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1、发电机励磁系统一、简介：励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统，励磁系统是一种直流电源装置。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流,即励磁电流，以建立直流磁场。励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。在电力系统运行中，发电机依靠电流的变化进行系统电压和本身无功功率的控制因此，励磁功率单元
2、应具备足够的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。而且它有足够的励磁顶值电压和电压上升速度具有较大的强励能力和快速的响应能力。励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出，是整个励磁系统中较为重要的组成部分。励磁调节器的主要任务是检测和综合系统运行状态的信息，以产生相应的控制信号，经放大后控制励磁功率单元以得到所要求的发电机励磁电流。系统正常运行时，励磁调节器就能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水平。应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而
3、且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。图 一二、励磁系统必须满足以下要求：1、正常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。2、整流装置提供的励磁容量应有一定的裕度，应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。3、 调节器应设有相互独立的手动和自动调节通道；4、励磁系统应装设过电压和过电流保护及转子回路过电压保护装置。三、励磁系统方式：励磁方式，就是指励磁电源的不同类型。一般分为三种：直流励磁机方式、交流励磁机方式、静止励磁方式
4、。静止励磁系统。由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。自并励静止可控硅整流励磁系统主接线原理图: FMK（灭磁开关） L F CT（电流互感器） ZB （励磁变） PT （互感器） SCR 自动励磁调节器 （AVR） 图6-2图 二自动励磁控制系统原理框图 F整流器移相触发比较放大测量 -给定 +图 三励磁系统的组成：（1） 励磁系统主回路：励磁变、功率柜、灭磁电路、过压过流保护电路等（2） 励磁调节器：测量回路、比较放大、移相触发、整流器等自并励方式的优点：设备和接线比较简单；由于励磁系统无转动部分，具有较高的可靠性；造价低；励磁变压器放置自由，缩短了机组长度
5、；励磁调节速度快，是一种高起始响应的励磁系统；当主整流器采用三相全控桥时，可用逆变来灭磁，使灭磁时间短。自并励方式的缺点：整流输出的直流顶值电压受发电机端或电力系统短路故障形式（三相、两相或单相短路）和故障点远近等因素的影响；需要起励电源；存在滑环和碳刷。四、励磁系统主回路：1、励磁变：励磁变压（流）器供给整流装置，为整个励磁系统的电源。整个励磁装置没有转动部分，属于全静态励磁系统。2、功率柜整流可控硅三相全控桥电路，其接线特点是六个桥臂元件全都采用可控硅管，共阴极组的可控硅元件及共阳极组的可控硅元件都要靠触发换流。它既可工作于整流状态，将交流变成直流；也可工作于逆变状态，将直流变成交流。正是
6、因为有逆变状态，励磁装置在正常停机灭磁时，就不需要跳灭磁开关，可以大大减轻了灭磁装置的工作负担。三相全控桥整流电路原理接线见图1-10，这里，六个可控硅按+A、-C、+B、-A、+C、-B顺序轮流配对导通，在一个360度周期内，每个可控硅导通120度。KRD是快速熔断器，起保护可控硅的作用。RC是可控硅阻容保护，主要吸收可控硅换相时的过电压，可限制可控硅两端的电压上升率，有效防止误导通。运行实践表明，RC对励磁系统过电压毛刺的影响最大，选择合理的参数非常重要。YGK表示三相电源刀闸或电动开关，由于功率柜都是先切脉冲后跳开关，再加上使用电动开关后的维护工作量较大，现在一般都使用刀闸。ZDK表示直
7、流输出刀闸。在图1-10中，整流输出电压Ud（平均电压）同阳极电压Uy（线电压有效值）和控制角的关系式：Ud=1.35 UyCOS，这里的范围一般是20120度。整流电流的平均值Id同阳极线电流有效值Iy的关系式：Iy=0.817Id。值得注意的是，电流关系的这种表达式，只在全控桥外接大电感和大电容负载情况下存立，比如发电机转子负载。对于全控桥带电阻负载，电流表达式还与有关系。 Id KRD1 KRD3 KRD5 FL A Iy C1 C3 C5 Uy +A R1 +B R3 +C R5 ZDK Ud YGK -A C4 -B C6 -C C2 R4 R6 R2 KRD4 KRD6 KRD2图
8、1-10 三相全控整流桥原理接线图可控硅元件的工作原理可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示图1 可控硅等效图解图当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循
9、环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1表1 可控硅导通和关断条件状态条件说明从关断到导通1、阳极电位高于阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件即可三相桥式全
10、控整流电路应用最为广泛，共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）编号：1、3、5，4、6、2图2-17 三相桥式全控整流电路原理图假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极阻的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态 三相桥式全控整流电路的特点：（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-V
11、T5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。表2-1 三相桥式全控整流电路电阻负载a=0时晶闸管工作情况时 段III IIIIV V VI共阴极组中导通的晶闸管VT1 VT1 VT3 VT3VT5 VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2 VT2VT4 VT4VT6整流输出电压Ud Ua-Ub=UabUa-Uc=UacUb-Uc=UbcUb-Ua=UbaUc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb（3）ud一周期脉动6次，每次脉动
12、的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，另一种方法是双脉冲触发（常用）。图2-19 三相桥式全控整流电路带电阻负载a =30时的波形图2-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载a =60时的波形图2-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载a =90时的波形小结当a60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值。带电阻负载时三相桥式全控整流电路a 角的移相范围是120可控硅过电压保护加于可控硅元件上的瞬时反向电压，达到反向击穿电压，将造成可控硅元件的反向击穿，导致可控硅元件的损坏。产生过电压的原因，除了大气过电压之外，主要是由于系统中断路器操作过程，以及可
