同步电动机及励磁

1、发电机励磁相关培训资料 学习思路 旋转电机三相异步电机原理三相同 步电机异步起动法如何牵入同步 需要直流励磁整流电路装置原 理，维护，调试。 同步电动机 同步电动机是交流电机（同步电机）的 一种类型，它的转速与电源频率之间有 着恒定的同步关系。n=60f/p 以同步电动机为例： 额定转速200r/min 额定频率50z P=6050200=15 说明：P为磁极对数。 三相同步电动机的结构 转极（旋转磁极）式同步电机 转枢式同步电机 同步电机的特点 转速恒定。 在运行过程中，只要电源频率一定，同 步电动机的转速不随负载大小而改变， 负载的变动只是使其功角发生变化。负 载增加时功角变大，负载转矩或

2、阻转矩 大到使电动机功角超过极限时，电动机 失步。 同步电机的特点 功率因数可调。同步电动机可以通过 调节其励磁电流，在超前的功率因数下 运行，因而，有利于改善电网的功率因 数。 效率高。异步电动机功率因数较低， 因此，效率也低。而相应同步电动机的 效率则较高。尤其在低速同步电动机这 一点更明显。 同步电机的特点 运行稳定性高。 在超前功率因数下运行的同步电动机 其过载能力相应异步电动机的大， 异步电动机的转矩与端电压的二次方 成正比而同步电动机如果它的励磁电流 不受电网电压影响，其转矩只是随端电 压的一次方成正比。 同步电机的特点 当电网电压降低或电动机果负载时，同 步电动机的励磁一般能自动

3、调节，实行 强励来保证运行的稳定性。 同步电动机的启动 同步电动机的启动就是同步电动机自接 入电网直至转子达到同步转速的过程。 为完成这个过程通常采用一下方法： 异步启动法 调频启动法 用辅助电动机启动法 但大部分同步电动机采用异步启动法。 异步启动法 主要依靠在定子投入电网后磁极极靴上的启 动绕组（阻尼绕组）中的感应电流与定子磁 场间的产生的异步转矩来进行启动的。此时 为避免励磁绕组开路感应的高电压将绝缘击 穿，必须将励磁绕组分段开路或短接起来。 在短接时，短接的励磁绕组中会流入较大的 感应电流，这个电流与定子三相旋转磁场相 互作用而产生的转矩，使得电动机的合成转 矩在一半同步转速附近变小，

4、出现最小转矩， 即单轴力矩效应。所以，启动时励磁绕组中 应串联一个电阻值约是5-10倍励磁绕组电阻值 的启动电阻器。以限制感应电流，提高最小 转矩，且能提高牵入转矩。 异步启动时，定子电流可达到额定值的67倍。 微机励磁技术 什么叫励磁： 励磁同步电机运行时，在励磁绕组（电机转 子绕组）中通入直流电流建立磁场的过程，称为 励磁。这个直流电流称为励磁电流。而供给电流 的整个系统称为励磁系统。 目前，励磁采用wwww生产的型微机全控励磁 装置。该装置是以电力电子技术、现代控制理论 与微机技术相结合的新一代励磁调节控制装置。 我们本次学习就以该装置进行讲述 直流电从哪里来？ 在我们o站电源使用的是交

5、流电。而励磁需要 的是直流电。那直流电是怎么来的呢？这 就需要整流。 整流电路是一种将交流电能转变为直流电能 的转换电路。 整流二极管可以实现这种转换，但它的输出 量仅与电路形式及输入交流电压有关，输 出量不可变。无法满足我们的要求。 但由晶闸管组成的可控整流电路却可以实现。 晶闸管简介 晶闸管又叫可控硅。它是由四层半导体材 料组成的，有三个PN结，对外有三个电极 图2(a)：第一层P型半导体引出的电极 叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫 控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫 阴极K。从晶闸管的电路符号图2(b)可 以看到，它和二极管一样是一种单方向导 电的器件，关键是多了一个控制极G，

6、这就 使它具有与二极管完全不同的工作特性。 图2 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理 外形有螺栓型和平板型两种封装 引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便 平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间 图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号 A A G G K K b)c)a) A G K K G A P1 N1 P2 N2 J1 J2 J3 螺栓式可控硅 平板式可控硅 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 1. 电压定额电压定额 1) 断态重复峰值电压断态重复峰值电

7、压UDRM在门极断路而结温 为额定值时，允许重复加在器件上的 正向峰值电 压。 2) 反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温 为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电 压。 3) 通态（峰值）电压通态（峰值）电压UTM晶闸管通以某一规定 倍 数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。 通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器 件的额定电压额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量裕量,一 般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压 23倍 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 2. 电流定额电流定额 1) 通态平均电流通态平均电流 IT(AV) 额定电流- 晶闸管在环

8、境温度为40C和规定的冷却状态 下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过 的最大工频正弦半波电流的平均值。 使用时应按实际电流与通态平均电流有 效值相等的原则来选取晶闸管 应留一定的裕量，一般取1.52倍 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 2) 维持电流维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流 一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高， 则IH越小 3) 擎住电流擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信 号后， 能维持导通所需的最小电流 对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的24倍 4) 浪涌电流浪涌电流ITSM 指由于电路异常情况引起的并使结温超过 额定结温的不重复性最大正向

9、过载电流 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 3. 动态参数动态参数 除开通时间tgt和关断时间tq外，还有： (1) 断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸 管从断态到通态转换的外加电压最大上升率 在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升 率时，相当于一个电容的J2结会有充电电流流过， 被称为位移电流位移电流。此电流流经J3结时，起到类似门 极触发电流的作用。如果电压上升率过大，使充 电电流足够大，就会使晶闸管误导通 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 (2) 通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt 指在规定条件下，晶闸管能承受而 无

10、有害影响的最大通态电流上升率 如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通， 便会有很大的电流集中在门极附近的小区 域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性 第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性 正向 导通 雪崩 击穿 O+UA-UA -IA IA IH IG2IG1IG=0 Ubo UDSM UDRM URRMURSM 图1-8 晶闸管的伏安特性 IG2IG1IG 可控硅导通和关断条件 状态 条件 说明 从关断到导通 1、阳极电位高于是阴极 电位 2、控制极有足够的正向 电压和电流 两者缺一不可 维持导通 1、阳极电位高于阴极电

11、 位 2、阳极电流大于维持电 流 两者缺一不可 从导通到关断 1、阳极电位低于阴极电 位 2、阳极电流小于维持电 流 任一条件即可 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只 有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即 正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低 导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿 晶闸管本身的压降很小，在1V左右 导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接 近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断 状态。IH称为维持电流。（伏安特性图） 2 2 晶闸管的基本特性晶闸管

12、的基本特性 晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二 极管的反向特性 晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管， 从阴极流出 阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端 门极触发电流也往往是通过触发电路在门极 和阴极之间施加触发电压而产生的 晶闸管的门极和阴极之间是PN结J3，其伏安 特性称为门极伏安特性门极伏安特性。为保证可靠、安全 的触发，触发电路所提供的触发电压、电流 和功率应限制在可靠触发区。（伏安特性图伏安特性图） 1.3.2 1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 2. 动态特性动态特性 图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形 100% 90% 10% uAK t t O 0 tdtr t

13、rrtgr URRM IRM iA 1.3.2 1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 1) 开通过程（开通过程（特性图特性图) 延迟时间延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极 电流上升到稳态值的10%的时间 上升时间上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的 90%所需的时间 开通时间开通时间tgt以上两者之和， tgt=td+ tr （1-6） 普通晶闸管延迟时间为0.51.5 s，上升时间为 0.53 s 1.3.2 1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 2) 关断过程关断过程 反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电 流衰减至接近于零的时间

14、 正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要恢复其对正向电压的 阻断能力还需要一段时间 在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正 向电压，晶闸管会重新正向导通 实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向 电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能 力，电路才能可靠工作 关断时间关断时间tq：trr与tgr之和，即 tq=trr+tgr （1-7)） 普通晶闸管的关断时间约几百微秒。 电力电子器件器件的保护电力电子器件器件的保护 1.7.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护 电力电子装置可能的过电压电力电子装置可能的过电压外因过电压和内因过电压 外因过电压外因过电压主要来

15、自雷击和系统中的操作过程等外因 (1) 操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起 (2) 雷击过电压：由雷击引起 内因过电压内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程 (1) 换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极 管在换相结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电 流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小，会 由线路电感在器件两端感应出过电压 (2) 关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降 低而由线路电感在器件两端感应出的过电压 1.7.2 1.7.2 过电流保护过电流保护 过电流过载和短路两种情况 常用措施（图1-37） 快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器 同时

16、采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性 电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的 保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过 电流继电器整定在过载时动作 图1-37过电流保护措施及配置位置 负载 触发电路开关电路 过电流 继电器 交流断路器 动作电流 整定值 短路器 电流检测 电子保护电路 快速熔断器 变流器直流快速断路器 电流互感器 变压器 图1 -37 1.7.2 1.7.2 过电流保护过电流保护 快速熔断器快速熔断器 电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保 护措施 选择快熔时应考虑： (1)电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定 (2)电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结 形式确定 (3)快熔