TBL同步电机励磁系统

TBL-D系列同步电机数字可控硅励磁装置
三、工作原理
3.1主电路工作原理：
▪本装置主电路采用三相半控桥式整流电路。

整流变压器T的输出，经三相半控桥可控整流后输出脉动直流。

控制可控硅的触发角，便可以调节整流桥输出的直流电压、电流。

▪主电路中采用三相三角形R C吸收电路，以吸收各种过电压，
以及电源和本电路可控硅产生的谐波干扰。

▪在可控硅和整流二极管阴阳极之间产生的过电压，由R C阻
容吸收电路吸收。

▪每一桥臂均有均压电阻，以保证同一桥臂上的两只元件承受
相同的电压，避免单只元件承受过高的电压而被击穿。

▪整流变压器付边采用三只快速熔断器为直流侧短路和整流
元件短路保护用。

3.2.灭磁电路工作原理：
同步电动机异步起动时，转子开路感应电压将达到数千伏，会严重危及操作人员、同步电动机及励磁装置的安全。

因此同步电动机异步起动时励磁绕组严禁开路。

为了保证同步电动机的正常启动，转子正负半周的感应电流必须保证平衡，这样灭磁电压值就要求尽量低（本装置的灭磁电压为零）。

而灭磁过程结束后，装置将会输出励磁电压，灭磁电路两边也就同时被施加了励磁电压。

如果不采取措施，灭磁可控硅就又会被触发导通，使灭磁电阻长期承受励磁电压而被烧断，造成灭磁电路失效。

这是十分危险的故障。

要避免上述故障的发生,就必须使装置的灭磁电压值要高于励磁电压的峰值。

而且为防止电压波动和电网谐波的干扰,灭磁电压值甚至还要高一些。

按照国家标准中有关电网电压允许的上下限要求和对谐波要求,特为本装置的灭磁电压值制定了下述公式：
U m c=(U1c×2．5)÷
这样，虽然灭磁电路较为可靠，但是由于同步电动机启动时的转子感应电流正负半波不平衡，会使同步电动机启动时间延长。

为了解决这个矛盾，本装置灭磁电路的灭磁电压采用了分步骤自动整定的方法。

同步电动机在启动时，投励继电器常闭点将16R与17R、18R并联，使同步电动机的感应电流在6D上的压降大为增加，灭磁可控硅易于导通（10V以下即可
导通）。

投励后，投励继电器吸合，16R与17R、18R脱开，回路总阻值增大，
灭磁可控硅的导通触发电压上升至同步电动机励磁电压的 2.5倍而不能被触发。

这样就达到了兼顾同步电动机启动和灭磁电路可靠工作的需要。

在投励之后，由于整流桥立即输出励磁电压、电流，可能使尚未关断的灭磁可控
硅4V无法关断。

因此，计算机控制移相电路自动在投励后将整流电压降低，使通过4V的电流断续，迫使其在电流过零时自关断。

图中按钮M S B是灭磁检测按钮，用于检测灭磁电路是否正常。

（注：装置运行中，严禁按此按钮）
3.3.调节、控制单元工作原理：
本励磁装置由T B L-D数字控制器根据程序和已经设定的参数控制启动和运行过程。

在同步电动机异步起动过程中，整流桥可控硅无触发脉冲，整流桥无输出。

灭磁电路受转子感应电压触发导通处于灭磁状态，将同步电动机转子感应电压泄放。

当同步电动机转子转速提高到同步转速的90%时，计算机发出投全压指令，使连锁的定子侧少油断路器合闸，使同步电动机定子全电压运行（当同步机系统采用降压启动时）。

当转速继续上升至亚同步转速（95%的同步转速）时，数字控制器发出投励指令，投励电路动作，控制触发电路发出脉冲，装置就顺极性向同步电动机励磁绕组投励，使同步电动机被拖入同步转速运行。

当同步电动机进入同步运行后，数字控制器控制移相电路使整流桥输出励磁电压下降，迫使灭磁可控硅关断。

之后，移相电路自动恢复至给定值。

同时电压调节器使装置输出电压恒定。

本装置的调节、控制单元安装在控制器内，可靠性高，无须更换，控制软件可不断更新升级。

采用了大屏幕液晶汉字显示，简单直观，操作方便。

可在允许范围内调节投励、投全压时间。

可以检测并显示同步机启动过程中投励、投全压的时间（转子转速）。

3.3.1计算机控制：
本励磁装置的工作过程完全由T B L-D数字控制器根据程序和设定的参数来控制。

数字控制器通过检测同步电机励磁绕组的波形，判断电机的工作状态，从而及时、准确地发出投全压、投励、移相等指令，以及主电路失控、灭磁可控硅导通、失步等故障报警。

由于这部分是全数字电路，因而抗干扰能力强，检测可靠，无须调试，避免了运输及使用过程中由于震动造成的参数变化。

3.3.2投励、投全压：
数字控制器检测电路实时检测同步电动机励磁绕组波形。

通过检测转子感应电压频率的变化确定投全压和投励的时间。

同步电动机刚启动时，转子感应电压的频率为50H z，以后随着转速的提高，感应电压频率快速降低。

当此频率降低到5H z时，转子的转速即为同步转速的90%，这时数字控制器立即发出投全压指令；当转子感应电压频率继续降低到 2.5H z时，转子的实际转速已经达到亚同步转速（同步转速的95%），也就是传统励磁装置所述滑差投励时间（转子滑差对应励磁绕组感应电压频率一个周波的1/2时间）为0.2秒时，数字控制器再发出滑差投励指令。

为了方便用户的实际应用，投励时间可以在数字控制器计算机控制面板上修改（0.2～0.3秒）。

3.3.3后备投励
为确保投励可靠，本设备还采用了后备投励。

后备投励时间出厂设定为4秒钟。

也就是在同步电动机启动4秒钟之后，滑差投励还没有满足，数字控制器将在下一个顺极性时间发出后备投励指令。

3.3.4灭磁电路关断
数字控制器在投励正常之后，会先将移相触发角调节到参数设定值，励磁装置便输出给定电压、电流，使同步电动机转子转速迅速达到同步转速。

为确保灭
磁电路在投励之后可靠关断，本装置计算机会将移相触发角调小0.5秒钟，以至在此时间内整流桥输出电压波形断续，如果灭磁可控硅没有关断，这时便可以可靠关断了。

之后计算机恢复给定移相触发角，励磁装置稳定输出电压、电流。

3.3.5失控保护
整流装置是否失控表现于整流输出的波形。

当装置正常工作时，整流输出的波形的低电平时间不会大于5m s；而失控时，低电平时间为 6.67m s。

本励磁装置的计算机系统便是通过检测整流桥输出波形，也就是检测整流桥输出波形的低电平时间是否为 6.67m s，来判断主电路整流桥是否失控的。

如果装置在运行过程中，检测到整流桥输出波形的低电平时间为 6.67m s，计算机便立即切断触发脉冲，发出声、光报警，提醒工作人员注意。

而由于我们主电路采用的是可控硅三相半控桥电路，励磁装置仍就输出电压、电流，保证生产的连续性。

待安全停机后便可检修电路。

有关三相半控桥的失控机理见附录一，波形见附图一。

3.3.6灭磁故障保护
同步电动机在正常运行中，灭磁可控硅应该处于关断状态。

但是由于某些不稳定因素的影响，灭磁可控硅在同步电动机启动之后未能关断，或者是在正常运行过程中，灭磁可控硅被误触发。

这种故障会严重威胁励磁装置和同步电动机的安全。

正常运行时灭磁可控硅导通，会使整流桥输出电压直接加在灭磁用板形电阻上，由于板形电阻阻值很小，会在灭磁回路上形成很大的电流，造成装置整流变压器过载。

长时间的大电流也会使板形电阻烧毁，造成灭磁回路开路。

假如这些故障没有被及时发现，当同步电动机启动或停机时，由于灭磁回路开路，几千伏的转子感应电压将会击穿励磁装置的整流元件，并危及操作人员的安全，甚至将同步电动机绝缘击穿，造成严重损失。

本励磁装置独有的灭磁故障保护功能是利用计算机的高速巡回检测，及时发现灭磁电路的异常现象，发出灭磁故障报警，自动将同步电动机停车，保护同步电动机系统的安全，并且在计算机的液晶屏上显示故障类型，便于检修人员查找故障原因，尽快恢复生产。

3.3.6失步故障保护
当同步电动机发生失步故障时，在电机转子直流回路上，会感应出交变的电压。

数字控制器可以检测到转子回路的所有交流分量，经过高速的分析判断，区分哪些是突发的干扰信号，哪些是暂时的同步摇摆信号，哪些是真正的同步机失步信号。

在确认发生失步故障后，发出声、光报警信号，并且停止同步电动机的运行,保护系统安全。

3.3.7移相控制电路
移相电路由给定、反馈和有源滤波电路等环节构成。

为触发电路提供移相电压，控制其移相角。

三相电源经过同步变压器取样，经D12～D17组成的三相整流电路整流，D11限幅，成为随三相电源电压变化的直流电压信号。

此信号在R P09上与给定电压（R P10上的电压）相比较，就可在R P10的一端得到自动调节励磁的移相电压送至触发电路。

由于三相电源的取样电压是脉动直流电压，使移相电压中含有很大的交流分量，电路中采用了由运算放大器组成的有源二阶滤波器，可靠的滤除了移相电压中的交流分量，与采用电容滤波方式的电路相比，有源二阶滤波方式响应速度快，没有电容的延迟作用，能快速响应三相电源的变化，调节同步电动机励磁，确保同
步电动机不受电源变化的影响。

滤波后的移相电压，送至触发电路，控制脉冲的移相角，调节励磁电压。

3.3.8触发电路：
触发电路由脉冲电路，功放电路，脉冲隔离电路等组成。

本装置脉冲电路由三块集成电路T C A785组成。

每一块T C A785输出一相脉冲，受同步变压器三相同步信号控制，三块输出各差120°的三相脉冲。