同步发电机自动励磁调节器中同步电压的处理

1 同步电压的作用
根据在可控硅整流电路中对可控硅进行导通控 制的要求, 可控硅元件上所加的电压和控制极上所 加的触发脉冲在相位上必须配合合理, 否则可控硅 将无法正常工作, 这种配合称为同步。因此, 在可控 硅励磁系统中, 必须引人同步电压来保证可控硅触 发脉冲与主电路的同步[ 2] 。
2 同步电压的产生
刘微
( 南京工程学院, 江苏 南京 210013)
摘 要: 在同步发电机自动励磁调节装置中, 可控硅触发技术是一项关键技术, 而其中的同 步电压的 处理环节又 是
关键。因此, 对半导体励磁系统和微机励磁系统中同步电 压的处理进行分析, 并比较。
关键词: 自动励磁调节器; 可控硅整流; 同步电压; 触发脉冲
26 2002 年 12 月
江苏电机工程 Jiangsu Elect rical Engineering
第 21 卷 第 6 期
同步发电机自动励磁调节器中同步电压的处理
The Formation of Synchronous Voltages in Automatic Excitation Regulator
图 2 同步变压器内部接线图
图 3 同步变压器电压相量关系
( 2) 滤波 二阶有源滤波作用是滤去副励机由于全控整流 桥负荷所引起的波形畸变, 得到相位滞后 90 的电 压, 此电压不受主电源波形畸变的影响, 其相位与副 励机发出的三相交流电压相位同相。 ( 3) 电压整形 图 4 为三相同步电压整形电路, 同步变压器副 方电压经滤波后的电压 u a、ub、uc 再经电压比较器 后, 形成宽 180 相距 120 的 3 个方波( 如图 5) , 其上 升沿分别对 应自然换流点 1、3、5。对于 三相全控 桥, 须增加 3 个反相器, 形成 6 个宽 180 相距 60 的 方波, 其上升沿分别对应自然换相点 1、2、3、4、5、6, 再将 6 个同步电压门控信号送入 8253。 同步电压门控信号的作用[ 3] : a. 将同步电压门控信号通过 8253 形成电源电 压状态字, 用以控制 8253 中定时/ 计数器记数时间
可见, 在半导体三相全控硅整流桥中, 对于 1 个 可控硅要引入 4 个同步电压, 即: U tb、U 充、U min、 U max, 对于 6 个可控硅要引入 24 个相位不同的同 步电压。
此外, 在半导体励磁中对于副励机来讲, 三相可 控整流桥适是一个很大的负载, 可控硅的导通与关 断将引起阳极电源电压波形畸变较严重, 因此引起 的同步电压波形畸变的问题也必须予以重视, 否则 将影响移相触发回路的正常工作。通常对畸变了的 同步电压先进行滤波或整形, 以消除畸变的影响。
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常数 t 的装入。对于最大角及最小角的限制, 可将 对应的 tmax及 t min装入相应的定时/ 计数器的计数器 中, 即可达到最大角及最小角的控制。
图 4 三相同步电压整形电路高电平直至下一个门控脉冲到来。计数器输出从 0 变高的正跳沿, 可以用单稳态电路检出得到一个宽 度一定的脉冲。方式 1 还有其他一些特点:
三相全控硅整流电路中, 共阴极组的可控硅只 有在其阳极电位最高的一段区间内才有可能导通, 供阴极组的出发脉冲应在这一期间内发出, 三相触 发脉冲应按+ A、+ B、+ C 相序依次相隔 120 发出。 共阳极组的可控硅只有在其阴极电位最低的一段区 间内才有可能导通, 共阳极组的触发脉冲应在这一 段区间内发出。三相触发脉冲应按- C、- A、- B 相序依次相隔 120 发出。这样六相触 发脉冲应按 + A - C + B - A + C - B 相序依次相隔 60 发出。
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参考文献
[ 1] 周双喜, 李丹. 同步发电机 数字式励 磁调节器 [ M ] . 北京: 中 国 电力出版社, 1998.
[ 2] 樊俊. 同步发电机半导体励磁原理及应用[ M ] . 北京: 水利电 力 出版社, 1991.
[ 3] 丁尔谋. 同步发电机励磁调节器[ M ] . 北京: 中国电力出版社.
可见, 微机励磁调节器中同步电压的处理比较 简单, 即只要产生一与主电源同步的门控信号即可。
图 5 三相可控阳极电压及自然换流点
b. 同步电压门控信号为主机中断器控制器提 供外部中断源。
c. 同步电压门控信号分别作为 8253 的门控信 号。
( 4) 可编程定时/ 计数器 8253 是较常用的接口芯片。它具有 3 个独立 的 16 位计数通道的可编程定时/ 计数器, 使用+ 5 V 单一 电源, 24 引脚 双列直插式大 规模集成电路 芯 片。 8253 具有方式 0 至方式 5 共 6 种工作方式, 用 户可 以根据电路要求 任选, 在 此电路中选方 式 1。 方式 1 又称硬件再 触发单拍脉冲 计数。在此 方式 下, 由外部门控脉冲触发计数器, 使输出变低, 开始 时对时钟脉冲进行倒计数。当时钟脉冲的个数等于 计数值时, 即计数器减到零, 其输出变高, 其后保持
接主电路的电源, 副方绕组在三相半控桥中接成三 相 Y 形, 在三相全控桥中采用六相双 Y 形接法。根 据全控硅整流桥的工作特点: 控制角 0 < < 90 时, 全控硅整流桥工作在整流状态; 当 > 90 时, 全控硅 整流桥工作在逆变状态, 仅简单的引入上述同步电 压( U tb) 还不够, 必须对同步电压进行处理, 才能满 足触发脉冲的要求。
可见, 在 半导体励磁中, 同步电压 的产生很 麻 烦, 调试也很困难。 3. 2 微机励磁调节器中同步电压的处理 3. 2. 1 同步电压的处理框图原理
同步电压整形的框图见图 1。
图 1 同步电压整形的框图
副励机发出的三相交流电压经同步变压器将电 压变小、隔离、移相, 此同步变压器采用 / 2Y 接法 是为了增加与主电源的阻抗, 并将输入电压移相后 得到超前 90 的电压。再将同步变压器输出电压进 行二阶有源滤波后得到相位滞后 90 的电压, 此电 压与副励机的电压同相。最后将此电压经电压比较
因此, 移相触发单元必须接受与主电路电压有 一定相位关系的电压信号, 才能保证触发脉冲按要 求发出。同步电压可经同步变压器获得, 同步电压 采用适当的接法, 将主电路电压变换成具有触发电 路所要求的幅值、相位及相数的同步电压, 作为移相 触发单元的同步信号。
3 同步电压的处理
3. 1 半导体励磁调节器中同步电压的处理 在半导体励磁调节器中, 同步电压的原方绕组
为了满足全控整流桥对触发脉冲的要求, 采用 2 片 8253, 共有 6 个计数器, 分别对 6 个可控硅进行 触发。8253 的门控脉冲由门控 信号回路供给。计 数时钟脉冲由主机的时钟电路供给, 数据线直接连 接到主机总线的 C 口低 8 位上。通过软件对发电 机电压与参考电压之差进行 PID 运算, 得到一个控 制量去改变控制角, 这个控制量是一个数字量, 直接 由 CPU 写入 8253 中, 8253 根据写入数的大小及同 步电压信号产生相应控制角为 的触发脉冲。
a. 计数值写入计数器后, 并不 开始计数, 直到 外部触发脉冲( 同步电压门控信号) 正跳沿到来时才 开始减法计数。若不重新写入计数值, 计数器仍按 原计数值进行计数。
b. 计数器计数过程中不会被外部门控脉冲打 断, 以保证完整的计数过程。
c. CPU 通过数据线改变计数值, 其计数值在下 一个门控脉冲触发后才生效。
4 结论
( 1) 在半导体励磁调节器中, 对于 1 个可控硅 要引入 4 个相位不同的同步电压 U tb、U 充、U m in、 U max, 对于 6 个可控硅要引入 24 个相位不同的同 步电压, 很麻烦。若其中有一个量出了问题将影响 触发脉冲的形成, 调试较困难, 装置的可靠性差。
( 2) 在微机励磁调节器中, 只需产生一个与主 电源同步的门控信号, 即 6 个同步电压门控信号的 上升沿对应于自然换相点, 最大角与最小角的限制 由软件实现, 从而简化了同步电压的处理, 为调试带 来了方便, 并提高了装置的可靠性。
同步电压的取法和可控整流电路接线 型式有 关[ 2] 。
三相半控硅整流电路中, 由于共阳极组的整流 元件不可控, 在自然换流点换流, 共阴极组的可控硅 应承受的阳极电压为正时一段区间内触发导通, 三 相触发脉冲应按+ A、+ B、+ C 相序依次相隔 120 发出。
收稿日期: 2002- 07- 27; 修回日期: 2002- 11- 10
中图分类号: T M 31
文 献标识码: C
文章编号: 1009- 0665( 2002) 06- 0026- 03
同步发电机的自动励磁调节装置( AER) 是电力 系统中一个重要的自动装置[ 1] , 其中的移相触发单 元的任务是产生可以改变相位的脉冲, 用来触发整 流桥中的可控硅, 使其控制角随着发电机端电压的 变化而改变, 从而达到自动调节励磁的目的。移相 触发单元是由同步、移相、脉冲形成、脉冲放大等环 节构成[ 2] 。若其中的同步电压处理不好, 将影响移 相触发脉冲的准确性, 从而影响发电机的励磁。在 半导体励磁系统中同步电压的产生很麻烦, 随着微 型计算机的应用, 为同步电压的处理提供了很大的 方便。
器得到 6 个上升沿分别对应于自然换相点的门控信 号, 将此门控信号接到可编程定时计数器( 8253) 上 形成电源电压状态字。以下对框图的各个部分进行 分析。
( 1) 同步变压器 同步变压器内部接线如图 2 所示, 一次侧接成 形, 是为了消除零序的影响, 二次侧有 6 个绕组, c2 与 b2 反极性相串得到 u ja、a2 与 c2 反极性相串得 到 u jb、b2 与 a2 反极性相串得到 u jc。画出 U ja、U jb、 U jc与一次电压 U ab、U bc、U ca的相量关系图。 如图 3 所示, 可见前者超前后者 90 相角。