同步電動機及勵磁

1、發(fā)電機勵磁相關培訓資料學習思路 旋轉電機三相異步電機原理三相同步電機異步起動法如何牽入同步需要直流勵磁整流電路裝置原理，維護，調試。同步電動機 同步電動機是交流電機（同步電機）的一種類型，它的轉速與電源頻率之間有著恒定的同步關系。n=60f/p 以同步電動機為例： 額定轉速200r/min 額定頻率50z P=6050200=15 說明：P為磁極對數。 三相同步電動機的結構 轉極（旋轉磁極）式同步電機 轉樞式同步電機同步電機的特點轉速恒定。在運行過程中，只要電源頻率一定，同步電動機的轉速不隨負載大小而改變，負載的變動只是使其功角發(fā)生變化。負載增加時功角變大，負載轉矩或阻轉矩大到使電動機功角超過

2、極限時，電動機失步。同步電機的特點功率因數可調。同步電動機可以通過調節(jié)其勵磁電流，在超前的功率因數下運行，因而，有利于改善電網的功率因數。效率高。異步電動機功率因數較低，因此，效率也低。而相應同步電動機的效率則較高。尤其在低速同步電動機這一點更明顯。同步電機的特點運行穩(wěn)定性高。 在超前功率因數下運行的同步電動機其過載能力相應異步電動機的大， 異步電動機的轉矩與端電壓的二次方成正比而同步電動機如果它的勵磁電流不受電網電壓影響，其轉矩只是隨端電壓的一次方成正比。同步電機的特點 當電網電壓降低或電動機果負載時，同步電動機的勵磁一般能自動調節(jié)，實行強勵來保證運行的穩(wěn)定性。同步電動機的啟動 同步電動機的

3、啟動就是同步電動機自接入電網直至轉子達到同步轉速的過程。 為完成這個過程通常采用一下方法：異步啟動法調頻啟動法用輔助電動機啟動法但大部分同步電動機采用異步啟動法。異步啟動法 主要依靠在定子投入電網后磁極極靴上的啟動繞組（阻尼繞組）中的感應電流與定子磁場間的產生的異步轉矩來進行啟動的。此時為避免勵磁繞組開路感應的高電壓將絕緣擊穿，必須將勵磁繞組分段開路或短接起來。在短接時，短接的勵磁繞組中會流入較大的感應電流，這個電流與定子三相旋轉磁場相互作用而產生的轉矩，使得電動機的合成轉矩在一半同步轉速附近變小，出現最小轉矩，即單軸力矩效應。所以，啟動時勵磁繞組中應串聯一個電阻值約是5-10倍勵磁繞組電阻值

4、的啟動電阻器。以限制感應電流，提高最小轉矩，且能提高牽入轉矩。 異步啟動時，定子電流可達到額定值的67倍。微機勵磁技術什么叫勵磁： 勵磁同步電機運行時，在勵磁繞組（電機轉子繞組）中通入直流電流建立磁場的過程，稱為勵磁。這個直流電流稱為勵磁電流。而供給電流的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。 目前，勵磁采用wwww生產的型微機全控勵磁裝置。該裝置是以電力電子技術、現代控制理論與微機技術相結合的新一代勵磁調節(jié)控制裝置。 我們本次學習就以該裝置進行講述直流電從哪里來？在我們o站電源使用的是交流電。而勵磁需要的是直流電。那直流電是怎么來的呢？這就需要整流。整流電路是一種將交流電能轉變?yōu)橹绷麟娔艿霓D換電路。 整流二

5、極管可以實現這種轉換，但它的輸出量僅與電路形式及輸入交流電壓有關，輸出量不可變。無法滿足我們的要求。 但由晶閘管組成的可控整流電路卻可以實現。晶閘管簡介 晶閘管又叫可控硅。它是由四層半導體材料組成的，有三個PN結，對外有三個電極圖2(a)：第一層P型半導體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號圖2(b)可以看到，它和二極管一樣是一種單方向導電的器件，關鍵是多了一個控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。 圖2晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理 外形有螺栓型和平板型兩種封裝 引出陽極A、陰極K和門極（控

6、制端）G三個聯接端 對于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯接且安裝方便 平板型封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間圖1-6 晶閘管的外形、結構和電氣圖形符號a) 外形 b) 結構 c) 電氣圖形符號AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3螺栓式可控硅平板式可控硅晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數 1. 電壓定額電壓定額1) 斷態(tài)重復峰值電壓斷態(tài)重復峰值電壓UDRM在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的 正向峰值電壓。2) 反向重復峰值電壓反向重復峰值電壓URRM 在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電壓。3) 通態(tài)（峰值）電壓通

7、態(tài)（峰值）電壓UTM晶閘管通以某一規(guī)定倍 數的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。 通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量裕量,一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數2. 電流定額電流定額 1) 通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(AV) 額定電流- 晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài) 下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。使用時應按實際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來選取晶閘管應留一定的裕量，一般取1.52倍晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數 2)

8、 維持電流維持電流 IH 使晶閘管維持導通所必需的最小電流一般為幾十到幾百毫安，與結溫有關，結溫越高，則IH越小 3) 擎住電流擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后， 能維持導通所需的最小電流 對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的24倍 4) 浪涌電流浪涌電流ITSM 指由于電路異常情況引起的并使結溫超過額定結溫的不重復性最大正向過載電流晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數3. 動態(tài)參數動態(tài)參數 除開通時間tgt和關斷時間tq外，還有： (1) 斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 指在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉換的外加電壓最大上升率在阻斷的

9、晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率時，相當于一個電容的J2結會有充電電流流過，被稱為位移電流位移電流。此電流流經J3結時，起到類似門極觸發(fā)電流的作用。如果電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數(2) 通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率di/dt 指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而 無有害影響的最大通態(tài)電流上升率 如果電流上升太快，則晶閘管剛一開通，便會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性 第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性正向導通雪崩擊穿O

10、+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM圖1-8 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG可控硅導通和關斷條件 狀態(tài) 條件 說明 從關斷到導通 1、陽極電位高于是陰極電位2、控制極有足夠的正向電壓和電流 兩者缺一不可 維持導通 1、陽極電位高于陰極電位2、陽極電流大于維持電流兩者缺一不可 從導通到關斷 1、陽極電位低于陰極電位2、陽極電流小于維持電流任一條件即可 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性IG=0時，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過，正向電壓超過臨界極限即正向轉折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通 隨著門極電流幅值的增大

11、，正向轉折電壓降低 導通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿 晶閘管本身的壓降很小，在1V左右 導通期間，如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱為維持電流。（伏安特性圖）2 2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性晶閘管上施加反向電壓時，伏安特性類似二極管的反向特性 晶閘管的門極觸發(fā)電流從門極流入晶閘管，從陰極流出陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端門極觸發(fā)電流也往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產生的晶閘管的門極和陰極之間是PN結J3，其伏安特性稱為門極伏安特性門極伏安特性。為保證可靠、安全的觸發(fā)，觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)電壓、

12、電流和功率應限制在可靠觸發(fā)區(qū)。（伏安特性圖伏安特性圖）1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性2. 動態(tài)特性動態(tài)特性 圖1-9 晶閘管的開通和關斷過程波形 100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 1) 開通過程（開通過程（特性圖特性圖)延遲時間延遲時間td：門極電流階躍時刻開始，到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%的時間上升時間上升時間tr：陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間開通時間開通時間tgt以上兩者之和， tgt=td+ tr （1-6） 普通晶閘管延遲時間為0.51.5 s，

13、上升時間為0.53 s 1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性2) 關斷過程關斷過程反向阻斷恢復時間反向阻斷恢復時間trr：正向電流降為零到反向恢復電流衰減至接近于零的時間正向阻斷恢復時間正向阻斷恢復時間tgr：晶閘管要恢復其對正向電壓的阻斷能力還需要一段時間在正向阻斷恢復時間內如果重新對晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正向導通實際應用中，應對晶閘管施加足夠長時間的反向電壓，使晶閘管充分恢復其對正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作 關斷時間關斷時間tq：trr與tgr之和，即 tq=trr+tgr （1-7)） 普通晶閘管的關斷時間約幾百微秒。 電力電子器件器件的保護電力電子

14、器件器件的保護1.7.1 過電壓的產生及過電壓保護過電壓的產生及過電壓保護 電力電子裝置可能的過電壓電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓和內因過電壓 外因過電壓外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因 (1) 操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起 (2) 雷擊過電壓：由雷擊引起 內因過電壓內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程 (1) 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯的二極管在換相結束后不能立刻恢復阻斷，因而有較大的反向電流流過，當恢復了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓 (2) 關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在

15、器件兩端感應出的過電壓1.7.2 1.7.2 過電流保護過電流保護 過電流過載和短路兩種情況 常用措施（圖1-37） 快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器 同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性 電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現保護，過電流繼電器整定在過載時動作圖1-37過電流保護措施及配置位置負載觸發(fā)電路開關電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護電路快速熔斷器 變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器圖1 -37 1.7.2 1.7.2 過電流保護過電流保護快速熔斷器快速熔斷器 電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種過電流保護措施 選擇快熔時應考慮：(1)電壓等級根據熔斷后快熔實際承受的電壓確定(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯結形式確定(3)快熔的I 2t