励磁讲课内容

励磁讲课内容第一页，共二十六页，编辑于2023年，星期日发电机的励磁系统

逆变灭磁的过程4发电机的建压过程2晶闸管的原理和可控硅的原理3压敏电阻的作用5励磁系统的作用1第二页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

一、发电机的励磁系统的作用

1）发电机在允许的负载范围内运行时，励磁系统提供相应的励磁电流以保证发电机为额定值2）当电力系统发生故障时，而使电压降低时励磁系统能够快速励磁，保持电网电压在较高水平3）当发生短路时，能使短路电流增大，从而提高继电保护动作的可靠性4）当机组发生甩负荷时，机组的电压升高，能够迅速地减少励磁电流，防止电压升高而损坏发电机的绕组5）当发电机发生内部故障时，应能快速灭磁。第三页，共二十六页，编辑于2023年，星期日二、发电机的建压过程

采用可控硅励磁作为整流器，由于可控硅是一种功率放大倍数极高的理想的开关元件，大大的改善了励磁系统的响应特性，这对发电机和系统的运行有着十分重大的意义。1、起励的原因起励供给转子直流电，使转子建立磁场。起励时间为6s，6s不够可延长到10s。由于发电机剩磁所决定的残压比较低，不足于使可控硅触发导通，所以发电机的起励建压需依靠其他电压，我站采用的是直流电源给发电机端电压升至其额定电压的30%—40%时，可控硅就可以触发导通了，由可控硅三相全控整流桥式电路整流出的直流电给转子提供稳定的直流电,来维持发电机端电压的稳定。（1）自动起励自动起励，当开机继电器动作，发电机转速上升至95％额定转速时，起励装置投入；当机端电压上升至40％额定电压时，起励装置退出。

（2）手动起励按QLAN和SBST按钮起励第四页，共二十六页，编辑于2023年，星期日测量电压2YH、电流互感器副边的电流，电流模拟量，经变送器转换成相应的模拟量送入6000端子总线板，控制量，开关量，故障信号同时送入6000总线，以上各量通过总线与励磁调节板J3接口连接送入调节板，即自动通道，由PLC实现。自动调节调节器又将以上各量经J4插口送入PLC。通过PLC的模拟量采集进行A/D转换后，PLC进行逻辑判断然后将指令D/A转换后输出到调节板的线收集成PID电路进行调节，调节后输出移相控制信号，调节板J1又与移相触发模块连接，实现移相触发，从而调节发电机的励磁电流，同时调节板J3插口将励磁运行状态输出至监控系统。模拟量——变流滤波——A/D——PLC——D/A——放大电路——PID——移相触发模块——可控硅

2、通过可控硅自主励磁的过程第五页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

励磁调节器调节励磁电流

自动调节励磁电流的方法

在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。我站用的方法是，改变励磁机的励磁电流，及改变可控硅的导通角等。根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。

第六页，共二十六页，编辑于2023年，星期日三、晶闸管的原理和可控硅的原理1、晶闸管的工作原理和作用？答晶体闸流管简称晶闸管,也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件。在性能上,晶闸管不仅具有单向导电性,可贵的可控性,有导通和关断两种状态.它是一种功率放大元件同时据有整流作用，整流电压可以控制，当给整流电路的交流电压一定时，输出的电压能够均匀调节。。晶闸管的优点很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍数高达几十万倍;反应极快,在微秒级内开通、关断;无触点运行,无火花、无噪声;效率高,成本低等

（1）晶闸管在反向阳极电压作用下，不论门极为何种电压，它都处于关断状态。（2）晶闸管同时在正向阳极电压与正向门电压作用下，才能导通。（3）已导通的晶闸管在正向阳极电压作用下，门极失去控制作用。（4）晶闸管在导通状态时，当阳极电压减小到接近于零时，晶闸管关断。第七页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

晶闸管的结构若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为:Ik=Ia+Ig。晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:

Ia=IC1+IC2+ICO=α1Ia+α2Ik+ICO晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。第八页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

改变门极触发电压加入的时刻就可以控制晶闸管的导通角控制角：把晶闸管承受正压起到触发导通之间的电角度。α导通角：晶闸管在一个周期内导通的电角度。α+θ=180移相：改变控制角的大小即改变触发脉冲在每一周期内出现的时刻称为移相。三相半控整流桥的输出直流平均电压Ud，随控制角α的大小而变化。当α=0时，Ud达到最大值；Ud随控制角α得增大而减小，当增大到α=180°时，Ud降低至0.因此通过改变α的大小，即可以改变输出直流平均电压Ud的大小，也就调节了同步发电机的励磁电流。控制角α的范围是0°~180°。交流电的半个周期定为180°，称为电角度。这样，在U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α；在每个正半周内可控硅导通的电角度叫导通角θ。很明显，α和θ都是用来表示可控硅在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，实现了可控整流。可控硅的功用不仅是整流，它还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，第九页，共二十六页，编辑于2023年，星期日2、可控硅的原理三相桥式全控整流电路，六个桥臂元件全都采用可控硅管。它既可工作于整流状态，将交流变成直流；也可工作于逆变状态，将直流变成交流。其触发脉冲的宽度均大于60°，即所谓“宽脉冲触发”，或者采用“双脉冲触发”。其触发脉冲按照+A→-C→+B→-A→+C→-B的顺序，同一时刻至少有两个桥臂被触发导通，在换流时有三个桥臂导通。实质上是一组共阴极组与一组共阳极组得三相半波，可控整流电路得串联，其输出电压为三相线电压波形上正半部分得包络线要使电流流通（转子）上，有输出电压，必须在共阴极组和共阳极组中有一个晶闸管导通。任一时刻总是从电压最正相经过负载主电压最负相构成回路移相触发模块的作用？第十页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

触发电路必须满足的条件1、触发信号应有足够的功率（电压和电流），以保证晶闸管可靠导通。2、触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡。以使晶闸管在触发后，阳极电流能上升到超过擎住电流而维持导通。对于感性负载，由于反电动势阻止电流上升，触发脉冲还要求更宽。3、触发脉冲必须与主电路的交流电源同步，以保证主电路在每个周期里有相同的导通角。

4、触发脉冲的发出时刻应能平稳的前后移动，使控制角有一定的变化范围，以满足对主电路的控制要求。第十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

楞次定律感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

注意：“阻碍”不是“相反”，原磁通量增大时方向相反，原磁通量减小时方向相同；“阻碍”也不是阻止，电路中的磁通量还是变化的常规励磁PID调节的含义是什么？PID

励磁调节器对发电机端电压偏差ΔUt进行比例、积分、微分控制，简称PID调节。比例就是按比例放大；积分是对微小偏差进行累计求和，以达到消除这些偏差，提高调压精度；微分将动态的输入信号相位超前，使调节器能作出快速的反应。第十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

脉冲变压器为门极提供触发电压与电流的电路称为触发电路触发电路的输出集中常采用脉冲变压器，主要用途为；起阻抗匹配作用，降低脉冲电压幅值，增大输出电压，更可靠得出发晶闸管可同时送出两组独立脉冲将低电压强电触发电路与高电压得强电整流电路在电气上加以隔离，有利于防干扰与安全脉冲变压器与一般变压器得主要区别有一般变压器传递的是交流正弦电压，脉冲变压器传递得是前沿陡峭的单方向脉冲电压触发电路一般包含；同步移相、脉冲形成、整形、脉冲功效、输出第十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

励磁变压器励磁变压器为三相环氧干式，额定电压6300V／245V励磁变的构造与一般的变压器有何不同？答：1、运行时，变压器的付边接的是非线性的半导体元件。2、三相整流器工作时，要进行电流换相，在电流换相的过程中会出现两相同时导通的重叠现象，这时变压器的付边处于两相短路的瞬变状态，而且是经常地频繁地发生，故对变压器的结构设计和热效应都要加以考虑。3、励磁变压器的漏电抗应尽可能的比普通变压器小。可控硅整流器要求加在阳极上的电压应保持恒定或限制在极小的范围内波动。故供电给整流器用的电源变压器应具有较小的漏阻抗压降。4、励磁变压器原、付边绕组的联接整流变压器对供电的电源（发电机）来说，犹如一台谐波发生器作为它的负载，谐波幅值及次数的大小都会给电源带来不利的影响，同时对其他装置亦会有干扰，因此要求尽可能的减少这些谐波（特别是三次谐波）对电源的影响，采用⊿/Y的联结较为有利.第十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

欠励限制和过电压当测量回路测出发电机欠励时，每当此电流值超过整定值时，回输出一个信号限制导通角继续减小，励磁电流会被限制在某一数值上叫欠励限制。过励限制时把整流值最大输出电流限制在一定限度内的安全保护措施，发电机电压下降5%就能将升角升到最大进行强励，这种情况在强励电流能达到额定励磁电流的2倍对励磁线圈和整流器都不利，所以必须加以限制。过励限制暂时定为360A，欠励限制的整定范围：如果发电机定子方面出现电压，亦即U极剧升高达到某一整定值，通过励磁调节器迅速地.自动地将可控硅的控制角移至逆变区域，使发电磁场的磁能的一部分逆变致可控硅变流装置的交流侧，以减少转子磁能，励磁电流立即下降，实现了逆变减磁，过电压因而得到抑制。第十五页，共二十六页，编辑于2023年，星期日可控硅的整流1、整流工作状态(0-90) 在0—90的某一瞬刻，同时触发1、4两管，整流器的输出电压为变压器输出正弦电压的一部分，且其平均值为正。流过整流器的电流方向与整流电压的方向是一致，此时电流流入转子的正端，作为负载的转子吸收功率，称为工作状态。整流器输出的平均电压U略大于转子内的电势E，回路电流的大小满足I=U-E/R的关系。2、0℃<α<90℃

)U-Eeu+_RI=+_第十六页，共二十六页，编辑于2023年，星期日a、α=30°第十七页，共二十六页，编辑于2023年，星期日三相全控整流桥的电压和电流UI第十八页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

同步发电机的灭磁将励磁磁通降低到接近零值的过程称为灭磁过程。发电机在正常运行时，需要经常灭磁。尤其是在其内部及引出端绝缘损坏而发生故障时，灭磁就具有特殊的意义。因为电机内部故障产生的短路电流可能大于外部故障时的电流，这对电机非常危险。这时灭磁是限制故障范围，并使绕组免于全部烧毁的唯一方法。故障范围不仅与短路电流的大小有关，而且还取决于短路的持续时间。灭磁愈迅速，故障范围就愈小。最简单的灭磁方法是断开电机磁场绕组。但由于网络电感很大，在磁场绕组两端会产生相当高的过电压，使绝缘击穿。因此，灭磁通常先将磁场绕组截至灭磁电阻上，然后断开励磁电源。可控硅励磁灭磁方式有几种？答；1）正常停机自动灭磁2）事故停机线性灭磁3）人工手动灭磁。第十九页，共二十六页，编辑于2023年，星期日事故停机线性灭磁和人工手动灭磁在事故情况下，如果还采用逆变灭磁，那么灭磁的速度太慢，不能及时的切除故障点，这时我们采用的线性电阻灭磁。在励磁开关拉开后，励磁开关的闭接点接闭，将转子中的磁场能量消耗在灭磁电阻上。人为给PLC一个指令，使导通角打开至90—180°将转子中的能量逆变至定子线圈上的过程。第二十页，共二十六页，编辑于2023年，星期日逆变120℃<逆变角度α<180℃)E-UR=IeU+_+_第二十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

逆变的条件逆变的条件？120℃<逆变角度α<180℃

答：1）直流侧有与直流电流同方向的直流电源2）变流器必须工作在大于90度的区域，直流功率逆变为交流功率整流转逆变过程，在可控硅整流时励磁电流由直流侧电压产生，此电压波形正面积大于负面积，使平均直流电压大于0，产生励磁电流，变流器直流侧存在于励磁电流同方向的电势E当控制角α增大到>90º时，尽管晶闸管的阳极电位处于交流电压，大部分为负，但由于电势作用晶闸管任能承受电势压而导通，维持电流流通，直流侧电压波形，由于负面积大于电势面积，平均电压<0，即开始逆变状态，将转子线圈能量传递给定子线圈，消耗至转子电流低于晶闸管导通时得维持电流时晶闸管自行关断，逆变结束第二十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

压敏电阻的作用可控硅整流元件是核心部分，在承受过负载（过压和过流）的裕度系数比较小，尤其是可控硅对过电压十分敏感1、压敏电阻的保护功能，绝大多数应用场合下，是可以多次反复作用的压敏电阻电路的“安全阀”作用，可以说是一个分压电路。2、正常工作时阻值较大，漏电流极小，遇到尖峰过电压时，可通过数千安培的放电电流，因此抑制过电压的能力很强，具有正反都很陡的稳压特性

3、压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值“UN”时，流过它的电流极小