1同步发电机励磁整流原理

5.1、三相全控桥理想定量分析
当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载 a≤60时）的平均值为：U2是线电压。
带电阻负载且a >60时，整流电压平均值为：
输出电流平均值为 ：Id=Ud /R 当整流变压器采用星形接法，带阻感负载,电感充分大时，变 压器二次侧电流有效值为：
I2 Ia 1 2 2 2 2 2 I ( I ) d d 3 3 2 I d 0.816 I d 3
ud 1
= 90°
ub
uc
ua
O ud 2 ud
t 1
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ uac ub c ub a uca Ⅴ Ⅵ ucb uab
t
uab
uac
O
t
uV T
1
uac
uac
阻感负载时， 由于电感L的作 用，ud波形会 出现负的部分
O uab
t
图24 三相桥式整流电路带阻感负载， =90时的波形
触发 脉冲 分配
O
uV T
1
O
3-3-15
1 2 u 3 4 5 6
ac
负 载
uac
t
uab
4.4、电阻负载a=90
ud 1 ua ub uc ua ub O ud 2 ud uab uac ub c ub a uca ucb uab uac ub c ub a
t
O
t
id
O iV T
1
t
根据换相角 γ的大小，换相过程主要分为 3种状态：
5.6、三相全控桥输出波形
V VR R M
三相全控桥既能强励，又能强减，反应非常快，具备快速稳定发电机电压的优势
按照Ud=1.35U2cosa，一般强励α =100 ；强减α =1500
误强励 强励

强减、逆变灭磁

V fm a x . V fc Vf n o m
O ia O
t
t
4.5、感性负载 a =30
ud 1
= 30° u
a
ub源自文库
uc
O t 1 ud 2 ud Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ uab uac ub c ub a uca ucb uab uac
t
O
t
相电流波形不 变，相位随触 发角移动
id O ia O
t t
图 三相桥式全控整流电路带阻感负载 =30时的波形
5.2、三相全控桥实际定量分析
由于交流回路存在电感，2个晶闸管换相导通，一个 下降另一个上升，不是理想的突变，而是指数变化， 期间这2个晶闸管同时导通，出现换相缺口和过电压。 此时引出一个重要概念：换相角γ。 换相角的出现，即影响输出电压，又影响输出电流。 换相缺口只有一个，但是既可以表现在直流输出电 压波形上，又可以表现在交流输入波形上。
1、直流励磁机
直流励磁机就是直流发电机。 直流发电机：
定子是励磁绕组；转子是电枢绕；换向 器相当于全波整流，将交流变为直流， 作为直流电源提供给发电机励磁绕组。
直流发电机分类
a：他励； b：并励； c：串励； d：复励。
1.1、直流励磁机励磁系统
复励直流发电机励磁系统：


励磁机并励绕组、励磁机并励绕组 电流调节电阻、励磁机串励绕组； 发电机励磁绕组； 非自动电压调节器，是励磁电流调 节器； 励磁机串励绕组起是负荷补偿绕组， 随发电机负荷增加而增加励磁电流。
因此，在励磁参数值中可以找的强励强减整定值，现在采用无级快速变 化的晶闸管励磁，再也没有这个参数了，请注意！
强励和强减继电器
电 阻
1.3、其他类型直流励磁机系统
永磁机的优点： 永磁机他励直流励磁机复励励磁
1、同轴，可靠性高； 2、他励，不受电网影 响； 3、可以用提供频率方 法来减少励磁回路时间 常数。
2、电荷是不能突变的，积蓄的载流子并不因电流等于0而截止，还有一个继 续导通的短暂时刻，使之产生反向电流；
3、更为重要的是，反向电流短暂产生，也会短暂结束，产生较高的di/dt；
4 、由于回路有电感，快速的 di/dt会产生反向感应电势 e=- （di/dt）L ，这样， 换相过电压就产生了。
换相过电压危害很大，必 须予以抑制。 1、危害电气设备绝缘； 2 、 过 高 的 du/dt 还 可 能 误 触发晶闸管。
简单无刷励磁系统
2.1、交流励磁机
交流励磁机：普通交流发电机，其电枢绕组带三相整流桥电路，将交流电变为直流 电，供给发电机励磁绕组。
交流励磁机分为2类：有刷交流励磁机，无刷交流励磁机。 有刷交流励磁机的转子是励磁绕组，定子是电枢绕组，其交流输出经整流桥后再经 过碳刷进入发电机励磁绕组。 无刷交流励磁机的定子是励磁绕组，转子是电枢绕组，其交流输出经整流后直接进 入发电机励磁绕组。
4.6、感性负载a >60
a >60时
阻感负载时的工作情况与电阻负载 时不同，电阻负载时ud波形不会 出现负的部分，而阻感负载时， 由于电感L的作用，ud波形会出 现负的部分 带阻感负载时，三相桥式全控整流 电路的a 角移相范围为90
4.7、感性负载a =90
输出电压平均值 等于0，故带阻 感负载时，三相 桥式全控整流电 路的 角移相范 围为90
q轴
d轴
3.1、励磁电压响应比
1、传统的励磁电压响应比，是指0.5s内励磁电压增加面积的等效高度与起始 值之比。等效高度通过计算三角形面积abe来，即R=（Uf2-Uf1）/（0.5Uf1）; 2、国家励磁标准中称为励磁系统标称响应，其实质还是励磁电压比R。
3.2、励磁电压响应时间
1、水电励磁标准中改励磁电压响应比为励磁电压响应时间； 2、励磁电压响应时间等于或小于0.1s为高起始响应； 3、交流励磁机为低起始响应，晶闸管静止励磁为固有高起始响应。
ud 1
= 60 u ° a t 1
ub
uc
uab对应
6，1导 通
O ud 2 ud uab Ⅰ uac Ⅱ ub c Ⅲ ub a Ⅳ uca Ⅴ ucb Ⅵ uab
t
uac
VT1
VT3
VT5
id
t ud
VT5,6 6,1 1,2 2,3 3,4 4,5 5,6
a b c
VT4 VT6 VT2
5、交流励磁机系统为了提 高励磁电压响应时间，达到 高起始目的，必须采用搞强 励倍数； 6、研究表明，励磁机系统 的强励作用明显。
6.1、三相全控桥换相过电压
1、实际上，即便是交流回路没有电感，2个晶闸管的换流过程也存在，因为 导通过程中晶闸管积蓄了不少载流子（电子和空穴电荷），使得元件不能瞬 时截止，因此存在换相过程；
5.3、全控桥交流波形换相缺口
换相缺口是2个晶闸管同时导通，形成环流，相当于2相短路，使得交流输入波 形出现缺口损失，1个周期出现6个缺口。缺口的宽度由换相角γ决定，缺口的 深度，由回路的阻抗值决定，即由短路电流大小决定。阻抗越小，短路电流越 大，缺口越深。
5.4、全控桥直流波形换相缺口
换相缺口造成直流输电电压减少：
Ud=1.35U2cosa-ΔU （输出电压的定量分析 ）
换相缺口不仅产生ΔU，而且还产生过电压。 1个周期出现6个缺口。缺口的宽度由换相角γ 决定，缺口的深度，由回路的阻抗值决定， 即由短路电流大小决定。阻抗越小，短路电 流越大，缺口越深。
5.5、三相全控桥电流定量分析
换相缺口造成直流输电电流减少：
目录
1、直流励磁机； 2、交流励磁机； 3、励磁电压响应比； 4、三相全控桥电路原理； 5、三相全控桥定量分析； 6、晶闸管换相阻容保护； 7、晶闸管快熔熔断器保护； 8、晶闸管脉冲移相电路； 9、励磁整流桥均流技术； 10、励磁系统按照电源分类； 11、励磁系统按照发电机分类； 12、励磁系统的组成与分类; 13、热管励磁功率柜。
4.1、三相桥式全控整流电路
共阴极组——阴极 连接在一起的3个 晶闸管（VT1，VT3， VT5）
导通顺序：
VT1－VT2
VT1
VT3
VT5
u v w
ia a
b c
VT4 VT6 VT2
id
ud 负 载
－VT3－ VT4 －VT5－VT6
共阳极组——阳极 连接在一起的3个 晶闸管（VT4， VT6，VT2）
4.2、电阻负载a=30
ud 1 = 30 ° ua ub uc
1，6管导通
O ud 2 ud
t 1
Ⅰ uab Ⅱ uac Ⅲ ub c Ⅳ ub a Ⅴ uca Ⅵ ucb
1， 2管导通 t 3，2管导通
uab uac
关断后承受线电压,120 度后线电压交换。
VT1
VT3
t
VT5
id
并励直流发电机励磁系统：

励磁机并励绕组、励磁机并励绕组 电流调节电阻； 发电机励磁绕组； TK复励变压器，起到随发电机负荷 增加而增加励磁电流。
1.2、直流励磁机强励强减
过去强励和强减概念：检测发电机电压，当低于或高于强励强减整定值（低于 80%强励，高于120%强减），则短接或投入限流电阻，快速改变发电机励磁电 压，使之强励和强减。
4
6
DK1
4 RX21 1 2
1 KR21 2 1
4 RX22 1 2
3
5
4 RX24 1 2
YM1 1 KR22 2 1
4 RX23 1 2
1
2 KR24 1 KR23 2
4 RX25 1 2
YM2 2 KR25 1 KR26 SCR4 4 RX14 1 2
1
4 RX26 1 2
5.7、励磁强励倍数定义
1、强励 Ceiling，强励是指晶闸管控制角处于最小，也就是晶闸管整流器 输出最大电压的状态。在规定的强励时间，励磁系统能够输出的最大电流 和电压称为顶值电流和电压。 2、顶值电流和电压与额度励磁电流和电压的倍数称为顶值电流倍数和顶值 电压倍数 Ceiling factor或强励倍数。 3、强励倍数由最大励磁电压决定，根据Udmax=1.35U2COSamin，可见 最大励磁电压由励磁变二次电压和控制角决定； 4、由于自并励是从取代自复励而来，当初为了保证与自复励一样的强励能 力，特别提高了强励倍数。而现在进一步分析计算以及机组容量的增大， 高强励倍数带来很多负面影响，故逐步开始降低强励倍数：4.0/80%、 3.5/80%、3.0/80%、2.5/80%、2.0/80%、2.25、2.0；

t -0 .8 V fc VT R VR S VS T -Vf m a x .
P rotection range
Operation with ceiling voltage
Nom. operation VfN
Operation with neg. ceiling voltage (inverter)
4、提高强励倍数，改变了励磁电压上升的斜率，使之满足0.1s的高起始要求。
高强励倍数
低强励倍数
4、现代励磁基础：晶闸管

同轴直流发电机（体积大、效率低、容量小） 电力电子器件：二极管、晶闸管（可控硅）、IGBT等 PN结、单相导通特性、可控硅伏安特性 可控硅导通条件：正向电压、正向脉冲 可控硅关断条件：反向电压 同步电压、触发脉冲、脉宽调制
2.1、交流励磁机特性简介
2、交流励磁机三相空载短路同普通发电机一样，励磁电流突变并产生直流分量；
3、对于凸极机来说，EQ=U+jIXq，是凸极机虚拟量，但很重要，只有先确定EQ， 才能建立d-q轴，才能计算Eq。
1、交流励磁机的短路暂态特性同普通交流发电机一样，有电枢反应，有Xd、Xd′、 Eq、Eq′的等概念。有的交流励磁机是一个凸极发电机，比如电枢旋转式；
6.2、换相过电压阻容抑制电路
1、元件RC缓冲器，即晶闸管阻容保护。利用电容充电限制过 电压，利用电阻吸收过电压能量。
6.3、换相过电压阻容抑制电路
2、线路RC缓冲器，即交流或直流回路阻容保护，方式较多。
3、吸收过电压，还有其他保护，比如压敏电阻MOV等。只能 限制幅值，不能改变du/dt。
2
ud 负 载
O
a b
ca
电阻负载，相电流为 u u u u u u 上、下管各自导通时 电流合成，波形与输 出电压波形相同。
VT
1
ab
ac
bc
ba
ucb
uab
uac
c
VT4 VT6
t
VT2
O
5，6管导通
ia uab uac
3-3-14
O
每管每周期导通120度
5，4管导通 3， t4管导通
4.3、电阻负载a=60
3.3、高起始响应方案
1、为了提高交流励磁机的响应比，最简单的办法就是提高励磁电压强励倍数； 2、励磁电压强励倍数是强励电压与额定电压之比，有刷励磁是2-3倍，无刷可 以达到数十倍，其目的就是提高励磁电压响应比；
3、励磁电流强励倍数最高为2倍，尽管无刷励磁电压强励倍数很高，但是励磁 电流绝对不能超过2倍，否者就是误强励；