可控硅励磁基本知 精选文档
励磁的基本知识
同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。
根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。
一、发电机获得励磁电流的几种方式1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。
这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。
缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。
2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。
交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。
交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。
为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。
这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。
缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。
3、无励磁机的励磁方式：在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。
自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。
自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。
可控硅励磁装置说明书
一、概述KGLF(W)微机控制同步电机励磁设备是集电子技术、现代控制理论、微机控制技术于一体的新一代同步电机励磁调节控制设备。
微机采用了美国Inter公司生产的CPU-80C196KC主芯片，在硬件设计上采用了CPU+PSD***两片主芯片结构，CPU外围控制芯片采用PSD813F1,该芯片具有1兆位的闪速（Flash）主存储器，16K位SRAM，256K位的Eeprom,及可编程逻辑控制单元，具有JTAG串行编程接口并允许在系统编程整个器件，具有在现场编程和修改软件功能，同时还设有一个RS232通讯接口，方便用户远程数据传输和集中电脑监控管理。
控制系统采用面模集中控制及显示，对电机投励、脉冲移相、功率因数、强励和电动机失磁、失压、失步、停机逆变报警功能实现了全数字控制；面膜数字显示励磁电流、励磁电压，并可在线修改多种功能参数，同时具有停机记忆功能。
控制系统的调节采用电流闭环控制。
单闭环控制即恒励磁电流调节；调节系统具有优良的性能，在外部扰动时迅速调节励磁电流，充分发挥同步电机自身的同步能力，以保证同步机的正常运行。
对其投励环节，微机通过单片机对转子感应频率数字测频处理后，当转子感应频率达到（5HZ）时微机输出全压信号，当转子感应频率达到（2.5HZ）时微机按顺极性投入励磁。
本设备对各种干扰进行了分别处理，整个控制部分采用金属外壳屏蔽密封处理，尤其适应灰尘较多的恶劣工作场所。
从而使本装置具有抗干扰能力强，起动性能好，起动过程平稳，控制精度高，运行性能稳定，调节方便等诸多优点，是传统模拟电路控制的替换产品，可广泛适应于拖动通风机、空气压缩机、球磨机、冶炼厂鼓风机等设备的同步电动机。
二、使用条件及命名规则2．1使用条件①海拔高度不超过2000米。
②环境温度不低于-10℃，不高于+40℃。
③ 无剧烈振动和冲击，垂直倾斜度不超过5度。
④ 空气最大相对湿度不超过90%（最低温度25℃，表面无凝露）。
⑤ 设备运行地点无导电尘埃，没有腐蚀金属或破坏绝缘的气体及导电介质。
励磁基础知识
发电机的动态特性
• 同步电机运行时可能的扰动有： 电网侧：电压、频率和负载的波动 轴系：转矩(负载)的变化 故障：甩负荷、短路、励磁系统故障 对应的数学描述： 电量：如电压、无功功率和励磁电流 机械量：转速或频率，转矩和负载角度
发电机的动态特性
• 甩负荷：发电机主电路开关断开，发电机从并网运行 变为孤立运行。甩负荷时，要求自动电压调节器立即 反应。发电机电压在甩负荷后的变化是考核电压调节 器的或励磁系统优劣的重要指标。
三相可控整流电路
• 单相半控整流 • 单相全波整流电路 • 三相可控整流电路： 三相全控整流桥的直流输出电压平均值：
Ud 1.35 U 2Cos 晶闸管承受反压： U2 U2 是整流桥输入线电压
2
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发电机的并列运行
6、调相：
如果机组只向系统输出无功，不发有功，叫调相 运行。
发电机的并列运行 • 7、进相：
• 如果机组并网后，减小励磁电流，机组不但不向系统输 出无功，相反在励磁电流减小到一定值后，向电网吸收 无功，叫进相。
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发电机的并列运行
• 8、失步
机组并网后，必须按名牌参数在允许范围内运行，如果 机组并网后只增加有功，又不相应增加励磁电流，甚至减 小励磁电流，使转子在定子里滑极，这就叫失步了。失步 会引起发电机强烈的振动，是不允许的。所以增加励磁电 流不仅是为了发无功，同时保证发电机的稳定运行。
发电机的有功和无功调节
• 发电机孤立或空载运行时，发电机的转速由调速器来 保持，发电机的电压由电压调节器来维持。并网后， 发电机的频率和电压主要由电网决定，通过调节发电 机组仅能对电压和频率产生很小的影响，此时，有功 和无功就成为主导控制变量。
发电机的有功和无功调节
水轮发电机的可控硅励磁
水轮发电机的可控硅励磁【摘要】本文分析了同步发电机的励磁系统，介绍了励磁控制部分、励磁功率单元、试验运行中的部分问题。
【关键词】水电站励磁运行问题发电机励磁系统就是提供发电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置。
同步发电机的励磁系统励磁系统一般由两部分构成：第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流，以建立直流磁场；第二部分是励磁控制部分，包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和灭磁等，它根据发电机的运行状态，自动调节功率单元输出的励磁电流，以满足发电机运行的要求。
整个自动控制励磁系统是由励磁调节器，励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。
第二部分可控硅励磁试验运行中的不正常现象。
一、励磁控制系统1.电压控制，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水平。
2.控制无功功率的分配，提高同步发电机并列运行的稳定性当发电机并入电力系统运行时，它的有功决定于从原动机的功率，而发电机输出的无功则和励磁电流有关。
在发电机并入大电网运行的情况下，改变励磁将会使发电机的端电压和输出无功都有所改变，但发电机的端电压变化较小，无功输出变化较大。
保证并联运行的发电机组间合理的无功分配，是励磁系统的重要功能。
3.快速灭磁当发电机或升压变压器（采用单元式接线）内部故障时，为了降低故障所造成的损害，要求这时发电机能快速灭磁。
此外，当机组甩负荷时，发电机机端电压会异常升高，对于水轮发电机尤其如此，当水轮发电机发生甩负荷时，由于机组惯性时间常数较大，发电机会产生较严重的过速，对采用同轴励磁机的发电机来说，它的端电压正比于转速的三次甚至四次方。
因此，甩负荷可能造成发电机严重过压。
为防止发电机机端电压过份升高危及定子绝缘的程度，也要求励磁系统有快速灭磁能力。
4.改善电力系统的运行条件维持发电机端电压的恒定有利于维持电力系统的电压水平。
当电力系统由于种种原因，出现短时低电压时，励磁自动控制系统可以发挥其调节功能，即大幅度地增加励磁以提高系统电压。
电力可控硅应用基本知识教材
四、晶闸管常见外型
模块及功率组件常见外型
五、晶闸管的应用
5.1. 中频感应加热电源 晶闸管中频电源基本替代了传统的中频电动—发电
机组，广泛应用于热加工领域。中频电源至今仍主要采 用快速或高频晶闸管，频率为300—8000 HZ，单机功 率为25—4000KW。
5.2.
电化学和电热用电源
电时，蓄电池的电流反过来向组件或方阵倒送，不仅消耗能量，而且会使 组件或方阵发热甚至损坏；作用之二是在电池方阵中防止各支路之间的电 流倒送。因为并联各支路的输出电压不可能绝对相等，各支路电压总有高 低之差，或者某一支路故障、阴影遮蔽等使得该支路的输出电压降低，高 电压支路的电流就会流向低电压支路，甚至使方阵总体输出电压的降低， 防反二极管可以有效避免上述情况的发生。
在线补偿与集中补偿为主要方式
晶闸管投切电容器（TSC）几种形式
5.6. 大功率直流电源
主要应用于直流屏及静电除尘电源等场合
静电除尘的机理是使空间电场发生电晕放电，产生大量的自由电子和负
离子，它们与污染空气中的粉尘碰撞形成带负电粒子受到空间电场静电吸引 而被正极性的集尘极捕集，再由清灰装置定时清理，从而净化空气。广泛应 用于水泥、矿山、纺织、钢铁等行业。
当电池片正常工作时，旁路二极管截止，对电路不产生任何作用；若与旁路二极管并联 的电池片组存在非正常工作的电池片时，整个线路电流将有最小电流电池片决定，而电 流大小由电池片遮蔽面积决定，若反偏压高于电池片最小电压时，旁路二极管导通，此 时，非正常工作电池片被短路。
5.8 直流输变电系统
一、为什么要直流输变电？ 1、输电电压等级在不断提高，从原来的110KV、220KV、500KV、 700KV提高到800KV到1000KV; 2、被绝缘皮隔开的金属芯线和水（或大地）构成了电容器，在交 流输电的情况下，这个电容对输电线路的受电端起旁路作用，随着电 缆增长，旁路电容会增大到交流几乎送不出去的程度； 3、解决电力网内多发电机同步运行同步困难的技术难题，因为直 流输电不存在同步问题。 二、直流输变电的基本思路 现代的直流输变电，只是输电这个环节是直流，发电仍然是交流。 在输电线路的起端有专用的换流设备（整流站）将交流变化为直流， 在输电线路的末端再通过换流设备（逆变站）将直流变换为交流。换 流设备的核心器件就是晶闸管换流阀组。 三、直流输变电的系统构成 交流发电站—整流站—直流输电系统—逆变站—交流输电系统
可控硅有关知识word精品文档7页
为了保证晶闸管电路能正常可靠地工作触发电路必须满足以下要求一、触发脉冲信号应有足够的功率和宽度为了使所有的元件在各种可能的工作条件下均能可靠的触发。
触发电路所送出的触发电压和电流必须大于元件门极规定的触发电压UGT与触发电流IGT的最大值，并且留有足够的余量。
另外，由于晶闸管的触发是有一个过程的，也就是晶闸管的导通需要一定的时间，不是一触即通，只有当晶闸管的阳极电流即主回路电流上升到晶闸管的擎住电流IL以上时，管子才能导通。
所以触发脉冲信号应有一定的宽度才能保证被触发的晶闸管可靠导通。
例如：一般晶闸管的导通时间在6μs左右，故触发脉冲的宽度至少在6μs以上，一般取20-50μs。
对于大电感负载，由于电流上升较慢，触发脉冲宽度还应加大，否则脉冲终止时主回路电流还未上升到晶闸管的擎任电流以上则晶闸管又重新关断。
所以脉冲宽度不应小于300μs，通常取1ms，相当广50Hz正弦波的18°电角度。
二、触发脉冲的型式要有助于是晶闸管导通时间的一致性对于晶闸管串并联电路，要求并联或者串联的元件要同一时刻导通，使两个管子中流过的电流及或承受的电压及相同，否则，由于元件特性的分散性，在并联电路中使导通较早的元件超出允许范围，在串联电路中使导通较晚的元件超出允许范围而被损坏。
所以，针对上述问题，通常采取强触发措施使并联或者串联的晶闸管尽量在同一时间内导通。
三、触发脉冲要有足够的移相范围并且要与主回路电源同步为了保证晶闸管变流装置能在给定的控制范围内工作，必须使触发脉冲能在相应的范围内进行移相。
同时，无论是在可控整流，有源逆变，还是在交流调压的触发电路中，为了使每-周波重复在相同位置上触发晶闸管，触发信号必须与电源同步，即触发信号要与主回路电源保持固定的相位关系。
否则，触发电路就不能对主回路的输出电压Ud进行准确的控制，逆变运行时甚至会造成短路事故。
而同步是由相主回路接在同一个电源上的同步变压器输出的同步信号来实现的。
中文可控硅励磁装置使用说明书
中文可控硅励磁装置使用说明书一、使用范围及条件1、用途B－WL、B-DWL型可控硅励磁装置主要是由功率单元和励磁调节器两大部分组成，用于水力发电机组的自动调节励磁电源。
该系列励磁装置能满足发电机单机或并网等运行要求，B－WL、B-DWL型系列可控硅励磁装置也可用作同等容量的汽轮发电机和柴油发电机的励磁电源；还可用作同等容量的同步电动机的励磁。
根据电机的励磁容量不同，B－WL、B-DWL系列分为四个品种，供用户选用，容量规格见下例表：（对柜体外形尺寸有要求可在合同中注明，超出下表，合同协商）型号B－（D）WL-X B－（D）WL-X B－（D）WL-X B－（D）WL-S 额定输出电流100-250A250-350A350-500A500-800A 额定输出电压20-200V20-250V20-300V20-400V整流器结线方式三相全控桥或半控桥三相全控桥或半控桥三相全控桥或半控桥三相全控桥整流桥并联数1×300A1×500A1×800A1×1000A 冷却方式强迫风冷强迫风冷强迫风冷强迫风冷外形尺寸（高-宽-厚）2000-650-6502000-650-6502000-650-6502200-800-800箱体数1111或2价格备注2、使用条件⑴、海拔不超过2000米；⑵、周围空气温度-5—40℃；⑶、空气相对温度（平均值）不大于85%；⑷、在工作场所的周围空气中无导电及易爆尘埃和腐蚀性气体。
3、特点⑴、微机控制、中文液晶屏显示、功能齐全、可靠实用；⑵、自适应调节方式，响应速度快，动静态性能优越；⑶、完善的限制保护功能，有转子失磁、过流、过电压保护，机组过压保护；⑷、对功率元件进行温度监测和报警，能有效的监测功率元件运行；⑸、显示移相角和检测触发脉冲；⑹、对可控硅进行在线实时检测，能及时发现和处理故障；⑺、检测、控制、调节设置和触发采用微机数字化，移相精度高、漂移小、稳定性好；机组有一定残压时能自动起励和灭磁；⑻、备有微机串行通信接口，能满足提高电站自动化水平的需要；⑼、结构新颖、更换方便、检修容易。
可控硅基础知识
可控硅基础知识可控硅在自动控制，机电领域，工业电气及家电等方面都有广泛的应用。
可控硅是一种有源开关元件，平时它保持在非导通状态，直到由一个较少的控制信号对其触发或称“点火”使其导通，一旦被点火就算撤离触发信号它也保持导通状态，要使其截止可在其阳极与阴极间加上反向电压或将流过可控硅二极管的电流减少到某一个值以下。
可控硅二极管可用两个不同极性（P-N-P和N-P-N）晶体管来模拟，如图G1所示。
当可控硅的栅极悬空时，BG1和BG2都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻RL，当栅极输入一个正脉冲电压时BG2道通，使BG1的基极电位下降，BG1因此开始道通，BG1的导通使得BG2的基极电位进一步升高，BG1的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使BG1和BG2进入饱和导通状态。
电路很快从截止状态进入导通状态，这时栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈的作用将保持导通状态不变。
如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于BG1和BG2均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻RL的阻值使电路电流减少BG1和BG2的基电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从导通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。
在实际应用中，我们可通过一个开关来短路可控硅的阳极和阴极从而达到可控硅的关断。
应用举例可控硅在实际应用中电路花样最多的是其栅极触发回路，概括起来有直流触发电路，交流触发电路，相位触发电路等等。
1。
直流触发电路：如图G2是一个电视机常用的过压保护电路，当E+电压过高时A点电压也变高，当它高于稳压管DZ的稳压值时DZ道通，可控硅D受触发而道通将E+短路，使保险丝RJ熔断，从而起到过压保护的作用。
2。
相位触发电路：相位触发电路实际上是交流触发电路的一种，如图G3，这个电路的方法是利用RC回路控制触发信号的相位。
当R值较少时，RC时间常数较少，触发信号的相移A1较少，因此负载获得较大的电功率；当R值较大时，RC时间常数较大，触发信号的相移A2较大，因此负载获得较少的电功率。
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二、整流原理
1、在励磁设备整流柜中，整流电路为三相 全控整流桥电路，为了更清楚地说明三相 全控整流桥电路的工作原理，下面介绍三 相半控整流电路。三相半控整流电路的原 理图如图所示。
VT 1
VT3
V T5
u
v w
D4
D6
D2
i
d
a=0 u
V
ab
W
ca
0
wt
a` b` c` a`
0
wt
d
u v u w v w v u wu
一、可控硅励磁系统
发电机在转动时需要一个旋转磁场（大多 数的发电机组都是旋转磁场式的），这磁 场多数是由直流电源通过转子线圈来形成， 另外为了使发电机在负荷变化时机端电压 基本保持恒定，还需要一个能随发电机端 电压变化调整这直流电源输出的调节器， 这构成励磁系统的两个主要部分。
一、可控硅励磁系统
二、整流原理
励磁设备是电厂的辅助设备之一，它是把 交流电整流成直流电供给转子磁极，通过 水轮机带动转子转动以形成旋转磁场切割 定子绕组，在定子绕组中感应成电动势， 通过导线向负荷供电。
二、整流原理
在励磁设备中，重要的整流元件是可控硅， 也叫硅晶体闸流管，简称晶闸管。晶闸管 通和断的规律如下几点：
a=30
u
V
W
a bcab
0
wt
a` b` c` a`
5
0
wt
d
uv uw vw vu wu wv
0
wt
二、整流原理
控制角α=60°时半控桥的整流输出电压波 形和控制角α=90°时半控桥的整流输出电 压波形如下图所示。
VT1 VT3 VT5
u v w
D4
D6
D2
i
d
a=60
u
V
W
a bc a b
二、整流原理
当控制角α=30°时，VT1在Ug1作用下导通，输出电流经 二极管D6（D2）构成回路，负载上电压Ud=Uuv（Uuw）； 当VT3的触发脉冲Ug3出现时，正遇B相电压最高，VT3因 触发而导通，VT1受到反向电压Uvu的作用而关断，此时 输出电流经二极管D2（D4）构成回路，负载上电压 Ud=Uvw（Uvu）。同理，在Ug5的作用下VT5导通时，因 C相电压最高，VT3受到反向电压Uwv的作用而关断，输 出电流经二极管D4（D6）构成回路，负载上电压 Ud=Uwu（Uwv）。当VT1的触发脉冲Ug1作用时，VT1 导通，VT5受到反向电压Uuw的作用而关断，以后重复上 述过程。α=30°时的输出电压波形如图所示。
二、整流原理
对VT1来说，自a点导通后，VT1导通的时 间可到b点。因为在这段区间内，VT1处于 正相电压下，b点是自然换向点，有触发脉 冲，因此VT1的导通区间为a b。同理， VT3的导通区间为bc，VT5的导通区间为ca。
二、整流原理
因此，在三相半控桥式整流电路中，可控硅的触 发脉冲应满足如下两点： （1）任一相可控硅的触发脉冲应在滞后本相相电 压30°相角的180°区间内发出，即 VT1的触发脉 冲在aa`区间发出，VT3的触发脉冲在 bb`区间发 出，VT5的触发脉冲在 cc`区间发出，即触发脉冲 与可控硅的交流电压必须保持同步。 （2）可控硅的触发脉冲，按电源电压的相序（例 如图中为Uu→Uv→Uw ）依次应有 120°的电角度 之差。
二、整流原理
2、三相桥式全控整流电路。如图所示的三 相桥式全控整流电路。在三相桥式全控整 流电路中晶闸管是这样编写的：VT1和VT4 接u相，VT3和VT6接v相，VT 5和VT2接w 相。VT1、VT3、VT5组成共阴极，VT4、 VT6、VT2组成共阳极组。
二、整流原理
三相桥式全控整流电路中，6个晶闸管导通 的顺序是：→VT6—VT1→VT1— VT2→VT2—VT3→VT3—VT4→VT4— VT5→VT5—VT6→ 为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律并 分析输出波形的变化，下面研究几个特殊 控制角时的情况。先分析α＝0，即在自然 换相点触发换相时的情况。
0
wt
a` b` c` a`
0
wt
d wv
uw
vu
wv
uw
0
wt
VT1 VT3 VT5 u v w
D4 D6 D2
i
d
a=90
u
V
W
a bca b
0
wt
a` b` c` a`
d wv uw
vu
wv
uw
0
wt
二、整流原理
通过以上分析，三相半控桥式整流电路的输出电 压波形有如下特点： ? （1）当控制角 30°<α<60°时，导通的可控硅在 关断之前对应的相电压已为负值，但仍比另一相 高，故可控硅仍处正相电压，在下一个可控硅触 发导通前继续导通。 ? （2）当控制角 α＝60°时，导通的可控硅在对应 的相电压降到和另一相最低的相电压相等时自动 关断。 ? （3）当控制角 α>60°时，输出电压波形不再连 续，每个可控硅自行关断后到另一相可控硅触发 导通时的区间出现间断。
wv
0
wt
d
u v uw v w vu w u wv uv uw
0
wt
二、整流原理
如果可控硅元件具有最大的导通角，即可 控硅元件以二极管的方式工作，则三相半 控桥式整流电路变为三相全波整流电路。 图中电位最高的那一相可控硅导通，电位 最低的那一相二极管导通，输出电压U的波 形如图所示。
二、整流原理
可控硅励磁基本知识
伊河水电中心恰甫其海水电厂 邢战利
一、可控硅励磁系统
励磁系统：向同步电机的激磁绕组提供用于建立 电磁场的直流电流的系统或装置。
通过励磁的调节控制，可以达到以下目的： A、恒发电机电压控制，稳定发电机电压。 B、设置调差率，保证发电机无功功率的合理分配。 C、提高发电机运行的稳定性。 D、通过附加的 PSS控制，提高电力系统的稳定性。
从图中可以看出，各晶闸管上的触发脉冲， 其相序应与电源的相序相同。各相触发脉 冲依次间隔120°。在一个周期内，每相晶 闸管各导电120°，每相二极管各导电 120°，负载电流各晶闸管能触 发导通的最早时刻。在这点以前晶闸管因 承受反压，不能触发导通，因此把它做为 计算控制角α的起点，即该处的α＝0°。这 个交点叫自然换相点。
二、整流原理
①当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极承受 何种电压，晶闸管都处于关断状态。 ②当晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受 正向电压的情况下晶闸管才能导通，正向阳极电 压和正向门极电压两者缺一不可。 ③晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论 门极电压是正还是负，晶闸管保持导通，故导通 的控制信号只须正向脉冲电压即可，这个正向脉 冲电压称之为触发脉冲。 ④当门极未加触发电压时，晶闸管具有正向阻断 能力，这是和二极管不同的地方。