通过程（特性图特性图)延迟时间延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间上升时间上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间开通时间开通时间tgt以上两者之和， tgt=td+ tr （1-6） 普通晶闸管延迟时间为0.51.5 s，

13、上升时间为0.53 s 1.3.2 1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性2) 关断过程关断过程反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电流衰减至接近于零的时间正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作 关断时间关断时间tq：trr与tgr之和，即 tq=trr+tgr （1-7)） 普通晶闸管的关断时间约几百微秒。 电力电子器件器件的保护电力电子

14、器件器件的保护1.7.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护 电力电子装置可能的过电压电力电子装置可能的过电压外因过电压和内因过电压 外因过电压外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外因 (1) 操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起 (2) 雷击过电压：由雷击引起 内因过电压内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程 (1) 换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压 (2) 关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在

15、器件两端感应出的过电压1.7.2 1.7.2 过电流保护过电流保护 过电流过载和短路两种情况 常用措施（图1-37） 快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器 同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性 电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作图1-37过电流保护措施及配置位置负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器动作电流整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器 变流器直流快速断路器电流互感器变压器图1 -37 1.7.2 1.7.2 过电流保护过电流保护快速熔断器快速熔断器 电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施 选择快熔时应考虑：(1)电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定(2)电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定(3)快熔的I 2t