案例二同步励磁课件.doc

1、案例二 同步电动机晶闸管励磁系统一、同步电动机运行及启动概况1、同步电动机结构及基本类型转速： pfn106分类：分为发电机、电动机和补偿机三类结构： 定子（电枢）接电网转子（磁极）直流励磁（由电刷、集电环引入）转子磁极表面上的鼠笼条用短路环连起来，用作异步起动，称为起动绕组2、同步电动机的启动异步启动（减压或全压）n0.95n 0时投入励磁，牵入同步注意：起动过程中，在未加入直流时，励磁绕组既不能开路也不能短路。开路励磁绕组上感应产生危险的高电压，击穿绝缘，损坏电机，还可能引起人身事故。短路励磁绕组上由定子旋转磁场所感应的电势会产生很大的电流，从而产生一个制动转矩，影响启动转子感应电势 E2

2、S=SE20，转差率 S（n 0-n）/n 0。E 2S的幅值和频率随转速升高而减小，n=n 0时|E 2S|0，f 200。措施起动时，励磁绕组中串入一个附加电阻 Rfd(称放电电阻)构成闭合回路，以防止产生高电压（灭磁）及限流；投入励磁时，再将电阻切除。放电电阻的阻值约为绕组本身电阻的 1012 倍。二、励磁系统的组成及工作原理（一）系统组成由主电路、触发电路、移相给定电路（电压负反馈、逆变） 、投励电路、投全压电路等环节组成。各环节作用：主电路：起动过程中晶闸管整流电路不工作，附加放电电阻由灭磁插件接通达到灭磁、限流作用；n0.95n 0时晶闸管可控整流电路工作投入直流励磁，附加电阻被切

3、除；停车时逆变环节工作使晶闸管控制角后移变为逆变电路，将励磁绕组中的能量回馈电网，达到灭磁作用。触发电路：投励后在移相控制电压作用下产生触发脉冲，使晶闸管可控整流电路工作产生直流励磁移相给定电路（电压负反馈、逆变）：产生可调的给定电压以调节励磁强度，同时给定电压与电压负反馈信号及逆变信号进行比较后，产生移相控制电压送触发电路投励电路：对转速 n 进行检测，当 n0.95n 0时接通给定电路使触发电路工作投全压电路：同样对转速 n 进行检测，当转速达到设定值（可调节）时由减压起动切换到全压启动。（二）工作原理1、主电路（口试题之一：主电路工作原理并说明 VT1VT6 的额定电压应如何确定）主电路

4、在起动过程中晶闸管整流电路不工作，附加放电电阻由灭磁插件接通达到灭磁、限流作用；n0.95n 0时晶闸管可控整流电路工作投入直流励磁，附加电阻被切除；停车时逆变环节工作使晶闸管控制角后移变为逆变电路，将励磁绕组中的能量回馈电网，达到灭磁作用。（1）组成：可控整流与灭磁 2 部分1)灭磁放电电阻 Rfd2和 Rfd1的总阻值为同步电动机转子励磁绕组直流电阻值的 515 倍，通常规定为 10 倍。此时，同步电动机启动过程中转子励磁绕组产生感应交流电压的最大峰值一般为同步电动机额定励磁电压的 10 倍左右。因而主电路中 VT1VT6 晶闸管元件的正反向重复峰值电压必须大于上述最大峰值电压并留有一定安

5、全余量。灭磁电路工作过程：转子感应交变电压正半周（G1 为正 G2 为负）经 VT7、VT8 和 Rfd1、R fd2灭磁，负半周经 VD 和 Rfd1、R fd2灭磁VT7、VT8 以 RP1、RP2 上的分压而触发导通SB 手动触发，做试验用投励时 VT1VT6 工作，Ud 较小使 VT7、VT8 不足以触发；且 VT1、VT4 导通时的压降通过灭磁线加到VT7、VT8 上使其受反压而关断。因此投励后灭磁环节自动停止工作。2)固接励磁三相全控桥启动时自动投励后得到触发脉冲而开始工作工作情况与一般带大电感负载的三相全控桥相同，但现在固接励磁，转子励磁绕组上还并接有放电电阻 Rfd2、R fd

6、1和 VD 放电电路，这样就使转子绕组与一般大电感加电阻的负载有些差别。有一部分放电电流经 Rfd1、R fd2和 VD 回路流通，使得 VT1 和VT6 在负半周时要提前关断， （波形为图 30-7(e)中负半波的削尖部分） 。正负两半波面积不对称，正半波大于负半波，因此 =90时，整流电压平均值仍为正，即Ud0，一般要 =120时，才有 Ud=0。因此在同步电动机三相全控桥固接励磁时，晶闸管 VT1VT6 的移相范围应是 0120。3)主电路的保护：过电压保护换相过电压 、交流侧过电压保护、均压保护 过电流保护快速熔断器 FUV1FUV6（带微动开关触点 K1K6动作发出报警音响信号）2、

7、触发电路（口试题之二：触发电路由哪几部分组成？请分析触发电路及其工作原理。 ）触发电路由同步电压、脉冲移相与形成、脉冲放大与输出等三个环节组成各环节工作原理分析如下：（1）同步电压环节：（以 1#触发板为例）由同步电源插件中的同步变压器二次侧+A 相 50V 电源、VD4、R10 及稳压二极管 VS3、VS4 组成。+A 相 50V 电压经半波整流和稳压二极管稳压后形成梯形波，这个梯形波电压既作为触发电路的同步信号，也作为它的直流电源。（2）脉冲移相与形成环节 它由晶体二极管 V1、单结晶体管 V2、电容 C1、电位器 RP4 及电阻 R14、R15等组成。触发脉冲的移相由移相控制电压 Uct

8、控制。U ct加在三极管 V1 的基极上，V1相当于一个等效可变电阻。U ct大，等效可变电阻阻值变小，对电容 C1 的充电电流增大，充到 V2 固有的峰点电压的时间变短，从而发出的脉冲提前。改变控制电压 Uct就是改变等效可变电阻阻值，也就是改变了单结晶体管 V2 峰点电压到来的时刻，从而实现对输出脉冲的移相控制。（3）脉冲放大与输出环节 它由同步变压器二次侧-A 相 50v 电源、VD3、R9、电容 C2、稳压管 VS5、VS6、小功率晶闸管 VT 及脉冲变压器 TP 等组成。-A 相 50v 电源比+A 相 50V 同步电源提前 180电角度，经二极管 VD3 半波整流、电阻 R9、稳压

9、二极管 VS5、VS6 稳压后，对电容 C2 充电，极性为右正左负，为产生放大的输出脉冲作准备。当单结晶体管 V2 产生脉冲时,使小晶闸管 VT9 导通，已充好电的电容 C2 上的电压经VT9、脉冲变压器 TP 一次侧放电，脉冲变压器二次侧产生一定宽度，幅值与功率放大的触发脉冲。外双脉冲：TP 副边 2 组同时送出脉冲给 G1、G6；经 60后 2#触发板脉冲送G1、G2；3、投励环节（口试题之三：投励环节的作用是什么？请分析其电路并说明其工作原理。 ）投励环节的作用是在同步电动机起动过程中检测转子励磁绕组感应交流电压的频率，起到间接检测转子转速作用。当同步电动机转速达到亚同步速（S=0.04

10、0.05）时发出投励信号，起动励磁整流回路，投入励磁。工作原理分析如下：小变压器 4T 副边40V 电压经整流、滤波、稳压提供电路直流电源。8#、14#接主电路 G3、G2在刚起动时，由于 n 较低，转子感应交变电压频率较高，负半波时间很短，V3 不断导通， C5 还来不及充电至 V4 的峰点电压，负半周已结束，接着又到感应交流电压的正半周，V1 再次导通，C5 被短接放电。所以脉冲变压器 TP2 发不出脉冲随着起动过程转子的加速，感应交变电压频率逐渐降低，负半波(也即 C5 的充电时间)逐渐变长。待起动加速到亚同步速时，转子感应交变电压的频率已降至每秒 23 周，在负半波晶体管 V3 截止的

11、时间内，使电容 C5 有足够的时间充电至 V4 的峰点电压，V4 产生脉冲，经 TP2 去触发移相给定环节电路中的小晶闸管 VT10，从而送出移相给定电压 U*使触发环节输出晶闸管 VT1VT6 的触发脉冲，使三相桥式全控整流电路开始工作，将整流直流电压加到电动机转子励磁绕组上，完成自动投励。4、电压负反馈与移相给定环节触发器的移相控制电压 Uct=U*-UvVT10 导通时产生 Uct，触发电路工作；VT10 关断时触发电路不工作。电网电压波动时 Uv变化使 Uct变化而自动调节 ，使励磁电压保持稳定。5、逆变环节（口试题之四：逆变环节的作用是什么？请分析其电路并说明其工作原理。 ）逆变环节

12、的作用是当同步机正常停车时，给触发环节加以一个控制信号，使励磁主电路（三相桥式全控电路）从整流工作状态立即变为逆变工作状态，以保证转子励磁绕组的顺利灭磁。 ，并将磁场能量馈送回电网。工作原理分析如下：当同步电动机停车时，停车联锁切断了小变压器 4T 的交流 220 伏供电，使移相给定环节和投励环节失去电源，从而失去移相控制电压 Uct，触发电路中晶体管 V1 即很快停止工作，不再向 C1 充电。而系统中三相整流变压器 TR、同步变压器 1T3T 仍正常供电，触发电路仍处于正常工作状态，逆变环节电路中因电容 C6 经 R29 的放电仍使 V5保持基流，V5 可维持导通，同步变压器 1T3T 提供

13、的50v 电源可通过 RP3、R11、V5继续对 C1 供给不大的充电电流进行充电。这样，触发电路中电容 C1 的充电电流就变为很小，使 V2 发出的脉冲迅速后移，也即供给 VT1VT6 的脉冲控制角 120，变为 max，使三相全控桥从整流工作状态立即转为逆变工作状态，转子励磁绕组电感中所存储的能量缓慢释放，回馈给电网。直到电感放电完毕，逆变结束。如果停车时没有逆变，则在停车瞬间已导通的晶闸管不能关断，而由转子电感放电一直维持导通，形成逆变颠覆状态。颠覆情况下，交流电源通过一直维持导通的晶闸管加到同步电动机转子励磁绕组上，使得转子电感随着交流 50 周的频率，半波充电半波放电，电感放电电流脉动而又缓慢地衰减。这种情况下，如果晶闸管电流容量没有适当加大安全裕量，就可能烧毁这始终维持导通的元件。为防止逆变失败，励磁装置系统电源要在同步电动机停车 8s 后方能断开。