qf-62型同步发电机励磁控制系统基本设计毕业设计论文(编辑修改稿)

qf-62型同步发电机励磁控制系统基本设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

，输出电压平均值降为零，即 =0。 综上所述，当三相全控桥式整流回路工作的整流状态时，控制角a 应小于 90 186。 ；在电源变化一周期内， Umn的波形分为均回六段，每段 15 内的平均值即是 求得为 = х .COSa,可以看出，当a90186。 时， 0,电路工作在整流状态，改变控制角 a，就可以改变，满足自动调节励磁装置对自控硅实行控制的要求。 23 半导体励磁系统的保护 整流 装置中的硅元件是半导体励磁装置中的重要器件。 为保证它们安全可靠地工作，除了提高硅元件的产品质量，正确选择硅元件的参数之外，还必须在装置中适当地采用保护措施。 主要是过电压及过电流保护。 （一）过电压保护 产生过电压的原因，除了大气过电压外，主要是由于系统中断路器操作过程，以展示控硅元件本身换相关断电压，在电路中激起电磁能量的互相转换和传递引起的过电压。 过电压的来源： 由输电线路供电的降压变，因进线遭雷击或静电感应过电压时，变压器副方也产生过电压。 整流电源变压器高压侧合闸的瞬间，由于高压绕组与低压绕组之间的分布民容与低压绕组对铣芯之间的分布电容的耦合，使得高压侧入侵电压按电容反比分配给低压侧，尤其是变比较大的变压器，低压侧感应过电压的倍数就更高。 变压器高压绕组的漏抗与低压绕组分布电容组成振荡回路，在变压器合闸瞬间，突然加工厂创跃电压，产生过电压。 当以高压侧数开空载变压器时，由于激磁电流及其成比例的 16 磁通量突然消失使变压器绕组感应很高的瞬变过电压。 当整流装置负载被切除，或整流装置有直流侧开关断开时，在交流电源回路的电感上，特别在整流变漏抗止因电流突变而产生过电压。 处于导通状态的硅元 件，体内积蓄载流子的存在，当施反向电压时，原来积蓄的载流子会以硅元件流出形成反向恢复电流，当恢复电流被迅速截断时，电感上会感应出高电压。 当发电机在运行中突然短路或先步时，在转子励磁绕组回路将产生很高的过电压。 由此可见，有多方面原因引起过电压，威胁硅元件的安全工作，而硅元件承受过电压的能力又较低，因此必须采用抑制过电压的保护。 过电压保护 阻容保护 由电阻，电空串联形成的 Rc 过电压保护原理，利用电容器而商奄压不能突变，而能储存电能的基本特性，可以吸收瞬间的浪涌能量，限制过电压。 为了减少引起电感，电 容应尽量靠近元件处，一般采用并联方式。 为了限制电容器的放电电流，降低可控硅开断瞬间电容放电电流引起的正向电流上升率 di/dt，以及避免电容与电感产生振荡，通常在电容回路上串入适当电阻。 从而构成阻容吸收保护，一般可抑制瞬变电压不超过某一容许值，作为交流侧，下流侧及硅元件本身的过电压保护。 阻容保护元件参见下一部分。 17 压敏电阻 在敏电阻一般是由氧化锌掺杂化锌，再有其它多种金属氧化物烧结而成的陶瓷基片的非线性电阻，是有齐纳二极管的非线性仗安特性。 如图（ a）在正常电压下，压敏电阻呈高阻状态，流过只有极其微弱的泄漏 电流。 当发生浪涌（异常）过电压时，境界层便迅速变为低阻抗，使浪涌电流通过，被压敏电阻吸收掉，过电压得到了抑制，与硒堆等非线性元件比较，其特点有：（ 1）非线性系数大，残压低，抑制过电压能力强， I=KU186。 ，式中 K 为器件常数， a 为非线性系数，相当于器件静态电阻与动态电阻的比值，即（ U/I） /（ du/di）。 （ 2）通流容量（浪涌承受量）较大，伏安特性对称，交直流均可使用。 正反浪涌均可吸收。 （ 3）漏电流水。 （ 4）可靠性较高，本设计采用压敏放电阻做为直流侧的过电压保护。 硒堆吸收装置 由若干片掺入适当杂质的硒片，互 相串联组成硒堆吸收五环节，可以获得与齐纳二级管相似的转折特性，原理当外加电压超过转折电压时，反向电流侧隐剧真加，可抑制电压的上升。 如果浪涌电压的能量地大，使硒堆出现击穿电流，由限制电压 U 上升到极限电压时，在硒堆片之间将有放远销点发生击穿。 引起硒的蒸发，但吸收浪涌电流之后，小孔自行恢复，即是有“自愈”特性，其特点是：正常运行时，基本上不吸收多大的功率，发热量小，使用上具有任意组合的灵活性，但是体积较大。 容量受朝而特性改变。 （二）过电流保护 引起整流元件过电流的原因大致为： 18 （ 1） 励磁回路某处发生短路。 （ 2） 整流桥中某 一元件坪，引起其它元件过电流。 （ 3） 发电机过负荷，因电磁感应关系，可控硅整流回路中，也将引起冲击过电流。 由于硅整流元件过载能力很差，其原因是可控硅过载时，将导致结温升高，当升高到 180℃以上时，可控硅反向漏电流急剧上升，最后将导致 P— N 结被烧毁，安全失去整流作用，因此，常采用快速熔断器，快速开关，以及快速过电流继电器等保护措施。 在本次设计采用了快速熔断器的保护，快速熔断器是过电流保护中最简单的一种方式，它是专供半导体元件使用的，它的结构简单，而且保护范围广，能保护内部故障，外部短路，逆向电流及某些过载等因素引 起的过电流，它是有极优越的快速性，与普通熔断器相比在同样的过载倍数下，它的熔断时间要短得多。 24 整流元件参数确定及元件选择 由于整流元件过负载能力相对励磁变压器而言要差一些，因此在整流元件参数的选择一般都以整流元件所允许通过的最大电流以及所能承受的最大反向压降来决定。 在三相全控桥中，各种电流以最强劲时最大。 并且应考虑元件工作的可靠性与经济性。 SCR 元件额定电压 Vte 的计算。 桥臂的反向工作电压最大瞬时值 VARM= 2 U1= 2  = 可控硅的额定电压，即重复正向阻断电压 VARM或重复反向峰值电压的计算；选择时应与使元件的额定正向与反向电压比实际工作中所承受的正向与反向峰值电压最大值高 2 倍以上（考虑到电压波动及抑制后的过电压）。 19 故按下式计算： Vte=VARM= 式中： Kv— 电压裕度尔数，为提高可靠性，取值大于 2，在此取2 Kcg— 过电压冲击系数，取 ~，视过电压保护完备情况而定，此取 Kcg= Kb— 电源电压升高系数，通常取 ~，此取 则 Vte=2179。 179。 179。 = SCR 元件额定电流 IT（ AV）的计算。 额定工况下，由于流过可控硅的电流量是方波，一周期导通三分之一，且整流下直流侧电流 Id(e)=Ifd(e),桥臂平均电流 IA(AV)= 31 Ifd(e)= 31 179。 248=,由此可选硅元件的额定正向平均电流为：IT(AV)=KiIA(AV)=(35)IA(AV)=(248~)A Ki— 电流裕度系数，此取 3~3 强励工况下： Ifd(q)=Ke178。 Ifd(e)=179。 248= I’A(AV)= 31 Ifd(q)= I’A(AV)=Ki’ 178。 I’A(AV)179。 = Ki— 强劲工况下电流裕度系数，此取 ∮ 25 交直流侧保护参数计算 整流变压器（励磁变压器）参数有 VK%=5%， Iq%=% Se=72KVA V2= I2= 则 V（ 0） 2=5%179。 =1016V 20 I(0)2=%179。 = 阻容保护 交流侧： CS 交流侧： CS=10000179。 2)0(2)(VF OI=10000179。  = F Rs=(～ )2)( 2)0(OIV=～  所选电容量的额定电压，应小于交流侧最高工作电压，峰值的~ 倍，即 Vce≥ 179。 2 179。 =，故选 400V。 电阻功率取： PR=（ 2~3）（ (0)2） 2R =（ 2~3）（ 179。 ） 2179。 =（ ~）179。 =~ R 取 直流侧： Cd=70000178。 2)0(2)(VF OI=70000178。  = F Rd=179。 2)( 2)0(OIV= PR=(2~3) 178。 2)2/1 0 6(2 8 2 CdfnRd V  178。 Rd =(～ )W 式 中 ： V8— 纹 1 皮电压，取频率最低，幅值最高的谐波电压 Fn— 与 Vn 对应的谐波频率 HZ 关断的过电压保护 防止元件关断过程引起的过电压，可以在每个硅元件的两端分别 21 并接阻容保护 ，其值可按下式计算。 Cb=(2～ 5)IT(AV) 179。 103 Rb=(1～ 3) CbLaLc /)(  式中 Lc— 变压器漏感，  H 式中 Lc|— 变压器漏感  H 硒堆吸收装置 每串硒堆的牌数 n 可按下式选择 N=（ ~） VL/VN=(~)~ 片 式中： VN：硒堆每片反向电压有效值，通常有 20， 25， 30， 40等 12 户等吸规格，此处取 VN=20V，因为它的特性较好，此处取 15片。 VI：被保护电路的线间电压有效值（ V） 压敏电阻保护（浪涌吸收器）采用人形接线，按下式来选择标称电压 U1MA≥ 2 U= 2 179。 = 故选 600V 式中 U ：代表相电压有效值 采用△形接线时，按下式计算。 U1MA≥ K6178。 2 178。 U/=179。 2 179。 式中： K6 为电网电压升高系数，一般为 ~，此取 ， 其值可根据整流装置具体情况而定。 U：线电压有效值 转子过电压保护 22 种类：（ 1）阻容保护 （ 2）硒堆做成的浪涌吸收器 （ 3）转子放电器 （ 4）可控硅跨接器 （ 5）非线性电阻 RNL 本设计选用（ 1）（ 2）（ 3）（ 5）配合使用，如下图： （ 1）阻容保护：正常时电阻要消耗一些功率，若为减少功率而加大电阻，又影响限制过电压的效果。 （ 2）硒堆做成的浪涌吸收器：正常运行时消耗功率不大，使用时可注意组合，早期小容量的整流励磁装置上采用此种保护。 （ 3）转子放电器：采用具有磁吸熄弧间隙放电特性的放电器，作为转止过电压保护，结构简单，正常时可耗功率。 （ 4）非线性电阻 RNL，在同步发电机上采用非线性电阻与大局磁绕组并接，作为非线性电阻灭磁，同时，又兼做电压抑制装置。 发电机灭磁开关虽可做发电机内部故障时的快速灭磁，但对于大容量的机组，通常的灭磁 开关难于完善地承担灭磁任务时，也还可依靠其它的转子过电压保护器件的合理配合来减轻灭磁开关的负担。 23 过电流保护 本设计采用具有快速熔断特性的熔断器，其熔断时间一般在 以内，专门用作硅元件的过电流保护的器件。 通常是每个硅元件串联一个快速熔断器，熔体额定电流计算如下： 首先，熔件的额定电流应等于硅元件额定电流的有效值， 即： IR=(AV)=179。 = 再次，熔体的熔断特性的值与整流装置中元件的短时过载能力相配合 25 起励设计 本设计采用自并励励磁，功率单元电源 来自发电机机端。 由于发电机启动时残压较低，提供的功率和电流可能使发电机自身空载电压达到额定值。 这时励磁调节器中的触发电器，由于同步电压太低，还可能正常工作，可按硅平开放，平能送出励磁电流使遇机建立电压，因此必须采取措施，先供给发遇机的初始励磁使发电机逐步建立起一定的电压，这一过程称为起励。 励磁变压器接在机端的情况下，起励措施有两类：第一类称为他励起励，即另没起励电源及起励回路，供给初始励磁，另一类称为残压起励，利用机组剩磁所产生的残压，供给初始励磁。 本设计采用他励起励，起励电源取自厂用低压母线，因为厂用 母线一般情况下常带电，所以可靠性比较高，另外厂用母线带负荷不大，所以可以提供足够的功率来初始励磁。 考虑到本设计是 6MW 的大功率发遇机，要求起励容量比较大，故可用蓄电池起励，必要时，作为 24 后备。 原因是如果起励电源是厂用电，当厂用电消失时机咀就可能起励，这尤其是对于系统弱联第的电站更为重要。 厂用电起励原理图如图，起励电源用厂用电经整流即可， ZC 为直流接触器，担任起励回路的接入及切除，起励时接解器 ZC 闭合，由起励回路供给初始励磁电流，发电机电压使逐步升高，当达到成超过发电机电压额定值的30%，则断开起励回路，进行自 并励。 起励电源的容量估算如下。 当发电机达到容载 F 的 30%，相应的转子励磁电流约为发电机空载额定电压时转子励磁电流 Ifdo 的40%，故需起励电源功率约为发电机定载额定电压电源功率的 12%，约折合额定励磁功率的 % 即 Se’=Se179。 401 =72179。 401 = 为了较快速建立发电机电压，按 10S 内计算，这样选择的起励电源电压大约为额定励磁电压的 1/4，即 U2’=Vfd(e) 179。 41 =179。 41 = 如选厂用母线 380V，则考虑留有一定的裕度， U2 取 40V，则要求起励电压度比为 380/40=，容量为 20KVA 的变压器，作起励度。 26 五磁设计 发电机五磁方式很多，有： 1）单独励磁机五磁 2）放电电阻五磁 3）非线性电阻五磁 4）五弧栅五磁 5）可按硅逆变五磁。