案例二同步励磁课件.doc

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：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）n≥0.95n0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E2S=SE20，转差率S＝（n0-n）/n0E2S的幅值和频率随转速升高而减小，n=n0时|E2S|＝0，f20＝0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10～12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； n≥0.95n0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n≥0.95n0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VT1～VT6的额定电压应如何确定）主电路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； n≥0.95n0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5～15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VT1～VT6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、Rfd2灭磁，负半周经VD和Rfd1、Rfd2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VT1～VT6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、Rfd1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、Rfd2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α=90°时，整流电压平均值仍为正，即Ud>0，一般要α=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VT1～VT6的移相范围应是0～120°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FUV1～FUV6（带微动开关触点K1～K6动作发出报警音响信号）2、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控制Uct加在三极管V1的基极上，V1相当于一个等效可变电阻Uct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=0.04～0.05）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2～3周，在负半波晶体管V3截止的时间内，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VT1～VT6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α，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1T～3T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1T～3T提供的＋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VT1～VT6的脉冲控制角α>120°，变为αmax，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。