4同步发电机励磁灭磁原理

4.1、电感负载切断暂态过程
U
-
(2) 变化曲线
U R
U 36 .8 % R
O
U
u
uR
iL
O
t
-U
S
U iL R R t di u L L U e L R dt t uR i L R U e L
R t e L
uR t =0 2 + R + 1
L
iL + uL -
uL
2.2、直流电弧电压的特点
（1）电弧电压特性。电弧电压沿电弧长度分布，分为阴极区、弧柱区和阳 极区3个部分，每一个部分电位梯度或特性不相同。 电弧的两端总是与固态（或液态）导体在导体端部相连，长度很小 （10-4cm）的端部电弧称为弧根，分为阴极电弧和阳极电弧，它们是维持 电弧过程的发生地方。 直流电弧电压就是电弧两端的电压，可以简称弧压Ua，这是发电机灭 磁设计中常常用到的电气参数。
3.3、绝缘材料灭弧栅
（2）绝缘材料灭弧栅。采用陶土材料或石棉水泥等绝缘材料 压制成狭缝型的灭弧栅片，利用横吹和拉长电弧方式，把电 弧能量消耗在灭弧栅片以及由此构成的灭弧罩内。绝缘材料 灭弧栅灭弧原理，其实是拉长电弧灭弧原理，与短电弧灭弧 原理相差很大，但是都是采用灭弧栅片和灭弧罩型式。 在静触头1和动触头2活动上方，罩上一些绝缘灭弧栅片， 如图9-12（a）所示。当动触头分离静触头产生电弧以后，在 磁吹装置的磁场作用下，对电弧产生电磁力，将其拉入灭弧 片构成的狭缝中，起到拉长电弧的作用，同时促使电弧与灭 弧片冷壁紧密接触，加强冷却作用。灭弧栅片总是固定安装 在一个称为灭弧罩的绝缘外壳里面，如图9-12（b）。在灭弧 栅片下方，留有动静触头运动的空间，称为灭弧室。在灭弧 栅片上方，安装有防止电弧火焰外喷的灭焰栅。
UL +

LQ
u
RV
IRV
± Uz ≥ UL － Uz ≥ UL ，Uk要求高，不推荐使用； ＋ Uz ≥ UL ，Uk要求低，推荐使用；
整流：Uk 逆变：Uk 封脉冲：
Uk ± Uz ≥ UL， Uz交变，交流灭磁推荐。
2.1、直流电弧的产生机理
直流电弧是由于直流两极之间的电场强度过大，气体发生电机穿而持续 形成等离子体,使得电流通过了通常状态下的绝缘介质（例如空气）的现象。 （1）自由电子的生成。触头刚分离时，由于触头间的间隙很小，在电压作 用下其间形成很高的电场强度，当电场强度超过3×10 V/m时，阴极触头表 面的自由电子在强电场的作用下，被拉出金属表面，称为强电场发射或称冷 电子发射。同时，触头刚刚分离时，触头间接触压力和接触面减小、接触电 阻增大，使接触表面剧烈发热，局部高温，使此处电子获得动能发射出来， 称为热电子发射。 （2）碰撞游离形成电弧。触头间的自由电子，在触头间电场的作用下加速 运动，撞击间隙中的中性气体分子，使中性质点游离，产生自由电子和正离 子，这种游离过程称为碰撞游离。碰撞游离不断进行，不断加剧，带电质点 成倍增加，发展为“电子崩”。大量带电质点充满间隙，气体导通，强烈放电， 形成电弧。 （3）电弧的维持与平衡。电弧高温下形成热游离，热游离供给弧隙大量的 电子和正离子，维持放电的进行。另一方面，由于热平衡，电弧温度达到某 一数值后不在上升，电导达到某一值后也不再上升，热游离将在一定强度下 稳定下来，达到平衡状态。
线性电阻1（大功率）（慢） 非线性电阻（低场强大电流）
碳化硅灭磁电阻2 （SiC） （稍快） 氧化锌灭磁电阻3 （ZnO）（最快） 氧化锌灭磁电阻和避雷器MOV比较： 高场强高电压；高场强低电压 1mA压敏电压；10mA压敏电压 残压概念：100A电压值 氧化锌和碳化硅比较： 碳化硅没有漏电流、压敏电压和残压 只有伏安特性及其表达式U=Ciβ 氧化性β≈0.04，碳化硅β ≈ 0.4
3.7、DM8G/CEX/HPB灭弧罩
国产DM8G、法国CEX、瑞士HPBM灭磁开关采用 混合灭磁栅片即短电弧和长电弧混合原理，在动触 头分开瞬间，触头两端产生电弧。随着动静触头的 分离，电弧变长。在吹弧线圈的电磁力作用下，电 弧进入灭磁时，并且被金属片分割成多个短电弧。 如果灭弧电流过大，电弧外喷，多个短电弧进入绝 缘灭弧栅片，短电弧被拉长，形成长长的短电弧。
5.2、灭磁开关的种类
灭磁开关分类：单断口、双断口、
多断口（主断口、弧断口、放电断口 即常闭触头） 单触头、多触头、金属灭弧栅片……
5.3、HPB单断口单触头灭磁开关
5.4、HPB单断口单触头灭磁开关
（1）HPB灭磁开关是一个单（极）断口灭磁开关，停机检修，除了要分 断灭磁开关，还需要断开转子电缆，才能隔离发电机转子和功率柜装置之间 的电气联系，不便于实施安全措施。 （2））HPB灭磁开关还是一个单（1个）触头结构灭磁开关。对于单触头 灭磁开关来说，只有一个触头，不可避免会因为分断弧电流而灼伤触头面， 造成接触电阻越来越大，需要定期维护保养。 （3）HPB没有短接灭磁电阻的放电触头（常闭触头）。作为灭磁开关使 用，还需要配置另外的跨接器。跳闸灭磁时，首先触发跨接器，将灭磁电阻 跨接在发电机转子两端，然后分断触头，完成灭磁全过程。 （4）HPB灭磁开关没有明显可见断口，合上和分断状态不清晰。
1.2、灭磁开关定义
灭磁开关 Field Circuit Breaker：在故障情况下快速切断并且 消耗发电机转子磁场能量。 由于直流电流没有自然过零点，首先是切断直流电流比较困难， 要想切断转子直流电流，灭磁开关只能朝2个方面发展： 1、采用耗能型灭磁开关，直接把转子电流消耗到零； 2、采用转移性灭磁开关，把转子电流转移到灭磁电阻上消耗。 在故障情况下快速切断发电机磁场电流的直流开关称为磁场断路器， 此时的磁场能量主要由灭磁电阻来消耗，这种灭磁方式称为放电灭 磁方式。 安装在发电机转子直流侧的磁场断路器称为直流灭磁开关DC FCB，安装在励磁变压器二次侧且与灭磁电阻联动的三相交流断路 器称为交流灭磁开关AC FCB。在跳交流灭磁开关前投入灭磁电阻 的灭磁方式称为交流灭磁方式。
3.1、直流电弧灭弧措施之一
在直流电弧稳定燃烧的外部条件中，如能 保持Δu<0，则能保持dia/dt <0从而使直 流电弧熄灭，因此消耗电压，即增加电阻 压降和电弧压降是低压开关熄灭直流电弧 的有效方法，常用具体措施如下： 1、拉长电弧 拉长电弧，抬高电弧伏安特性曲线， 使之不能满足电弧稳定燃烧的外部条件。
S
S + VD
uL
-
uR
R
L
+
iL
uL
-
4.4、降低电弧措施在灭磁中的应用
2 t=0
U + 1 S
+
uR
R
L
R
+
uL
-
U
+ 1 -
放电灭磁原理=灭磁电阻灭磁；灭磁开关降为磁场断路器
主触头
主触头
放电触头
续流二极管
灭磁电阻
线性电阻
S VD
iL
2 t=0
+
uR
R
L
+
iL
uL
-
灭磁电阻 线性电阻
4.5、灭磁开关与磁场断路器区别
L
直流电感回路切断相当于同步发电机灭磁开关跳闸 Ud整流电压，Uk灭磁开关弧压；Um灭磁电压
4.3、降低电感负载切断电弧措施
1) 接放电电阻 R U 2 t=0 U 2 t=0 +
uR
R
L
+ 1
R
+
iL
2) 接续流二极管 VD
+ 1
-
直流继电器和直流接触器线圈两端并联续流二极管得到广 泛应用，效果很好。
短电弧伏安特性曲线，是采用短电弧原理灭磁的重要依据，即在电弧很短 的情况下，弧压基本不随弧电流变化而恒定。造成短电弧伏安特性的主要原 因是电弧很短，阴极弧压其主要作用，且不随弧电流变化。 长电弧伏安特性曲线，弧柱弧压起主要作用，由于弧柱的导电能力随热游 离的增强而上升，因而弧柱弧压随电弧的变长而增加，随电流的上升而下降 。长电弧的重要特点是电流增大时,弧压下降,弧柱电位梯度也低，每厘米长 电弧电压降通常不过几百伏，有时在1伏以下。
3.4、绝缘材料灭弧栅
3.5、混合材料灭弧栅
灭弧栅片由金属和绝缘材料混合组合，下端是金属，上端是绝缘材料。 混合材料灭弧栅兼顾金属短弧和绝缘长弧特点，小电流电弧短电弧属性， 大电流电弧既是短电弧又有长电弧属性。国产DM-8G灭磁开关就是如此。
3.6、DM4灭磁开关灭弧罩
国产DM4灭磁开关采用绝缘灭弧栅片即 长电弧原理，在动触头分开瞬间，触头 两段产生电弧。随着动静触头分开，电 弧变长。在吹弧线圈的电磁力作用下， 电弧进入灭弧室，由于采用绝缘片，电 弧只能变长，直到能量转移或者吸能为 止。特点就是电弧电压不稳定，电弧越 长弧压越高。长电弧路线图如下所示。
t
4.2、电感负载切断产生电弧
S
1、刀闸处产生电弧
2 t=0
+
uR
R
L
U i L (0 ) R
iL (0 ) 0
+
U
+
iL
-
di uL eL L dt
uL -
2、刀闸两端产生过电压
Uk
Ud
If
R
di Uk U eL U L dt
U f -Um
1.3、灭磁方式分类
串联灭 磁、并 联灭磁 电路原 理比较
科学的灭磁时间，应从灭磁开始直到定子电压等于500V为止。水轮机 以5%空载额定电流为止，汽轮机以36.8%额定电压为止，都不科学。
1.4、直流灭磁原理分析
MK + UK LP + UZ a＝90°Uz波形 灭磁换流公式 Uk
IK
IL
Ua=U1+U2+U3