励磁培训书第4版最终版(编辑修改稿)

励磁培训书第4版最终版(编辑修改稿)内容摘要：

成交流电供给交流负载。 某些可控硅装置即可工作于整流状态，也可工作于逆变状态，可称作变流或换流装置。 同步发电机的 半导体励磁是半导体变流技术在电力工业方面的一项重要应用。 将从发电机端或交流励磁机端获得的交流电压变换为直流电压，供给发电机转子励磁绕组或励磁机磁场绕组的励磁需要，这是同步发电机半导体励磁系统中整流电路的主要任务。 对于接在发电机转子励磁回路中的三相全控桥式整流电路，除了将交流变换成直流的正常任务之外，在需要迅速减磁时还可以将储存在转子磁场中的能量，经全控桥迅速反馈给交流电源，进行逆变灭磁。 此外，在励磁调节器的测量单元中使用的多相（三相、六相或十二相）整流电路，则主要是将测量到的交流信号转换为直流信号。 由于 三相整流电路同步发电机半导体励磁中应用得最普遍，故本节主要介绍三相半波全控和三相全波全控及三相全波半控的整流电路。 、带电阻负载的三相半波全控整流电路 三相半波全控整流电路，如图 217（ a）所示。 它换流不一定在自然换流点（ d、 e、 f、g 等处），而要决定于控制脉冲的相位。 因为可控硅管在承受正向电压的同时还须在触发脉冲 ug的触发下才能导通。 如图 217（ b）在自然换流点 d后延迟α角的ω t1时刻， a相的可控硅管 SCR1,因控制极受到脉冲 ug1的触发而导通，这时 a点电位最高， SCR1导通后 K点电位则 与 a点接近，高于 b、c 点的电位， SCR2与 SCR3因承受反向电压而关断。 过 e点后， b 点电位高于 a点， SCR2开始承受正向电压，但尚未加触发脉冲，故 SCR2暂不导通，而 SCR1在正向电压（ u2α ＞ 0） 作用下继续导通。 直到 e 点之后延迟α角的ω t2时刻， b 相的 SCR2被加上触发脉冲 ug2后才导通。 这时 K点电位接近 b点， b点电位又比 a点、 c点都高，故 SCR1在反向电压作用下被迫关断。 流过负载的电流才从 SCR1换流到 SCR2。 同理，在 wt3时刻，给 c相的 SCR3触发脉冲后， SCR3导通， SCR2关断。 下一周期只要依次 对应地加上触发脉冲，则三相的可控硅管将轮流导电。 这样在负载上得到的直流输出电压 ud的波形如图 217（ d）所示。 16 图 217 三相半波全控整流 图 218计算 Ud值的图形 (a)电路图； (b)交流侧电压波形； (c)触发脉冲； (a)0≤α≤π /6(b)π /6≤α≤ 5π /6 (d)直流侧电压波形 对于三相半波全控整流，只要改变控制角 α的大小（即改变触发脉冲出现的时刻），在负载上便可得到不同的输出波形，因而得到大小不同的平均直流输出电压，达到可控整流的目的。 三相半波全控整流电路输出电压 ud 的波形，当α＜ 30176。 时是连续的，α＞ 30176。 时是断续的。 故计算输出电压平均值时，须分别用不同的函数表达式。 参看图 218的波形，当 0176。 ≤α≤ 30176。 时，表达式为 c o i n232126562 UttdU　U　d   当 30176。 ≤α≤ 150176。 时，表达式为：      6c o s16 7 i n2321262 UttdU　U d 即       150306c o 300c o 2 UU d (24) 可控硅元件承受的最大正向电压为相电压幅值 22U ，承受的最大反向电压为线电压的幅值 22 UU 。 同步发电机励磁系统培训教材 南京南瑞电气控制公司 17 、带电感性负载的三相半波可控整流电路 图 219带电感负载的三相半波可控硅整流电路 (a)原理图 (b)相电压波形 (c)触发脉冲 (d)Ud波形 带电感性负载的三相半波可控整流电路如图 219（ a）所示。 当α≤ 30176。 时，输出电压ud的波形与纯电阻性负载一样。 但当α＞ 30176。 以后，例如ω t2以后 a相的电压 u2α 过零变负，已经导通的 SCR1由于电感 L的反电压作用处于正向偏置，继续导通。 直到ω t3时刻， b相的SCR2接受触发脉冲而导通， SCR1才被迫关断。 这样一来，输出电压 ud就呈现出负的部分，如图 219（ d）。 因此，α＞ 30176。 以后，带大电感负载的输出电压的平均值就比带纯电阻负载时小。 为了避免α＞ 30176。 后电感负载上的电压 ud出 现负的部分（即希望相电势过零之后，相应的可控硅自行关断），可以在负载两端并接续流二极管 DXl O这样在α＞ 30O、电源电压过零时，相应导通着的可控硅管关断，由大电感反电势产生的电流通过续流管 DXl 继续流通。 在控制角α＞ 30O后每相可控硅元件每周导通的角度是 150Oα，续流管 DXl则每周导通三次，每次宽度为α 30O。 由于三相半波整流电路还存在一些不足，诸如输出的脉动还嫌大，变压器副方绕组利用率较低，整流元件承受的反向电压较高等，所以在大功率整流中多采用下面将介绍的三相全波全控整流电路。 、三 相全波半控整流电路 三相全波半控整流电路如图 220（ a）所示。 18 共阳极组的硅整流二极管在任何瞬间都是阴极电位最低者导通，仍然在自然换流点（如e、 g、 i处）依次换流；共阴极组的可控硅管则是阳极电位为正而又接受触发信号的可控硅管导通，因而不是在 d、 f、 h等点自然换流，而是在触发脉冲送出的时刻触发换流。 即每周期内的六次换流中，只有三次自然换流，另有三次触发换流。 这是三相全波半控整流与不可控整流的区别。 错误 ! 图 220三 相全波半控整流 （ a）电路图；（ b）相电压波形； (c)触发脉冲； (d)直流电压波形 现以α =30O的图 220 所示的波形为例，说明三相全波半控整流电路的工作过程。 设在控制角α =30O的Βω t1时刻触发 SCR1， SCR1因受正向阳极电压而触发导通。 此时 a相电位最高， b 相电位最低，线电压 uab最大，电流从 SCR1流出，经负载电阻 R，由 D6流回电源。 导同步发电机励磁系统培训教材 南京南瑞电气控制公司 19 通元件为 SCR1和 D6，输出电压 ud 为线电压 uab。 到ω t2时刻的 e点， c相电位开始低于 b相电位，共阳极组元件间发生自然换流，电流从 b 相的 D6转移到 c 相的 D2，导 通元件为 SCR1和 D2，输出电压 ud为线电压 uac。 同理，在ω t3时刻触发 SCR3，此时 b相电位最高， SCR3承受正向阳极电压而触发导通。 在 SCR3导通的同时，将反向电压加到 SCR1迫使它关断，电流从 SCR1转移到 SCR3，发生触发换流。 导通元件变为 SCR3和 D2，输出电压为线电压 ubc。 在ω t4的ɡ点， a 相电位又开始低于c相电位，又发生自然换流，电流从 D2换至 D4，导通元件为 SCR3和 D4，输出电压为 依次在α =300的时刻，给阳极电压最高一相的可控硅管引入触发脉冲，使可控硅元件触发换流，共阳 极组的二极管仍自然换流。 在负载电阻上便得到α =300时，如图 220（ b）中画有阴影线的相电压导通部分，把它的下包络线拉平，就得到 220（ d）所示的输出电压 ud波形。 图 221是α =600时的波形。 在控制角α =600的ω t1瞬间， a相的 SCR1和受触发而导通。 在ω t1ω t3期间， a相电位高， b 相的 SCR3未加触发， c相电位最低，输出电压 ud的波形就是 uac。 同理，在ω t3时 b 相的 SCR3触发换流， a 相的 D4自然换流，在ω t3ω t5期间， ud的波形就是 uba。 依此类推，输出电压 ud的波形处于连续的临 界情况，每周内有三个波头。 平均电压 Ud则比α =300时降低了。 图 222是α =1200时的波形。 在α =1200的ω t2时刻， a相的 SCR1接受触发信号而导通，这以后 b 相的电位虽高于 a 相，但 b相的可控硅管 SCR3尚未被触发，仍是截止的。 ω t2ωt3期间 c 相电位最低。 但在ω t3的ɡ点之后， c 相电位高于 a 相，故导通的 SCR1受反向电压而截止，输出电压 ud=0。 一直持续到ω t4时刻， b相才触发导通。 以下类似上述情况。 输出电压如图 222（ c）所示那样是不连续的，每个可控硅元件每周期的导通角是 600。 这时输出电压 的平均值 ud大幅度下降。 错误 ! 20 图 221 α =60176。 时三相半控桥的波形图 图 222 α =120176。 时三相半控桥的波形 (a)相电压波形 (b)触发脉冲 (c)直流电压波形 (a)相电压波形 (b)触发脉冲 (c)直流侧电压波形 图 222是α =1200时的波形。 在α =1200的ω t2时刻，α相的 SCR1接受触发信号而导通，这以后 b 相的电位虽高于 a 相，但 b相的可控硅管 SCR3尚未被触发，仍是截止的。 ω t2ωt3期间 c 相电位最低。 但在ω t3的ɡ点之后， c 相电位高于 a 相，故导通的 SCR1受反向电压而截止，输出电压 ud=0。 一直持续到ω t4时刻， b相才触发导通。 以下类似上述情况。 输出电压如图 222（ c）所示那样是不连续的，每个可控硅元件每周期的导通角是 600。 这时输出电压的平均值 ud大幅度下降。 控制角α增大到 1800，则输出电压平均值 ud=0。 当α由 1800逐渐减小到 00时，输出电压的波形将三相对称地沿图 223 中的箭头方向变化，由零逐渐增加到每周三个波头，而后每周六个波头。 当α＞ 600 时，波形是不连续的，每周期内有三个波头，每个整流元件的导通角＜ 1200。 当α＜ 600后，则输出电压 Ud 的波形是连续的，每周期内有六个波头，每个整流元件的导通角是 1200。 现在计算控制角α变化时，三相半控整流桥输出电压的平均值 Ud。 由于输出直流电压波形在每周期内重复出现三次，故只须计算 1/3周期内的平均值即可。 同步发电机励磁系统培训教材 南京南瑞电气控制公司 21 图 223控制角α改变时输出电压波形的变化图 图 224计算 Ud的积分面积 (a)α＜ 60176。 ； (b)α＞ 60176。 当 00≤α≤ 600时，由图 224（ a）可见，整流电压的面积由两部分组成：一部分是 ABCD，另一部分是 DCEF，将这两块面积相加再平均，得：   323 3211 )3s i n(2s i n2321 tdtUttdUU d 2c o o s123 11   UU 2cos10  dU (25) 其中11 UUU do  ，为α =00 时输出直流电压的平均值，这时其值最大，等于三相全波不可控整流 电路的输出电压。 当 600≤α≤ 1800 时，由图 224（ b）可见，每块导通面积的宽度将小于 1200，电压将出现不连续的情况，而 ud电压的平均值为  3431 )3s i n (2321 tdtUU d 22 2c os12c os123 01   dUU (26) 比较式（ 25）与式（ 26）可见，控制角α小于 600与大于 600 的两种情况，计算平均电压的公式是相同的。 比值 Ud/U2随α变化的关系曲线，如图 225所示。 流过整流变压器副方、可控硅整流元件及硅整流二极管的电 流有效值 I ISCR、 ID 与输出电流平均值 Id之比，随α变化的关系曲线也如图 225所示。 上述波形分析及计算，对于带续流二极管的电感性负载电路同样适用。 α ( 176。 ) 0 30 60 90 120 150 180I 2 / I dU d / U 2I D / I dI SCR / I d 图 225 三相半控桥有关电量与α的关系 、三相全波全控整流电路 在三相全波整流接线中，六个桥臂元件全都采用可控硅管，就成为图 226（ a）所示的三相全波全控整流电路。 它不同于三相全波半控整流电路，可控硅元件。