1、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。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
2、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：二、整流原理 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。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。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
3、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。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。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。uvwVT1D2VT3D4VT5D6dia=0uuvuwvwvuwuwvdWVdcabauvuwvwvuwuwvabcauvuwwtwt00wt0wt0二、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
4、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 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，负载电流是连续的。二、整流原理 在相电压的交点处a、b和c是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的起点，即该处的0。这个交点叫自然换相点。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
5、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UuUvUw）依次应有120的电角度之差。二、整流原理 当控制角=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，
6、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。=30时的输出电压波形如图所示。a=30uuvuwvwvuwuwvdWVabcababcawtwt00wt05二、整流原理 控制角=60时半控桥的整流输出电压波形和控制角=90时半控桥的
7、整流输出电压波形如下图所示。uvwVT1D2VT3D4VT5D6dia=60uuwvuwvdWVwvuwabcababcawtwt00wt0uvwVT1D2VT3VT5D6dia=90uuwvuwvdWVuwwvabcababcaD4wtwt00二、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3060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。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V
8、T2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：VT6VT1VT1VT2VT2VT3VT3VT4VT4VT5VT5VT6 为了搞清楚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0，即在自然换相点触发换相时的情况。二、整流原理 如图所示为0时的波形。为了分析方便起见，把一个周期等分6段。在第1段期间，u相电位最高，因而共阴极组VT1触发导通，v相电位最低，共阳极组的VT6触发导通。这时电流由u相经VT1流向负载，再经VT6流入v相。因此加在负载上的整流电压为Uu
9、UvUuv。二、整流原理 经过60后进入第2段。这时u相电位仍最高，VT1继续导通，但w相电位最低，经自然换相点触发w相的VT2，电流即从v相换到w相，VT6承受反压而关断。这时负载上的电压为UuUwUuw。二、整流原理 再经过60，进入第3段，这时v相电压最高，共阴极组经触发换相VT3导通，电流从u相换到v相，VT2继续导通。v、w两相工作，负载上的电压为UvUwUvw。二、整流原理 余依次类推。在第4段，VT3、VT4导通，v、u两相工作。在第5段，VT4、VT5导通，w、u两相工作。在第6段，VT5、VT6导通，w、v两相工作，再下去又重复上述过程。二、整流原理 从上述三相桥式全控整流电
10、路的工作过程可以看出：三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳极组的。关于触发脉冲的相位，共阴极组的VT1、VT3和VT5之间应互差120；共阳极的VT4、VT6和VT2之间亦互差120。为了保证整流桥合闸后共阴极组和共阳极组各有一晶闸管导电，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲。二、整流原理 当控制角 0时，每个晶闸管都不在自然换相点，而是从自然换相点向后移角开始换相。分析的方法与0时的电压波形相同。可从角开始把一个周期6等分，在第1段，VT1和VT6导通，期间虽经过共阳极组的自然换相点，w相电压开始低于v
11、相电压，VT2开始承受正向电压，但因未被触发故不能导通，由VT6继续导电，直到第2段开始时触发VT2，才迫使VT6关断。负载电流从VT6转移到VT2上，进入第2段，余类推。二、整流原理 当控制角=30时，在触发脉冲的作用下，VT1和VT6导通，输出电压U=Uuv。经60电角度后，在触发脉冲的作用下，VT1保持导通，VT2也导通，因此时v相电压高于w相电压，Uvw0，VT6在此反向电压作用下关断，输出电压U=Uuw。再经60电角度后，在触发脉冲的作用下，VT2、VT3导通，因此时v相电压高于u相电压，VT1在反向电压Uvu作用下关断，输出电压U=Uvw。波形如图所示。二、整流原理 类似的，作出控
12、制角=60时的全控桥整流输出电压波形如图所示。uvwVT1VT2VT3VT4VT5VT6dia=60uuvuwvwvuwuwvdWVWtWt00二、整流原理 当6080；C.处于A/B通道运行（即C通道无此功能）；D.发电机出口断路器分断（即机组处于空载状态，未并网）。四、运行操作4.11 增、减磁操作 发电机空载情况下，随增减磁操作，可观察到机端电压和励磁电流明显变化；发电机负载情况下，只能进行小幅度的增减磁操作，机端电压变化不明显，但可观察到发电机无功明显变化。四、运行操作4.12 逆变灭磁 励磁系统接收到停机令或将调节器面板上的“整流/逆变”开关打到“逆变”位置，在满足下列条件时，逆变灭
13、磁：发电机已解列 定子电流小于10%四、运行操作4.13 灭磁开关的操作（1）正常停机采用逆变灭磁，不需要跳灭磁开关。（2）在并网状态下，严禁跳灭磁开关；（3）灭磁开关有两路分闸回路，可以保证灭磁开关的可靠分断，但应在检修时对两个回路都进行检查。（4）励磁系统内部自动分闸信号只有1个：逆变灭磁失败分闸。（5）过压、过励、失磁等分闸指令均由外部保护装置控制。四、运行操作4.14 功率柜的操作 励磁系统正常运行中，功率柜冷却风机的启动、停止控制是自动进行的。另外，通过功率柜显示屏的薄膜按键操作，可手动启、停风机。风机自动启动的条件：有“开机令”信号或本功率柜输出电流大于100A。风机自动停止的条件：“开机令”信号消失且本功率柜输出电流小于50A。四、运行操作4.15 机组并网后的操作（1）观察并网瞬间无功数值的大小，若无功为正且很大或为负，均说明并网时机端电压与网压没有一致，需要重新调整。（2）观察励磁调节柜上有功、无功的显示是否正常。（3）观察远/近方增减磁操作是否正常。（增磁无功增，减磁无功减）（4）确保发电机出口断路器接点已送入励磁系统。（5）测试调差单元是否工组正常。对于多台机组并联运行，若某台机组增磁，发生和其它机组争抢无功情况，应将励磁装置调差率往正方向增大。励磁装置原理图
