同步電動(dòng)機(jī)及勵(lì)磁

1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁相關(guān)培訓(xùn)資料學(xué)習(xí)思路 旋轉(zhuǎn)電機(jī)三相異步電機(jī)原理三相同步電機(jī)異步起動(dòng)法如何牽入同步需要直流勵(lì)磁整流電路裝置原理，維護(hù)，調(diào)試。同步電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī)是交流電機(jī)（同步電機(jī)）的一種類型，它的轉(zhuǎn)速與電源頻率之間有著恒定的同步關(guān)系。n=60f/p 以同步電動(dòng)機(jī)為例： 額定轉(zhuǎn)速200r/min 額定頻率50z P=6050200=15 說明：P為磁極對(duì)數(shù)。 三相同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)極（旋轉(zhuǎn)磁極）式同步電機(jī) 轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)同步電機(jī)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)速恒定。在運(yùn)行過程中，只要電源頻率一定，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載大小而改變，負(fù)載的變動(dòng)只是使其功角發(fā)生變化。負(fù)載增加時(shí)功角變大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩或阻轉(zhuǎn)矩大到使電動(dòng)機(jī)功角超過

2、極限時(shí)，電動(dòng)機(jī)失步。同步電機(jī)的特點(diǎn)功率因數(shù)可調(diào)。同步電動(dòng)機(jī)可以通過調(diào)節(jié)其勵(lì)磁電流，在超前的功率因數(shù)下運(yùn)行，因而，有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。效率高。異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)較低，因此，效率也低。而相應(yīng)同步電動(dòng)機(jī)的效率則較高。尤其在低速同步電動(dòng)機(jī)這一點(diǎn)更明顯。同步電機(jī)的特點(diǎn)運(yùn)行穩(wěn)定性高。 在超前功率因數(shù)下運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)其過載能力相應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)的大， 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與端電壓的二次方成正比而同步電動(dòng)機(jī)如果它的勵(lì)磁電流不受電網(wǎng)電壓影響，其轉(zhuǎn)矩只是隨端電壓的一次方成正比。同步電機(jī)的特點(diǎn) 當(dāng)電網(wǎng)電壓降低或電動(dòng)機(jī)果負(fù)載時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁一般能自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)行強(qiáng)勵(lì)來保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 同步電動(dòng)機(jī)的

3、啟動(dòng)就是同步電動(dòng)機(jī)自接入電網(wǎng)直至轉(zhuǎn)子達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的過程。 為完成這個(gè)過程通常采用一下方法：異步啟動(dòng)法調(diào)頻啟動(dòng)法用輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)法但大部分同步電動(dòng)機(jī)采用異步啟動(dòng)法。異步啟動(dòng)法 主要依靠在定子投入電網(wǎng)后磁極極靴上的啟動(dòng)繞組（阻尼繞組）中的感應(yīng)電流與定子磁場(chǎng)間的產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩來進(jìn)行啟動(dòng)的。此時(shí)為避免勵(lì)磁繞組開路感應(yīng)的高電壓將絕緣擊穿，必須將勵(lì)磁繞組分段開路或短接起來。在短接時(shí)，短接的勵(lì)磁繞組中會(huì)流入較大的感應(yīng)電流，這個(gè)電流與定子三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，使得電動(dòng)機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩在一半同步轉(zhuǎn)速附近變小，出現(xiàn)最小轉(zhuǎn)矩，即單軸力矩效應(yīng)。所以，啟動(dòng)時(shí)勵(lì)磁繞組中應(yīng)串聯(lián)一個(gè)電阻值約是5-10倍勵(lì)磁繞組電阻值

4、的啟動(dòng)電阻器。以限制感應(yīng)電流，提高最小轉(zhuǎn)矩，且能提高牽入轉(zhuǎn)矩。 異步啟動(dòng)時(shí)，定子電流可達(dá)到額定值的67倍。微機(jī)勵(lì)磁技術(shù)什么叫勵(lì)磁： 勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，在勵(lì)磁繞組（電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組）中通入直流電流建立磁場(chǎng)的過程，稱為勵(lì)磁。這個(gè)直流電流稱為勵(lì)磁電流。而供給電流的整個(gè)系統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。 目前，勵(lì)磁采用wwww生產(chǎn)的型微機(jī)全控勵(lì)磁裝置。該裝置是以電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論與微機(jī)技術(shù)相結(jié)合的新一代勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制裝置。 我們本次學(xué)習(xí)就以該裝置進(jìn)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(lì)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(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿霓D(zhuǎn)換電路。 整流二

5、極管可以實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，但它的輸出量?jī)H與電路形式及輸入交流電壓有關(guān)，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(shí)現(xiàn)。晶閘管簡(jiǎn)介 晶閘管又叫可控硅。它是由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個(gè)PN結(jié)，對(duì)外有三個(gè)電極圖2(a)：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號(hào)圖2(b)可以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個(gè)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(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)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(gè)聯(lián)接端 對(duì)于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便 平板型封裝的晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間圖1-6 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3螺栓式可控硅平板式可控硅晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 1. 電壓定額電壓定額1) 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的 正向峰值電壓。2) 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)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(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。 通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓額定電壓。選用時(shí)，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(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)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(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。使用時(shí)應(yīng)按實(shí)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(yīng)留一定的裕量，一般取1.52倍晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 2)

8、 維持電流維持電流 IH 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流一般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)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(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流 對(duì)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(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)3. 動(dòng)態(tài)參數(shù)動(dòng)態(tài)參數(shù) 除開通時(shí)間tgt和關(guān)斷時(shí)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(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)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(shí)，相當(dāng)于一個(gè)電容的J2結(jié)會(huì)有充電電流流過，被稱為位移電流位移電流。此電流流經(jīng)J3結(jié)時(shí)，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(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)(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(huì)有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，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?qū)ㄑ┍罁舸㎡

10、+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM圖1-8 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件 狀態(tài) 條件 說明 從關(guān)斷到導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)通到關(guān)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(shí)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)折電壓降低 導(dǎo)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(dǎo)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(shù)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(shí)，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(chǎn)生的晶閘管的門極和陰極之間是PN結(jié)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(yīng)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(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 圖1-9 晶閘管的開通和關(guān)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(shí)間延遲時(shí)間td：門極電流階躍時(shí)刻開始，到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%的時(shí)間上升時(shí)間上升時(shí)間tr：陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間開通時(shí)間開通時(shí)間tgt以上兩者之和， tgt=td+ tr （1-6） 普通晶閘管延遲時(shí)間為0.51.5 s，

13、上升時(shí)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(guān)斷過程關(guān)斷過程反向阻斷恢復(fù)時(shí)間反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr：正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時(shí)間正向阻斷恢復(fù)時(shí)間正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr：晶閘管要恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力還需要一段時(shí)間在正向阻斷恢復(fù)時(shí)間內(nèi)如果重新對(duì)晶閘管施加正向電壓，晶閘管會(huì)重新正向?qū)▽?shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對(duì)晶閘管施加足夠長(zhǎng)時(shí)間的反向電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作 關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間tq：trr與tgr之和，即 tq=trr+tgr （1-7)） 普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒。 電力電子器件器件的保護(hù)電力電子

14、器件器件的保護(hù)1.7.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù) 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(nèi)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(guān)操作引起 (2) 雷擊過電壓：由雷擊引起 內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程 (1) 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓 (2) 關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在

15、器件兩端感應(yīng)出的過電壓1.7.2 1.7.2 過電流保護(hù)過電流保護(hù) 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(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性 電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)動(dòng)作圖1-37過電流保護(hù)措施及配置位置負(fù)載觸發(fā)電路開關(guān)電路過電流繼電器交流斷路器動(dòng)作電流整定值短路器電流檢測(cè)電子保護(hù)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(hù)過電流保護(hù)快速熔斷器快速熔斷器 電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護(hù)措施 選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：(1)電壓等級(jí)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)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(lián)結(jié)形式確定(3)快熔的I 2t