维护电工基础知识讲解课件

1、维修电工基础知识维修电工基础知识o 元器件元器件o 电机电机o 变压器变压器o 双闭环直流调速系统基础理论双闭环直流调速系统基础理论o 变频器变频器o 低压动态无功补偿低压动态无功补偿o 软启动软启动o PLC基础知识基础知识第一章第一章 元器件元器件l定义：一般电阻元件，在任何一时刻元件两端的电压电压与流过其端钮之间的电流电流存在一种代数关系（确切的瞬时关系）的两端钮元件。l在交流和直流电路情况：瞬时值： 序言n电阻电阻tuumsinRui tRumisin)2cos1(sinsintiuttiuUIPmmmm元器件元器件-电阻电阻tuumsin)2cos1(sinsintiuttiuUIP

2、mmmm2cosuiuiP元器件-电阻l平均功率：耗能器件l电阻的电压和电流相位关系：同相位l电阻参数：功率、阻值l电阻的用途： 1.分压 2.限流 3.吸收过电压 4.加热、提供热能、l电阻的特点： 1.P大于0，具有耗能性 2.U和 I都可突变RuRiuiPdtTpT211元器件-电感n电感l定义：一般电感元件，就是电流电流i与磁链与磁链之间存在一种代数关系（确切的瞬时关系）的两端钮元件。l韦安特性：磁链与电流关系磁链与电流关系 线性非时变的电感元件(韦安特性是条过原点直线）直流回路电感相当于短路LLNLitgL元器件-电感l电感元件 （线性非时变）电压、电流关系：电阻忽略不计时（外加电压

3、超前电流90）自感电势)90sin()90sin()sin(sinwtEtwLItIdtdLdtdiLetIimmmLmfLLXtuutLdtdiLeuLmL2)90sin()90sin(元器件-电感l功率、电压、电流相位关系：QL的频率是电压或电流频率的2倍。U、i都为正时，QL为正，吸收能量（负载）U、i都为负时，QL为正，吸收能量（负载） U为正i为负时，QL为正，吸收能量（无功电源）U为负i为正时，QL为正，吸收能量（无功电源）电阻忽略不计时，电路中没有能量损耗，瞬时功率正半周与正半周的面积完全相等，所以交流电感电路中平均功率为0.tIUttIUQttIUUIQmmmmLmmL2sin

4、21cossinsin)90sin(元器件-电感l磁场储能： 存储在磁场中全部能量l 电感参数： 电感量、电流l电感的用途：l滤波、谐波治理、变压器、电机、电磁铁、接触器、继电器、磁砣、电焊机、高频淬火等。 )(212JLIA元器件-电容n电容电容l定义：聚集电荷或存储电能的元件。 电荷与两端存在着代数关系的两端钮元件。l库伏特性：i大于0时，充电； i小于0时，放电（q下降，电压降，电压变化率下降）。线性非时变电容元件 q正比于u)90sin()90sin()sin(sintiitcutudtdcdtducidtdqcqdtdqituummmm元器件-电容l电流i超前电压u90度l阻抗 l电

5、容的储能：fccXc211)(21)(2)()(tcucuduwdtdtduwdtpwdtdwptuucttc吸吸元器件-电容l某一时刻的电压u(t)与该时刻以前的电流都有关系，对 过去历史上有过的电流有记忆作用，因此，电容是有记忆性作用。 l电容的特点： 1.c元件是动态元件（导数关系）、储能元件、是由记忆性元件、无源性元件。 2.电压超前电流90度l电容的用途：l滤波、谐波治理、提高电网功率因数、过电压吸收等。l电容的种类：ttdicutu0)(1)0()(元器件-功率元件n二极管二极管 1.PN结的单相导电性：结的单相导电性： I-PN结的电流（A) Is-反向饱和电流（A) V-外加电

6、压（V) Vt-温度的电压当量 e-自然对数的底 q-电子电荷量 K-玻尔兹曼常数 T-绝对温度从上式可以看出，当PN结为正向偏置时，电压V为正，只要V远大于Vt（常温下Vt=0.026V），式中结中 远大于1，因此PN结中的电流If随正偏电压V的增加按指数规律上升。当PN结为反向偏置时，电压V为负，随电压V的绝对值的增加，指数项很快趋近于0，于是I约等于-Is，即反向饱和电流是一常数，不随外加电压变化。) 1() 1(ktqvSvvseIeIIttvve元器件-功率元件2.PN结的反向击穿（1）雪崩击穿：高电压击穿 （2）齐纳击穿：也称隧道击穿，在比较低的反向电压下发生击穿（3）热击穿3.二

7、极管的特性与参数：（1）伏安特性：与温度有关（温度升高曲线左移） 4.开关特性：由于Pn结电容的存在，在二极管加正向电压流过正向电流时，结电容上冲有一定电荷。元器件-功率元件（1）在t0时刻，二极管加正向电压Vf，正向电流由负载电阻决定（If=Vf/R），二极管的正向压降很小。（2）当t=0时，切断正向电压Vf，施加反向电压Vr。二极管的正向电压降很小，但是由于势垒电容和扩散电容的作用，载流子无法立即消失，所以，二极管两端电压电压仍然保持导通状态时正向电压降的值，即Ud。反向电流仍由负载电阻R决定，-Ir=-Vr/R。 (3）当t0时，尽管空间电荷区的存储载流子不断漂移出该区，但由于N区中的非

8、平衡载流子不断向空间电荷区移动。从而使空间电荷区仍然保持大量存储载流子，因而具有正向电压降，使反向电流保持较大的数值。元器件-功率元件（4）当t=td时刻，是二极管反向恢复过程中的的一个重要转折点，此时加于空间电荷区的正向电压减小为0，非平衡载流子完全消失，此后空间电荷区的载流子浓度将开始衰减，td称为延迟时间。（5）当ttd以后，空间电荷区的载流子浓度进一步减少，开始承受反向电压PN结变为反向偏置状态，反向电流明显下降，反向电压降相应上升。反向电压上升到外加电压-Ur，反向电流减小到反向饱和电流，此时二极管完全恢复到截止状态。（6）由t=td到二极管完全截止所需时间称为电流下降时间，用tf表

9、示（7）反向恢复时间trr=td+tf -决定开关速度5.性能参数：（1）额定正向平均电流 If长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。有效值为： 1.57If元器件-功率元件（2）反向重复峰值电压：反向所能施加的最高峰值电压。通常是反向雪崩击穿电压的2/3.（3）最高允许结温： 125-175（4）反向恢复时间trr：是从二极管正向电流过零到反向电流下降到其峰值10%时的时间间隔它与反向电流上升率、结温、开关前的最大正向电流等因素有关。（5）定额 ：他是体现承载正向不重复最大电流的能力。即电流浪涌不超过一个工频周期时tI2ftI1222值一个周期浪涌电流额定元器件-功率元件6.二极管的分类：

10、二极管的分类：普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。普通二极管：普通二极管：用于1KHZ以下的整流电路中，反向恢复时间25微秒左 右。快恢复二极管：快恢复二极管：用于高频斩波和逆变电路，反向恢复时间5微秒左 右。超快速二极管可达50纳秒。7.二极管的用途：二极管的用途：整流、过电压吸收、续流、限幅、稳压等。8.二极管的检验方法：二极管的检验方法：元器件-功率元件n晶闸管（半控器件）晶闸管（半控器件）1.普通晶闸管普通晶闸管：（Thyristor) SCR (1)结构：结构：螺栓和平板型。 (2)晶闸管导通、关断条件晶闸管导通、关断条件： （3）阳极伏安

11、特性）阳极伏安特性：晶闸管阳极阴极之间电压Uak与阳极电流Ia之间的函数关系。 (4)门极伏安特性：门极伏安特性：因工艺原因门极伏安特性相差很大。元器件-功率元件（5）晶闸管开通特性：）晶闸管开通特性：晶闸管开通不是瞬间完成的，开通时阴极与阳极两端的电压有一个下降过程，而阳极电流的上升也有一个过程。（6）晶闸管关断过程：）晶闸管关断过程： Toff=Trr+Tgr Trr-反向恢复时间 Tgr-门极恢复时间 （7）参数：）参数： a.电压参数：电压参数： 断态不重复峰值电压： 门极开路时，施加于晶闸管的正向阳极电压上升到正向伏安特性曲线急剧弯曲处所对应的电压。 此电压不能重复施加，时间不大于1

12、0ms。晶闸管开通时阳极电压、电流波形元器件-功率元件l断态重复峰值电压： 门极开路及额定结温下，允许每秒50次，持续 时间不大于10ms，重复施加于晶闸管上的正向断态最大脉冲电压。 一般为断态不重复峰值电压的90%。l反向不重复峰值电压： 门极开路时，施加于晶闸管的反向电压上升到反向伏安特性曲线急剧弯曲处所对应的电压。 此电压不能重复施加，时间不大于10ms。n反向重复峰值电压： 门极开路及额定结温下，允许每秒50次，持续 时间不大于10ms，重复施加于晶闸管上的反向断态最大脉冲电压。n额定电压： 将断态重复峰值电压和反向重复峰值电压的较小值定为额定电压。元器件-功率元件l通态峰值电压通态峰

13、值电压：（管压降） 通2倍额定通态平均电流和额定结温时，阳极与阴极间瞬时电压值b.电流参数：电流参数：l通态平均电流：通态平均电流： 环境温度40和规定的冷却条件下； 导通角不小于170； 额定结温时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值；l维持电流：维持电流：l擎住电流：擎住电流：晶闸管导通后，去掉触发脉冲能使晶闸管保持导通所需要的最小阳极电流。擎住电流是维持电流的几倍。元器件-功率元件l断态重复峰值电流：断态重复峰值电流： 门极开路及额定结温下，对应于断态重复峰值电压下的峰值电流。l断态反向重复峰值电流：断态反向重复峰值电流： 门极开路及额定结温下，对应于断态反向重复峰值电压下的峰值电流。

14、l浪涌电流：浪涌电流： 在规定条件下，工频正弦半周期内所允许的最大过载峰值电流。l门极参数：门极参数：l门极触发电压门极触发电压：（一般：（一般15V）l门极重复电流门极重复电流 ： （一般几十一般几十-几百几百mA）l门极反向峰值电压：不超过门极反向峰值电压：不超过10V 元器件-功率元件l动态参数：动态参数：l断态电压临界上升率：断态电压临界上升率：du/dt 在额定结温和门极开路条件下，使得晶闸管保持断态所承受的最大电压上升率。l通态临界电流上升率通态临界电流上升率 di/dt 晶闸管用门极触发信号开通时，使得晶闸管不会导致损坏承的通态最大电流上升率。l2.特殊晶闸管特殊晶闸管l高频晶闸

15、管高频晶闸管l双向晶闸管双向晶闸管l光控晶闸管光控晶闸管元器件-功率元件3.晶闸管的应用：晶闸管的应用：l各种整流电路：各种整流电路：（1）单相半波、全波整流电路（2）三相桥式全控、半控整流电路（3）带平衡电抗器的双反星整流电路l交流调压交流调压l逆变器逆变器l电子开关电子开关l晶闸管的检查：晶闸管的检查：n绝缘栅双极型晶体管：绝缘栅双极型晶体管：IGBT（电压控制器件）（电压控制器件）1.特点：特点：（1）输入高阻抗，是场控器件。（MOSFET特性-MOS场效应晶体 管）元器件-功率元件（2）输出特性饱和压降低。（BJT-双极晶体管特点）（3）驱动简单(日本富士EXB系列驱动模块）、保护容易

16、、不用缓冲电路、开关频率高。lIGBT产品种类：产品种类： 一单元模块 1200V 2400A 3300V 1200A 二单元模块 1200V 800A 3300V 400A 六单元模块 2500V 1000AlIGBT的主要参数的主要参数:（1）集电极-发射极额定电压 雪崩击穿电压（2）栅极-发射极额定电压 小于+20V元器件-功率元件（3）额定集电极电流： IGBT导通时的最大电流 8-400A（4）集电极-发射极饱和电压：l饱和动态时，集电极-发射极电压降。值越小，管子的功耗越小。 2.3-3.5Vl开关频率： 30-40KHZ 目前，功能市场应用最多的IGBT驱动模块是富士公司的EXB

17、系列，它驱动全部的IGBT产品。 IGBT驱动模块有过电流保护电路和过电流保护输出信号端子；2500V高隔离电压的光耦；l智能电力模块（智能电力模块（IPM）（1）特点： 将主开关器件、续流二极管、驱动电路、电流检测元件、电压检测元件、温度检测元件及保护信号生成与传送电路，某些接口电路集成在一起。元器件-功率元件 第二章 电机第二章 电机l电机的分类：电机的分类： 按供电电源分： 直流电机 和交流电机 按防护型式分：开启式、防护式（网罩式、防滴式、防溅式、封闭式、防水式、防暴式、水密式、潜水式。 IP11-防止大于50mm的固体进入，且垂直水滴不能进入电机 按电机通风冷却方式分：空气冷却（自冷

18、式、自扇冷却、它扇冷却、管道通风冷却）、液体冷却。 按工作制分：连续工作制、短时工作制、断续周期工作制、l电机名牌数据：电机名牌数据： 型号、额定数据、防护等级、接线方式、海拔高度。型号：型号：异步机Y112S-6 112- 中心高度112mm S-短机座 6-6极 同步机TFW225M2-6/24 225-中心高度225mm M-中机座 TFW-无刷同步发电机 第二章 电机l直流电机直流电机：直流电动机、直流发电机。l直流电动机直流电动机：l1.类型：类型：它励电动机、串励电动机、复励电动机、永磁电动机l2.主要公式主要公式： 3.直流电动机调速方法：直流电动机调速方法： 4.直流电动机各绕

19、组极性判定：直流电动机各绕组极性判定： 5.直流电动机刷位确定：直流电动机刷位确定： 6.直流电动机维护直流电动机维护 (1)起动前的检查起动前的检查: a.清扫灰尘。 b.绝缘电阻测试。电机额定电压500V以下，500V摇表smeICMnCEIREUeeemeaeeaameNPTTCCRRCUCRRIunCC9565)(03. 12第二章 电机 电机500V以上，1000V摇表 c.检查换向器表面是否光洁。 d.检查电刷的磨损情况。刷距均匀否。（2）运行时的监视和维护 a.火花（无火花或1 1/2级的无害火花） b.温度监视 C.绝缘电阻监视. 最低值1M / KV但不低于0.5M d.润滑

20、系统的监视 e.异常情况的观察和分析。如：异常声音、异常气味、异常振动等第二章 电机（2）修复后的试验修复后的试验a.试验前工作试验前工作：l电机各种标志检查：如出线端标志，接地标志，转向标志等。l紧固件检查：l机械检查：l换向器及电刷、集电环检查。l气隙大小及对称性检查l轴承运行情况和电机振动情况检查：l磁极极性检查l中性位置确定b.绝缘测定：吸收比大于绝缘测定：吸收比大于1.3通常不低于下式所求值通常不低于下式所求值第二章 电机lR-绝缘电阻（兆欧） u-电机绕组绝缘电阻(V)lP-电机额定功率（KW) l 对于交流发电机（KVA) ,对于调相机(Kvar)c.绕组直流电阻测量：绕组直流电

21、阻测量：l标准：标准：磁场绕组的直流电阻与原始值比较不大于2%。l 电枢换向片间的电阻差不超过10%（由均压线所引起的有规律的变化除外）。ld.绝缘耐压试验：绝缘耐压试验：l匝间耐压试验：匝间耐压试验： 130%额定电压（空载时）1minl对地对地.绝缘耐压试验绝缘耐压试验 ： 1000V+2倍额定电压 1minl超速试验：1.1倍额定电压的空载转速 2min1001000PUR第二章 电机l交流电机 l同步、异步电动机比较表 l异步电动机l1.类型：类型：鼠笼式电动机、绕线式电动机l2.主要公式主要公式： 21221222221221111) (xxxxrrSxsrsrsrUTCOSIUmP

22、kkcrkpfnnnnSxrrrUmmTSSsskssmmNcr10022212211260)() 1(第二章 电机l公式 3.交流电动机调速方法：交流电动机调速方法： 4.交流电动机各绕组极性判定：交流电动机各绕组极性判定： 5.交流电动机维护交流电动机维护 （1）起动前的检查）起动前的检查: （2）运行中检查：）运行中检查：eenPeTSEEsff95501212第三章 变压器n变压器变压器l变压器分类：l变压器原理：l变压器连结组别：l变压器并联运行条件l变压器维护l变压器试验第四章 闭环直流调速系统基础理论闭环直流调速系统基础理论第四章 闭环直流调速系统基础理论闭环直流调速系统基础理论

23、第四章 闭环直流调速系统基础理论闭环直流调速系统基础理论第四章 闭环直流调速系统基础理论闭环直流调速系统基础理论第四章 闭环直流调速系统基础理论闭环直流调速系统基础理论同步、异步电动机比较表 稳定性差，转矩与端电压平方成正比：稳定性高，转矩与端电压成正比： 稳 定 性 低 高效 率不可调，滞后可调，可工作在超前、平激、滞后功率因数随着负载的改变而改变不随负载的大小而 改变转 速 异步电动机 同步电动机dSMemEUTsindsrsemsRUmT2同步电动机通过增加电机的励磁电流，可以实现对电网无功补偿 序言 在电网电压在电网电压U U为常为常值，电磁功率为值，电磁功率为常值常值时，励磁电流与功

24、率时，励磁电流与功率因数的关系就可以由因数的关系就可以由电枢电流得到，见左电枢电流得到，见左图。调节励磁就可以图。调节励磁就可以调节同步电动机的功调节同步电动机的功率因数，从而使其工率因数，从而使其工作在超前、平激、滞作在超前、平激、滞后三种状态。后三种状态。0超前滞后定定子子电电流流ID励磁电流励磁电流If1cos 同步电机工作U形曲线同步电机补偿示意图 同步电机在过激的情况下，提高自身的峰值转矩，同时向异步电机提供无功功率 (如左上图) 。 这样既提高同步电动机运行的稳定性，又给企业带来可观的经济效益。 序言P 功角特性图目前同步电机的使用现状目前同步电机的使用现状 n随着现代化大生产的发

25、展，机电设备越来越趋向大型化、自动化、复杂化、生产过程连续化，由机电设备群体组成的系统一旦失效，就会对企业的安全生产及产品质量造成极大的威胁。同步电机由于其具有一系列优点，特别是转速稳定、单机容量大、能向电网发送无功功率，支持电网电压，在我国各行业已得到广泛应用，特别是在特大型企业，大型同步电动机担负着生产的重任，其一旦停机或故障，将严重影响连续生产，特别严重的电机设备事故将导致停产时间的延长，造成企业经济效益的严重损失，而长期以来发生同步电动机及其励磁装置损坏事故却屡见不鲜。 序言同步电机的损坏主要表现1.定子绕组端部绑线蹦断，线圈表面绝缘蹭坏，连接处开焊；导线在槽口处断裂，进而引起短路；运

26、行中噪音增大；定子铁芯松动等故障 。（见下一页图）2.转子励磁起动绕组笼条断裂；绕组接头处产生裂纹，开焊，局部过热烤焦绝缘；转子磁级的燕尾锲松动，退出；转子线圈绝缘损伤；电刷滑环松动；风叶断裂等故障。 序言转子绕组剖面图 转子模拟图 定子绕组 序言第二章第二章 励磁主回路的合理选配励磁主回路的合理选配l传统半控、全控桥励磁主回路的比较l改进型半控、全控桥励磁主回路比较 l励磁控制系统主回路元件选配主回路的选择励磁柜主电路一般有四种主回路的选择图1图2图4图3n在起动时左上图正负方向电流明显不平衡，产生直流电，引起电引起电机遭受脉振转矩强烈机遭受脉振转矩强烈振动振动，电机起动过程电机起动过程所受

27、强烈脉振是电机所受强烈脉振是电机产生暗伤逐步损坏的产生暗伤逐步损坏的重要原因之一重要原因之一。传统半、全控桥主回路分析传统半、全控桥主回路分析主回路的选择KQRFZQ-if+ifE rr主回路的选择上图主回路在电机起动时有：ErifrErifRfrUfIf主回路的选择ErifrErifRfr主回路的选择IfNS定子电流也因此而强烈脉动定子电流也因此而强烈脉动 n电机起动过程发出的强烈振动声，甚至在整个大厅内都可以听到。而且这种脉振会一直持续到电机起动结束才消失，电机起动过程所受强烈脉震是电机损伤的重要原因之一。主回路的选择Id实际定子电流曲线期望定子电流曲线T图一：定子电流脉振图主回路的选择

28、电机起动时，随着电机起动过程滑差减小，转子线圈内感应电势逐步减少，当转子转速达到50%以上时，励磁回路感应电流负半波通路不畅，将处于时通时断，似通非通状态，同样形成+if与-if电流不对称，由此同样形成脉振转矩，造成电机产生强烈振动，损伤电机。因此传统主回路逐渐被淘汰。改进型全控桥式励磁装置主回路缺点 ：n采用逆变灭磁，可靠性低，稳定性差n电机运行时灭磁电阻长期发热n不能不停机更换控制组件n停机要保正控制回路不失电主回路的选择改进型全控桥式励磁装置主回路n（1）采用全控桥式电路，停机时或失步时，其励磁控制系统的灭磁回路采用逆变灭磁的方式，而逆变灭磁要求电网电压相对稳定、主回路（包括主桥6只可控

29、硅、快熔、整流变压器等）及控制回路完好，停机时主回路电源不能马上停止。上述条件只要某一条件不能满足，将造成逆变灭磁不成功，造成逆变颠覆，损坏主回路元件及电机，往往出现正常运行的励磁装置停车后不能再次顺利开车，经检查发现主回路元件或控制回路损坏的实例。n（2）采用全控桥式电路，由于励磁绕组系电感性负载，当可控硅导通角较小电压波形出现过零时，就会有电流从Rf、KZ回路续流，这也是采用全控桥式电路经常发生灭磁电阻发热的原因之一。n（3）全控桥式电路作为励磁装置的主电路，不能实现不停机完全更换控制插件。为了达到不停机更换插件的功能，只能将控制系统做成双系统或多系统、互为热备用，即一套运行，一套热备用。

30、当一套控制系统故障时，自动切换到另一套备用系统。但是采用多CPU备份没有实际意义，复杂的备份逻辑会减少系统的平均无故障工作时间，影响可靠性。主回路的选择n断励续流灭磁或阻容灭磁，可靠性高n系统可以利用半控桥式主电路的结构特点，实现不停机更换励磁控制插件 n线路相对简洁可靠主回路的选择改进型半控桥式励磁装置主回路特点 半控桥式励磁装置主回路n（1）电机在停机或失步时，主回路采用半控桥式电路，可根据工况选择阻容灭磁或断励续流灭磁方式，或者两者皆用。A:断励续流灭磁方式是在电机失步或停机时，励磁控制系统立即停发触发脉冲，通过控制回路断开励磁主回路接触器。依靠半控桥式结构特点进行续流灭磁，这种灭磁方式

31、独立可靠B:阻容灭磁方式（见下页图），这种灭磁方式灭磁速度更快。改进型半控桥主回路优点改进型半控桥主回路优点主回路的选择励磁控制系统半控桥主回路优点励磁控制系统半控桥主回路优点n（2）灭磁电阻状态； 采用半控桥式电路，就不会有电流从Rf、KZ回路续流，而是通过可控硅和最后一个导通的二极管，因此采用半控桥式电路灭磁电阻在运行过程中处于冷态；主回路的选择 半控桥式励磁装置主回路励磁控制系统半控桥主回路优点励磁控制系统半控桥主回路优点（3）励磁控制系统可以充分利用半控桥式主电路的结构特点，不停机更换励磁控制器； 当励磁装置控制部分出现故障时，可利用半空桥电路“失控”的特点，实现不停机、不减载、不失励

32、的情况下从容更换。其基本原理如下： 在投励后拔控制插件，由于电机励磁绕组的大电感特性，使一只可控硅始终处于开通状态，三分之二在整流状态，三分之一在续流状态。（如下页图）主回路的选择 在选择整流变压器时，已合理选配二次电压，使它既能满足强励要求，又在失控状态下平均电压与平时运行电压接近，满足电机正常运行对励磁的需求。当更换上备用控制插件后，励磁装置自动转入正常工作状态。 主回路的选择Uft励磁控制系统半控桥主回路优点励磁控制系统半控桥主回路优点n减小谐波减小谐波 改善波形：改善波形： 尽管半空桥式电路比全控桥式电路谐波分量相对大些，但只要合理选择整流变压器参数，使励磁装置在正常运行时导通角相对增

33、大，将整流变压器接成/Y-11型，自动抵消谐波的主要成分三次谐波，降低谐波对电网的影响。n垫底处理垫底处理 避免失控：避免失控： 使用半控桥式电路，当励磁电流在很小时，会出现失控现象，而在同步电动机这一特殊领域，励磁电流很低会造成电机失步，所以正常运行时，励磁电流不应很低，不应该工作到失控区。通过设定垫底电压（或电流）进行处理，可使励磁装置在正常情况下不出现失控。主回路的选择半控桥主回路的设计注意事项半控桥主回路的设计注意事项半控桥主回路的设计注意事项半控桥主回路的设计注意事项n灭磁分级整定 灭磁系统分两种状态。电机异步状态时，KQ可控硅处于低通状态，在较低电压下及时开通（类似于二极管），使电

34、机起动时正负半波电流对称。电机在同步状态运行时，灭磁系统处于高通状态，确保了可控硅KQ不误导通，过电压时又及时开通，过电压消失后及时关断。 半控桥式励磁装置主回路半控桥电路和全控桥电路比较 总结 半控桥 全控桥断励续流、阻容灭磁 可靠性高 逆变灭磁可靠性差运行中灭磁电阻冷 运行中灭磁电阻热线路简洁，稳定性高 线路复杂，稳定性差能停机马上切除电源停机不能马上切除电源不停机完全更换控制器不能完全更换主回路的选择半控桥、全控桥主电路比较总结半控桥、全控桥主电路比较总结n经上述分析、比较，可以说明： 在同步电动机励磁装置这特定场合，本着因地制宜的原则，主电路采用改进型半控桥式电路的励磁装置，技术上更为

35、先进、完善，合理，有着全控桥式电路无法比拟的优越性。 主回路的选择励磁控制系统主回路元件选择励磁控制系统主回路元件选择na灭磁电阻的选择灭磁电阻的选择nb.主回路元件的选择主回路元件的选择主回路的选择 半控桥式励磁装置主回路灭磁电阻的选择灭磁电阻的选择n灭磁电阻Rf的选择灭磁电阻的大小对电机的启动性能影响很大，应合理选配。 同步电机中有鼠笼起动绕组，当电机定子通电时，由于旋转磁场和转子转速差较大，产生较大的电流，转子得到较大起动转矩。除了鼠笼绕组起动力矩外，励磁绕组也和灭磁电阻组成回路，有电流通过，形成“单轴转矩” 。因此选择合适的灭磁电阻Rf对电机的顺利起动是关键的。主回路的选择S0M0.5

36、1123465 异步驱动特性曲线示意图 加入灭磁电阻Rf就是为了改变电机的异步驱动特性。Rf的阻值大小应合理选择，若选择太小（见曲线4），仍然存在凹坑；若选择太大（见曲线5），电机的稳态转速低，很有可能造成电机转速不能进入临界滑差（即所说的亚同步）。曲线6是合理选配灭磁电阻Rf的异步驱动特性曲线。主回路的选择第三章第三章 励磁控制系统的投励方式励磁控制系统的投励方式 n滑差投励1.传统励磁采用顺极性投励2.新型微机型励磁系统，按照“准角强励”原则设计 。n计时投励励磁控制系统的投励方式传统投励方式n传统投励方式，由于投励时间选择不当，出现投励瞬间，电机震荡，在现场往往能够听到冲击声。（如右图）

37、n传统采用投励插件式分立元件结构，投励环节精度不高，易发生故障。励磁控制系统的投励方式新型微机型励磁系统投励方式滑差投励滑差投励 采用准角强励 所谓准角投励，就物理概念而言，系指电机转速进入临界滑差（即所谓的“亚同步”），按照电机投励瞬间在转子回路中产生的磁场与定子绕组产生的磁场互相吸引力最大（即定子磁场的N极与投励后转子绕组产生的S极相吸）。在准角时投入强励，使吸力加大，这样电机进入同步轻松、快速、平滑、无冲击。 励磁控制系统的投励方式新型励磁控制系统的滑差投励的过程如下 ：励磁控制系统的投励方式励磁控制器检测滑差达到设定值时，在准角位置投励。励磁控制系统的投励方式励磁控制系统的投励方式新型

38、励磁控制系统计时投励如下：同步电动机采用全压异步启动可以计时投励，时间投励的原理是把电机启动的加速过程，用时间来计算。但是一般电机都优先采用滑差投励，只是在工况有复杂干扰的情况下，而且该干扰控制器无法滤除，给滑差投励的频率采样造成困难，从而采用记时投励。 励磁控制系统的投励方式空载启动的投励情况：空载启动的投励情况： n电机在空载情况下很快就能进入亚同步，当控制器在一定时间之内检测不到Uf的频率时，控制器就自动认为电机已经进入同步 。如下图n对于某些转速较低，凸极转矩较强的电机空载或特轻载起动时，往往在尚未投励的情况下便自动进入同步，系统内具有凸极性投励控制环节，在电机进入同步后的1-2秒内自

39、动投励。电机进入同步后，控制系统自动控制励磁电压由强励恢复到正常励磁。励磁控制系统的投励方式励磁控制系统的投励方式 第四章第四章 同步电动机的失步危害、失步同步电动机的失步危害、失步保护及带载自动再整步技术保护及带载自动再整步技术n同步电机的失步事故分为三类：同步电机的失步事故分为三类：n失励失步失励失步n带励失步带励失步n断电失步断电失步 4.1同步电机的失步危害同步电机的失步危害 过电流继电器不能兼作失步保护过电流继电器不能兼作失步保护 4.1.1 失励失步失励失步 由于励磁系统的种种原因失去励磁或严重欠励磁，使同步电动机失去静态稳定，滑出同步，称为失励失步失励失步。过功率正常功率欠功率P

40、0 功角特性图NSn功 率角deXUmEPsin0n失励失步的现象失励失步的现象：n（1）：电机丢转不明显，电机无异常声音；n（2）：定子过流不大；n（3）：表计显示很大的电流值；n（4）：灭磁电阻会烧红；n（5）：产生高压，造成励磁装置主回路元件损坏；Id1.61.8Ie 失励失步时，电机的定子电流将略大于电机的额定电流，一般定子电流脉动包络线的髙峰值约为额定电流幅值的1.61.8倍左右，而脉动低谷值则往往低达额定电流的0.81.2倍左右； 定子电流的脉动高峰值虽然大于GL继电器的过流整定值，但是时间很短，继电器刚刚被启动，在还没有到达其动作时限之前，定子电流就又下来了，继电器又被复位，因此

41、GL继电器在发生失励失步时往往拒动作或是动作时间大大加长； 失励失步造成的后果是失励失步造成的后果是：不易及时发现，电机长时间的处于失励失步的运行状态，导致启动绕组过热，变形，开焊；甚至波及到定子绕组端部，并进一步发展和扩大成为电机内部短路故障而烧坏电机；还有可能引起励磁装置中的灭磁电阻过热烧断，造成转子开路，由过电压打坏转子绝缘，烧坏电机。过流整定值T图 4-1 失励失步的定子 电流脉振曲线 4.1.2带励失步 导致带励失步的原因是：n（1）相邻母线短路，引起母线电压大幅度降低；近处大型机组或机组群瞬间启动引起母线电压长时间，较大幅度的降低见功角特性图；n（2）电机起动过程中励磁系统过早投励

42、,即电机在启动过程中滑差没有进入临界时就投入励磁,此时由定子产生的磁场还不足以拉动转子磁极,反而会产生失步。n（3）运行中，电机短时间欠励磁或失励磁（如接插件接触不良）引起失励失步，从失励失步过渡到带励失步；n（4）以及由于供电线路遭受雷击，避雷器动作；负载突增（如压缩机憋压，轧钢机咬冷钢）等原因所引起。 电机带有正常或接近正常的直流励磁，而转子磁场却不同步的异步运行状态，称为带励失步。带励失步。功角特性NSn功 率角 当U大幅度降低或负载突增 ，造成电机失步。 nP 过功率正常功率欠功率deXUmEPsin001.0Ie过流整定值T1.83IeId图 4-3 带励失步定子电流曲线 定子电流包

43、络线的髙峰值为1.83Ie，低谷值为0Ie倍。这种强烈的脉动定子电流使过电流继电器不能动作或动作时间大大延长。 带励失步时定子波形的显著特点带励失步时定子波形的显著特点 图 4-4 带励失步时电机脉震图NSNSNSNSNSSNNSNS 带励失步对电机的危害，主要在于脉振转矩脉振转矩较长时间的反复作用，多次积累，产生疲劳效应，损坏电机。 带励失步对电机的危害原因带励失步对电机的危害原因： 带励失步对电机的损伤表现在：带励失步对电机的损伤表现在：（1）定子： 脉震会使定子绕组导线崩断，导线变酥，线圈表面绝缘层被振伤（线圈里面呈不均匀的锯齿状，严重时会因绝缘损坏而造成定子铁芯击穿而新线圈表面是平的）

44、，并逐步由过热而烤焦、烧坏，甚至发展成短路；定子铁芯松动，运行中噪音增大；见附图（一）附图一:（2）转子：还会使转子励磁绕组接头处产生裂纹、开焊、局部过热烤焦绝缘，转子磁 级的燕尾锲松动，退出；转子线圈绝缘损伤；电刷滑环松动；风叶断裂。见附图（二） 附图二：转子绕组 图 4-5 BZT电路 4.1.3 断断 电电 失失 步步 当供电系统故障，引起供电线路自动重合闸ZCH装置或备用电源投入BZT装置动作，以及人工切换电源等，使同步电动机的供电电源短暂中断而导致失步称为断电失步。图 4-6 断电失步时电网电压曲线 0 断电失步时定子波形的变化特征断电失步时定子波形的变化特征 n 所谓“断电”其实是

45、一个不失压的过程。电网失电后电压不会立即消失，而是有一个非线性的变化过程。很明显在只有同步电动机的电网中，断电失步后，电压衰减比只有异步电机的电网，有一个上升的区域。 TU存在同步电机的电网电压曲线仅有异步电机的电网电压曲线图 4-7 电网断电后瞬间定子电压频率改变，幅值短暂上升后衰减 U TUT00 电网电压的频率随同步电动机的转速的下降而逐渐降低。可控硅的开通角度也相应增大，从而使励磁电压提高，也因而母线电压幅值进一步提高。 同步电动机通常是超前运行的，在电源突然中断后的短时间内，母线电压是成螺旋型变化的；图 4-8 非同期冲击 在不同区域，电源再次投入后对电机的非同期冲击程度有别。1处：

46、为安全区域，不受冲击； 3处：冲击力矩最大； 4处：冲击电流很大； 2和5处：为受损伤区域； 非同期冲击非同期冲击图 4-9 采用降压加延时继电器保护非同期冲击 T只有异步电机同步电机 U01 采用低电压加延时来防止自动重合闸引起的非采用低电压加延时来防止自动重合闸引起的非同期冲击可靠性差同期冲击可靠性差 n 这种从原理上分析，如图（4-9）当电压降到40%的时候，时间太长，特别是当单机或是机组容量大时，时间会更长，而当时间越长电机转速越低，此时投入电压，相当于大电机或整个机群重启动，同样会造成过流跳闸，起不到提高供电可靠性的作用。 4.2 新型型励磁控制系统失步保护新型型励磁控制系统失步保护

47、 n目前较普遍的有：n1：反映电机定子电压和定子电流之间相量角变化的功率因数型失步保护继电器；n2：根据电机失步时阻抗轨迹变化原理构成的偏置阻抗型保护继电器；n3：由检测电机内角及转差频率复合式原理构成的失步保护；n4：根据电机失步时在励磁绕组中出现交流感应电流分量并加设转子低电流动作环节原理构成的失步保护；n5：利用励磁回路中的电流在电机失步时出现瞬时低电流及其重复频率原理构成的失步保护。 西门子公司采用了在转子回路加互感器的方式西门子公司采用了在转子回路加互感器的方式 互 感 器n 说明书中强调在滑差大于3%时能可靠动作。而现场工况中，经常出现滑差小于3%；当电机因转子回路断路而失步时，也

48、同样检测不到电流信号，起不到失步保护的作用。很明显保护存在死区。 图 4-10 西门子公司对转子采样图 图 4-11 本公司对转子采样图分流计 霍尔传感器 在转子回路上串接分流计或是霍尔传感器检测转子里产在转子回路上串接分流计或是霍尔传感器检测转子里产生的不衰减的交变电流波形信号，根据该波形的特征来判断生的不衰减的交变电流波形信号，根据该波形的特征来判断是否失步。是否失步。 图 4-12 失励失步波形图 4.2.1励磁控制系统对失步波形的检测励磁控制系统对失步波形的检测n失励失步波形特点：失励失步波形特点： 感应交变电流将以时间感应交变电流将以时间T为轴线，正负交变；为轴线，正负交变； 图 4

49、-13 带励失步波形图1、2n带励失步波形特点：带励失步波形特点： 这一交变分量与直流励这一交变分量与直流励磁电流相叠加形成脉动磁电流相叠加形成脉动电流电流；图 4-14 转子断条波形转子断条波形特点转子断条波形特点：检测不到电流波形IfT 图 4-16 振荡波形图振荡波形特点振荡波形特点：电机正常运行中发生同步振荡时，在原有的直流励磁电流上叠加的交流感应电流分量具有迅速衰减的特点 4.2新型励磁控制系统失步再整步技术新型励磁控制系统失步再整步技术n为了达到带载自动再整步，必须要满足以下几点为了达到带载自动再整步，必须要满足以下几点n一：改善电机的异步驱动特性一：改善电机的异步驱动特性S0M0

50、.51123465 异步驱动特性曲线示意图n 一般来说，电机容量越大，额定转速越慢，则由电机的异步驱动特性图看出，凹陷的深度越深，合理选择接入电机的灭磁电阻的阻值，能够改善电机的异步驱动特性，消除凹陷； 二：减少甚至消除电机的异步制动转矩减少甚至消除电机的异步制动转矩 异步制动转矩公式为： 异步制动转矩与励磁电势E的平方成正比，即与转子直流If的平方成正比，要消除异步制动转矩就是要进行灭磁消除If。 三：与电机所带负载性质有关与电机所带负载性质有关 1.平稳负载。如风机、水泵等其负载特性与电机滑差有关； 2.脉动转矩。如往复式压缩机； 3.冲击性负载。如轧钢机。 四：与再整步转矩有关与再整步转

51、矩有关 整步转矩即同步振荡转矩，在电机失步后的异步驱动阶段。起了引起机组震动、增加机组的机械和电磁损耗，增大制动转矩等有害的作用，但在电机暂态过程的再整步阶段又起着重要的积极因数。电机将依靠此整步力矩，利用准角和强励的作用，将电机转子拉入同步。21CDdCDayeXXESrrM再整步的整个过程为再整步的整个过程为:n 关桥关桥 n n 灭磁灭磁 n n 改善异步驱动特性改善异步驱动特性n 进入临界滑差进入临界滑差n n 带载再整步带载再整步n 达到同步运行状态达到同步运行状态 再整步的波形图为再整步的波形图为 第五章第五章 新型励磁控制系统创新点新型励磁控制系统创新点5.1 主回路既可采用无续

52、流二极管的新型三相桥式半控整流电路，又可采用三相主回路既可采用无续流二极管的新型三相桥式半控整流电路，又可采用三相桥式全控整流电路。桥式全控整流电路。5.2.该系统具有独立可靠的灭磁系统，通过合理选配灭磁电阻该系统具有独立可靠的灭磁系统，通过合理选配灭磁电阻RF，分级整定灭磁，分级整定灭磁可控硅的开通电压，使电机起动时具有良好的异步驱动特性，而正常运行时不误可控硅的开通电压，使电机起动时具有良好的异步驱动特性，而正常运行时不误导通。导通。5.3投励按照投励按照“准角强励整步准角强励整步”的原则设计，并具有强励磁整步的功能。电机拉的原则设计，并具有强励磁整步的功能。电机拉入同步的过程平滑、快速、可靠。入同步的过程平滑、快速、可靠。5.4 具有完善可靠的带励失步、失励失步保护系统，保证电机在发生带励失步和具有完善可靠的带励失步、失励失步保护系统，保证电机在发生带励失步和失励失步时，快速动作，保护电机，使电机免受损伤。失励失步时，快速动作，保护电机，使电机免受损伤。5.5 在电机失步后，可根据现场工况选择跳闸停机或不停机带载自动再整步。当在电机失步后，可根据现场工况选择跳闸停机或不停机带载自动再整步。当采用不停机带载自动再整步方式时，整个过程平滑、快速、（仅需数秒钟），不采用不停机带载自动