励磁基本原理(课堂PPT)
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18
第2部分 无刷励磁系统
19
无刷励磁的主要优点
➢ 取消了集电环和碳刷，彻底解决了环火问题，并且根除了碳刷碳 粉的污染，省掉了换碳刷的工作，减少了维护工作量。 ➢ 无刷励磁系统特别适应于大容量（大励磁电流）的机组，由于全 部励磁功率取自轴系，所以励磁电源独立，不受电力系统电压波动影 响。 ➢ 无刷励磁系统的强励能力不受系统短路影响。 ➢ 无刷励磁的控制功率大大减小，有利于简化控制、保护线路，少 占用厂房场地（省去励磁变压器和大功率整流灭磁屏）。
图四 短路（过流）烧 毁的晶闸管
15
整流元件过电压保护
整流元件的暂态过电压保护目前主要使用阻容吸收器。由于在可控 硅关断和换相的过程中，由于存储电荷的作用会使可控硅两端产生暂 态过电压，如果不加以抑制将会对可控硅产生不良的影响，甚至会造 成可控硅的损坏。一般有分散式、集中式两种：
图五 过压击穿的晶闸管
5
无刷励磁系统：
无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可 靠性和减少了机组维护工作量。
6
自并励励磁系统：
。
自并励静止励磁系统取代直流励磁机和交流励磁机励磁系统是技术发 展的必然。优点是结构简单，轴系短，快速响应，提高电网的稳定水 平。
7
第2部分 半导体变流技术
8
分类
现代发电机励磁系统中，从电源的变换到发电机励磁能量的提供，无处 不存在半导体变流技术的应用。
脉冲触发图 14
整流元件过载、短路保护
整流元件的过载、短路保护一般采用电力电子专用快速熔断器而 不能使用普通熔断器代替。专用快速熔断器的电流/温度特性与普通 熔断器相比具有更好的性能，熔断时间更短。
KP
A
KRD
来自百度文库
B
C
KRD
KP
A B C
图9 交流侧串联快熔接线方式
图10 整流元件串联快熔接线方式
图三 短路（过流） 的晶闸管管
同步发电机励磁系 统
王振中
1
励磁系统概述
同步发电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电流,以便建立磁场, 这个电流称为励磁电流,而供给电流的整个系统称为励磁系统。 ➢在发电机正常运行工况下，励磁系统应维持发电机端电压在给定的水 平。 ➢维持电压水平和机组间稳定的分担无功功率。 ➢提高同步发电机并列运行的稳定性。
B
b
c Rfz
Ud
C
D4 D6
D2
e2、Ud
Ud=1.35U2L
I2=0.817Id
图5a 三相全波桥式整流电路原理图
cb ab ac bc ba ca cb ab ac bc
a
b
c
ωt ωt1 ωt2 ωt3 ωt4 ωt5 ωt6 ωt7 ωt8 ωt9
d
e
f
图5b 三相整流电路波形图
13
三相全控桥式整流（静止励磁系统）
9
晶闸管
晶闸管的导通条件：以下两条件须同时具备： a.正向阳极状态； b.控制极加上触发脉冲； 晶闸管的关断条件：以下任一条件即可关断： a.主回路断开； b.晶闸管两端处于反向电压时 c.流过晶闸管的电流下降到小于维持电流
晶闸管的伏安特性
10
移相触发
移相触发单元的作用：产生触发脉冲，用来触发整流桥中的晶闸 管，并控制触发脉冲的相位随综合放大单元输出的控制电压的大 小而改变，达到调节励磁的目的。 移相触发的基本原理：利用主回路电源电压信号产生一个与主回 路电压同步的幅值随时间单调变化的同步信号，将其与来自综合 放大单元的控制信号比较，在两者相等的时候产生触发脉冲。 移相触发单元一般包括：同步、移相脉冲形成和脉冲放大环节。
控制角（触发角）α：从晶闸管承受正向电压起到触发脉冲加 入时的电角度。 自然换相点：在相电压的交点处开始换相，从此点开始这相可控硅才开始 承受
正向电压。 自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻。
11
单相桥式半控整流（无刷励磁系统）
12
三相桥式整流（无刷励磁系统）
I2
ZLB
D1 D3
D5
A a
21
22
无刷励磁系统组成
EDVR-2000A 发电机励磁调节器
永磁机 f=400HZ 交流励磁机 f=150HZ
Ud
U0
ab ac bc ba ca cb ab ac
U1
0
ωt
图 7-23三 相 整 流 电 路 发 生 同 相 不 同 组 两 只 元 件 故 障 时 的 输 出 波 形 图 17
可控硅的检测
断开晶闸管阴极和控制极与脉冲变压器的 连接线，用万用表测量晶闸管阴极与控制极 电阻，阻值一般在10Ω左右。用对线灯在晶 闸管阳极和阴极之间加一个正电压，在晶闸 管控制极和阴极之间加一个短时的正电压， 晶闸管应保持导通，即连接在晶闸管阳极和 阴极的对线灯应保持亮的状态。
2
第1部分 励磁系统的几种主要类型
3
直流励磁机励磁系统：
早期发电机单机容量小，大功率电力半导体技术还没有发展起来，绝 大多数采用同轴直流励磁机。采用滑环和电刷。慢速励磁系统。
4
交流励磁机励磁系统：
50-60年代，出现了大功率半导体整流元件，开始采用交流励磁机。随 着永磁材料不断进步，出现了永磁式副励磁机。采用滑环和电刷。慢 速励磁系统。
16
常见故障
Ud
U0
ab ac bc ba ca cb ab ac
U1
0
ωt
图7-1 三相整流电路发生单只元件故障时的波形图
Ud
U0
ab ac bc ba ca cb ab ac
U1
0
ωt
图 7-2 三 相 整 流 电 路 发 生 同 组 不 同 相 两 只 元 件 故 障 时 的 输 出 波 形 图
20
无刷励磁的主要缺点
➢ 同步电机转子不能直接灭磁，目前只能在励磁机回路灭磁，故灭 磁时间较长。 ➢ 发电机转子电压、电流不能直接测量。 ➢ 对旋转元器件（整流元件的熔断器）要求能承受较大的离心力。 ➢ 对旋转元器件的故障监测与报警技术有待进一步完善。 ➢ 由于无刷励磁对旋转二极管的要求很高，目前能够提供用于大型 发电机无刷励磁的旋转二极管厂家世界上屈指可数，所以无刷励磁系 统的成本远高于静止励磁，目前国内长期依耐进口旋转二极管组件。
ZLB
D1
D3 D5
Id
I2
A
B
Rfz
Ud
C
D4
D6
Ud=1.35U2L（1+COSα） 三相全控桥整流电路原理图
e2、Ud
cb ab ac bc ba ca cb 00 300
D2 I2=0.817Id
ωt
ωt1 ωt2 ωt3 ωt4 ωt5 ωt6 ωt7 ωt8
三相全控整流电路波形图
ωt α
第2部分 无刷励磁系统
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无刷励磁的主要优点
➢ 取消了集电环和碳刷，彻底解决了环火问题，并且根除了碳刷碳 粉的污染，省掉了换碳刷的工作，减少了维护工作量。 ➢ 无刷励磁系统特别适应于大容量（大励磁电流）的机组，由于全 部励磁功率取自轴系，所以励磁电源独立，不受电力系统电压波动影 响。 ➢ 无刷励磁系统的强励能力不受系统短路影响。 ➢ 无刷励磁的控制功率大大减小，有利于简化控制、保护线路，少 占用厂房场地（省去励磁变压器和大功率整流灭磁屏）。
图四 短路（过流）烧 毁的晶闸管
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整流元件过电压保护
整流元件的暂态过电压保护目前主要使用阻容吸收器。由于在可控 硅关断和换相的过程中，由于存储电荷的作用会使可控硅两端产生暂 态过电压，如果不加以抑制将会对可控硅产生不良的影响，甚至会造 成可控硅的损坏。一般有分散式、集中式两种：
图五 过压击穿的晶闸管
5
无刷励磁系统：
无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可 靠性和减少了机组维护工作量。
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自并励励磁系统：
。
自并励静止励磁系统取代直流励磁机和交流励磁机励磁系统是技术发 展的必然。优点是结构简单，轴系短，快速响应，提高电网的稳定水 平。
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第2部分 半导体变流技术
8
分类
现代发电机励磁系统中，从电源的变换到发电机励磁能量的提供，无处 不存在半导体变流技术的应用。
脉冲触发图 14
整流元件过载、短路保护
整流元件的过载、短路保护一般采用电力电子专用快速熔断器而 不能使用普通熔断器代替。专用快速熔断器的电流/温度特性与普通 熔断器相比具有更好的性能，熔断时间更短。
KP
A
KRD
来自百度文库
B
C
KRD
KP
A B C
图9 交流侧串联快熔接线方式
图10 整流元件串联快熔接线方式
图三 短路（过流） 的晶闸管管
同步发电机励磁系 统
王振中
1
励磁系统概述
同步发电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电流,以便建立磁场, 这个电流称为励磁电流,而供给电流的整个系统称为励磁系统。 ➢在发电机正常运行工况下，励磁系统应维持发电机端电压在给定的水 平。 ➢维持电压水平和机组间稳定的分担无功功率。 ➢提高同步发电机并列运行的稳定性。
B
b
c Rfz
Ud
C
D4 D6
D2
e2、Ud
Ud=1.35U2L
I2=0.817Id
图5a 三相全波桥式整流电路原理图
cb ab ac bc ba ca cb ab ac bc
a
b
c
ωt ωt1 ωt2 ωt3 ωt4 ωt5 ωt6 ωt7 ωt8 ωt9
d
e
f
图5b 三相整流电路波形图
13
三相全控桥式整流（静止励磁系统）
9
晶闸管
晶闸管的导通条件：以下两条件须同时具备： a.正向阳极状态； b.控制极加上触发脉冲； 晶闸管的关断条件：以下任一条件即可关断： a.主回路断开； b.晶闸管两端处于反向电压时 c.流过晶闸管的电流下降到小于维持电流
晶闸管的伏安特性
10
移相触发
移相触发单元的作用：产生触发脉冲，用来触发整流桥中的晶闸 管，并控制触发脉冲的相位随综合放大单元输出的控制电压的大 小而改变，达到调节励磁的目的。 移相触发的基本原理：利用主回路电源电压信号产生一个与主回 路电压同步的幅值随时间单调变化的同步信号，将其与来自综合 放大单元的控制信号比较，在两者相等的时候产生触发脉冲。 移相触发单元一般包括：同步、移相脉冲形成和脉冲放大环节。
控制角（触发角）α：从晶闸管承受正向电压起到触发脉冲加 入时的电角度。 自然换相点：在相电压的交点处开始换相，从此点开始这相可控硅才开始 承受
正向电压。 自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻。
11
单相桥式半控整流（无刷励磁系统）
12
三相桥式整流（无刷励磁系统）
I2
ZLB
D1 D3
D5
A a
21
22
无刷励磁系统组成
EDVR-2000A 发电机励磁调节器
永磁机 f=400HZ 交流励磁机 f=150HZ
Ud
U0
ab ac bc ba ca cb ab ac
U1
0
ωt
图 7-23三 相 整 流 电 路 发 生 同 相 不 同 组 两 只 元 件 故 障 时 的 输 出 波 形 图 17
可控硅的检测
断开晶闸管阴极和控制极与脉冲变压器的 连接线，用万用表测量晶闸管阴极与控制极 电阻，阻值一般在10Ω左右。用对线灯在晶 闸管阳极和阴极之间加一个正电压，在晶闸 管控制极和阴极之间加一个短时的正电压， 晶闸管应保持导通，即连接在晶闸管阳极和 阴极的对线灯应保持亮的状态。
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第1部分 励磁系统的几种主要类型
3
直流励磁机励磁系统：
早期发电机单机容量小，大功率电力半导体技术还没有发展起来，绝 大多数采用同轴直流励磁机。采用滑环和电刷。慢速励磁系统。
4
交流励磁机励磁系统：
50-60年代，出现了大功率半导体整流元件，开始采用交流励磁机。随 着永磁材料不断进步，出现了永磁式副励磁机。采用滑环和电刷。慢 速励磁系统。
16
常见故障
Ud
U0
ab ac bc ba ca cb ab ac
U1
0
ωt
图7-1 三相整流电路发生单只元件故障时的波形图
Ud
U0
ab ac bc ba ca cb ab ac
U1
0
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图 7-2 三 相 整 流 电 路 发 生 同 组 不 同 相 两 只 元 件 故 障 时 的 输 出 波 形 图
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无刷励磁的主要缺点
➢ 同步电机转子不能直接灭磁，目前只能在励磁机回路灭磁，故灭 磁时间较长。 ➢ 发电机转子电压、电流不能直接测量。 ➢ 对旋转元器件（整流元件的熔断器）要求能承受较大的离心力。 ➢ 对旋转元器件的故障监测与报警技术有待进一步完善。 ➢ 由于无刷励磁对旋转二极管的要求很高，目前能够提供用于大型 发电机无刷励磁的旋转二极管厂家世界上屈指可数，所以无刷励磁系 统的成本远高于静止励磁，目前国内长期依耐进口旋转二极管组件。
ZLB
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D3 D5
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A
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Rfz
Ud
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Ud=1.35U2L（1+COSα） 三相全控桥整流电路原理图
e2、Ud
cb ab ac bc ba ca cb 00 300
D2 I2=0.817Id
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ωt1 ωt2 ωt3 ωt4 ωt5 ωt6 ωt7 ωt8
三相全控整流电路波形图
ωt α