《整流柜详述》PPT课件

南京南瑞集团公司国家电气自动化研究所可控硅1号机组概述可控硅1号机组是现代励磁系统中一个比较重要的环节。虽然其原理并不深刻，但其在励磁系统故障中所占的比例并不小，这对电厂的运行和维护尤为重要。了解其工作原理和常见故障现象，对提高励磁系统的维护水平和提高投入率具有重要意义。南京南瑞集团有限公司国家电气自动化研究所，可控硅的主要参数，可控硅，又称晶闸管，是可控硅电路的关键部件，所以在描述可控硅电路的原理之前，了解可控硅的主要参数是非常必要的。可控硅整流器有许多参数，包括各种状态下的电压、电流、栅极参数和动态参数。为了正确使用可控硅整流器，不仅要了解其伏安特性，更重要的是要定量掌握其主要参数。为了正常使用可控硅，必须清楚它能承受多少直流电压而不转动(无触发脉冲，无自导通)，以及它能承受多少反向电压而不击穿。晶闸管导通后，允许多少电流通过而不烧毁；此外，应注意管的触发电压和触发电流。传导后的管道压降是多少？保持电流和电流有多大等。以上参数是选择可控硅时必须考虑的问题。南京南瑞集团公司国家电气自动化研究所，1)晶闸管额定电压(a)关断状态非重复峰值电压UDSMUDSM指的是当栅极打开时，当施加到晶闸管上的正阳极电压上升时，使晶闸管的正伏安特性急剧弯曲相应的电压值(见图1)。关闭状态非重复峰值电压UDSM应低于正向转向电压UPBO，剩余裕量的大小应由制造商规定。(b)关断状态重复峰值电压UDRMUDRM是指当晶闸管的栅极打开并且结温被额定时，允许重复施加到晶闸管的正向峰值电压，如图1所示。规定关断状态重复峰值电压UDRM是关断状态非重复峰值电压UDSM的80%。南京南瑞集团股份有限公司国家电气自动化研究所。晶闸管在整流电路中工作时，由于开关通断时的过渡过程，会有超过正常工作值的瞬时正负电压加到晶闸管上，称为“工作过电压”。可控硅整流器必须能够反复承受一定的操作过电压而不影响其正常运行。反向非重复峰值电压URSMURSM指的是当栅极打开时，施加在晶闸管上的反向阳极电压上升以急剧弯曲晶闸管的反向伏安特性时的电压值(图1)。图1晶闸管的几个电压参数在伏安特性上的位置，(d)反向重复峰值电压URRMURRM是指当栅极打开且结温达到额定值时，允许向晶闸管重复施加的反向峰值电压(见图1)。反向重复峰值电压URRM规定为反向非重复峰值电压URSM的80%。一般来说，如果晶闸管受到反向电压，它必须被阻断。额定电压UN是指在对UDRM和URRM中较小者进行四舍五入后，可控硅型号上的额定电压UN。选择可控硅整流器时，额定电压UN应为正常工作电压的2-3倍，作为允许的操作过电压裕量。南京南瑞集团公司国家电气自动化研究所，2)可控硅额定电流(a)导通状态平均电流指在环境温度为40和规定的冷却条件下，电阻性负载的单相工频正弦半波电路中，当管完全导通(导通角不小于170)，稳定结温不超过额定值时允许的最大平均电流。根据标准，取其整数作为晶闸管的额定电流。南京南瑞集团有限公司国家电气自动化研究所可控硅发热的原因是损耗，由四部分组成。一是开态损耗，这是可控硅加热的主要原因。为了减少不必要的加热，人们总是希望可控硅导通时的导通电压越小越好。第二个是关态和反向的损耗。通常希望关断状态重复平均电流IDR和反向重复平均电流IRR尽可能小。第三，开关损耗随着频率的增加而增加。最后是门损耗，通常很小。影响可控硅散热的条件包括：可控硅与散热器的接触及散热器的热阻；(2)冷却方式(自冷、风冷、水冷或油冷等)。)和冷却介质的流速；环境温度和冷却介质温度。可控硅的过载能力小于普通电磁元件。为了使可控硅有一定的安全裕度，可控硅的导通状态平均电流应为其实际正常工作平均电流的1.5-2倍左右。(b)保持电流IHIH指的是在晶闸管从较大的导通状态电流接通之后维持元件导通状态所必需的最小导通状态电流。当电流小于IH时，晶闸管将从导通状态变为截止状态。闩锁电流ILIL是指在晶闸管从关断状态切换到接通状态并且触发信号被去除之后，维持晶闸管接通状态所需的最小主电流。闩锁电流IL的值与工作条件有关，通常是IH的2-4倍。南京南瑞集团公司国家电气自动化研究所，3)可控硅门极参数(A)门极触发电流IGTIGT是指室温下，当主电压(阳极A和阴极K之间的电压)为6V直流电时，将可控硅从关断状态变为导通状态所需的最小门极直流电流。栅极触发电压指产生栅极触发电流所需的最小栅极电压。南京南瑞集团公司国家电气自动化研究所，由于晶闸管门极伏安特性的很大离散性，标准中仅规定了IGT和UGT的上限。选择可控硅整流器时，应注意产品证书上显示的测量值。触发器提供给栅极的电流和电压应适当大于产品证书中列出的值，但不得超过其峰值IGFM和UGFM。此外，平均栅极功率PG和峰值栅极功率PGM不应超过规定值。南京南瑞集团公司国家电力自动化研究所所谓可控硅动态参数是指可控硅在状态转换过程中的参数。主要介绍了以下四个参数：du/dt、di/dt、tgt和tq。关断状态电压的临界上升率du/dtdu/dt是指晶闸管在额定结温和栅极开路下保持关断状态时能够承受的主电压的最大上升率。使用时，实际电压上升率必须小于该值。临界导通状态电流上升率di/dtdi/dt是指晶闸管在特定条件下导通时能够承受而不会造成损坏的最大导通状态电流上升率。(c)栅极控制开启时间TGT指的是从栅极触发脉冲前沿的10%到阳极电压下降到10%的时间间隔，如图2所示。它包括延迟时间td和上升时间tr。td是从栅极脉冲前沿的10%(0.1g)到阳极电压从0.9UA下降到0.1IA(阳极电流上升到0.1IA)的时间。Tr是阳极电压从0.9UA下降到0.1UA的时间(阳极电流从0.1IA上升到0.9IA)。因此，元件的导通时间是载流子累积和电流上升所需时间的总和。即南京南瑞集团国电自动化研究所，图2门极控制开启时间tgt，图3可控硅开启时间tq，南京南瑞集团国电自动化研究所，普通可控硅的开启时间约为几至几十微秒。为了减少可控硅触发的导通时间，保证可控硅触发的正确导通时间，可以采用实际触发电流比规定触发电流大3-5倍、前沿陡峭的强触发方式。(d)电路换向关断时间tqtq是指从晶闸管从导通状态电流降低到零的时间到晶闸管能够承受的时间(5)额定结温tjmtjmtjmt是可控硅正常工作时允许的最高结温。在此温度下，可以保证所有相关的额定值和特性。这些是可控硅的主要参数。由于半导体器件制造过程的离散性，同一批产品的性能可能会有很大差异。因此，离开工厂时，应逐个测试可控硅整流器。综上所述，使用可控硅时应注意以下四点：(1)就额定电压而言，可控硅在实际运行中承受的正常工作电压应低于正负重复峰值电压UDRM和URRM，具有2-3倍的运行过电压裕度和可靠的过电压保护措施。(二)对于额定电流，应根据实际电流波形进行相应的换算。可控硅实际通过的最大平均电流应低于额定开态平均电流，裕度约为两倍，并有过流保护措施。对于栅极触发电压和电流，实际触发电压和电流应大于测量参数UGT和IGT，以确保可靠触发，但不得超过允许限值UGFM和IGFM。(d)关于du/dt和di/dt，在实际电路中，应采取措施限制du/dt和di/dt，使其不超过规定的临界值。当超过du/dt的临界值时，会造成误导性通信，当超过di/dt的临界值时，晶闸管会损坏。整流电路的原理是利用功率半导体器件来转换电能，其中整流电路可以将交流电转换成直流电来供给直流负载，逆变电路可以将直流电转换成交流电来供给交流负载。一些可控硅器件可以在整流状态或逆变状态下工作，这可以称为变换器或变换器器件。同步发电机的半导体励磁是半导体变流器技术在电力工业中的重要应用。南京南瑞集团有限公司国家电气自动化研究所将发电机端或交流励磁机端获得的交流电压转换为DC电压，以满足发电机转子励磁绕组或励磁机励磁绕组的励磁要求，这是同步发电机半导体励磁系统中整流电路的主要任务。对于连接到发电机转子励磁电路的三相全控桥式整流电路，除了将交流转换为DC的正常任务外，当需要快速退磁时，转子磁场中存储的能量可以通过全控桥式快速反馈到交流电源，用于逆变器退磁。此外，用于励磁调节器测量单元的多相(三相、六相或十二相)整流电路主要将测量的交流信号转换成DC信号。由于三相整流电路最常用于同步发电机的半导体励磁，本节主要介绍三相全波全控整流电路。南京南瑞集团有限公司国家电气自动化研究所，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，晶闸管元件都依赖于触发换向，一般要求触发脉冲宽度大于600，但通过这种方式，可以确保当整流电路投入运行时，例如，当公共阴极组的某个元件被触发时，公共阳极组的前一个元件的触发信号仍然存在，并且公共阴极组和公共阳极组的每个元件同时处于触发状态，从而形成电流路径。南京南瑞集团公司国电自动化研究所一旦投入运行，将触发电流，然后所有元件将依次触发电流。此外，还可以采用“双脉冲触发”的方法，即当该元件被触发时，触发脉冲也被发送到前一个元件，使得整流桥在投入运行时形成电流的初始路径，然后整流电路进入正常工作状态。双脉冲触发电路比较复杂，但可以降低输出功率南京南瑞集团公司国家电气自动化研究所，图4三相全波全控整流电路图(=0)(A)；(b)相电压波形；(c)触发脉冲；(d) DC侧电压波形，南京南瑞集团公司国家电气自动化研究所，1)整流工作状态首先讨论控制角=00。参考图4，在t0-t1期间，相a具有最高电势，相b具有最低电势，这可以构成通路。如果公共阳极组的SCR6的触发脉冲Ug6在t0之前仍然存在，并且触发脉冲ug1在t0(=00)被施加到公共阴极的SCR1，则SCR1和SCR6可以形成一条路径：交流电源的相ASCR 1RSCR 6返回到电源的相B。线电压uab是在负载电阻器R上获得的。此后，只要触发脉冲被顺序地施加到每个桥臂元件，电流就可以被顺序地转换。例如，在t1-t2期间，c相的电位最低。当触发脉冲ug2在t1期间输入到SCR2时，公共阳极组的SCR2导通，并且由于反向电压，同一组的SCR6截止。电流路径被替换为：a scr1 r scr2 c。线路电压uac是在负载电阻器R上获得的。通过类比，公共阴极组或公共阳极组的晶闸管元件每600个触发脉冲被顺序触发，然后具有一个臂的元件每600个触发换向，并且每个臂元件在每个周期中导电1200次。图4(d)示出了当控制角=00时在负载电阻器r上获得的电压波形ud，其与三相桥式非受控整流器电路的输出波形相同。此时，三相桥式全控整流电路的输出电压平均值最大，为Udo。图5是当=300时三相全控桥的电压波形。图15是当=600时的电压波形。两幅图(a)中交流相电势的阴影部分表示导电面积。如果底线是水平的，则图(b)中所示的输出电压ud的波形由线电压波形的相应部分形成。图4(d)示出了当控制角=00时在负载电阻器r上获得的电压波形ud，其与三相桥式非受控整流器电路的输出波形相同。此时，三相桥式全控整流电路的输出电压平均值最大，为Udo。图5是当=300时三相全控桥的电压波形。图6是当=600时的电压波形。两幅图(a)中交流相电势的阴影部分表示导电面积。如果底线是水平的，则图(b)中所示的输出电压ud的波形由线电压波形的相应部分形成。当控制角 600时，输出电压ud的瞬时值将具有负部分，如图7中的(c)和(d)所示。这主要是由于感性负载产生的反电势，使负载电流持续流动。设置为600 900的t1，以触发a相的SCR1。参考图6(b)，a相具有最高电位，并且SCR1导通。虽然C相的电位最低，但SCR2尚未被触发，不会导通，B相的SCR6将继续保持导通状态。也就是说，SCR1和SCR6形成一条路径，输出电压为uab。从时间t2开始，uab=0，输出负载电流id趋于减小。负载电感L中产生的感应电势L试图防止id的减小，并且其方向与id的流动方向一致，即，整流桥输出的下端的点N为正，而上端的点M为负，从而保持id的连续流动。在t2之后，虽然b相电势高于a相电势，即ab 0，但是电感器l上感应电势l的绝对值高于Uab的绝对值，并且实际施加到SCR1和SCR6元件的阳极电压仍然是正的，保持电流Jd的原始路径。因此，在 t2至 t 2期间，输出电压Ud呈现负值。到时间t2时，SCR2接收到触发脉冲，此时C相电位最低，因此SCR2导通，SC