同步发电机自动励磁调节器中同步电压的处理解读

同步发电机自动励磁调节器中同步电压的处理

The Formation of Synchronou s Voltages in Automatic Excitation Regulator 刘 微

(南京工程学院, 江苏南京210013

摘 要:在同步发电机自动励磁调节装置中, 可控硅触发技术是一项关键技术, 而其中的同步电压的处理环节又是关键。因此, 对半导体励磁系统和微机励磁系统中同步电压的处理进行分析, 并比较。关键词:自动励磁调节器; 可控硅整流; 同步电压; 触发脉冲中图分类号:T M 31

文献标识码:C

文章编号:1009-0665(2002 06-0026-03

同步发电机的自动励磁调节装置(AER 是电力系统中一个重要的自动装置[1], 其中的移相触发单元的任务是产生可以改变相位的脉冲, 用来触发整流桥中的可控硅, 使其控制角随着发电机端电压的变化而改变, 从而达到自动调节励磁的目的。移相触发单元是由同步、移相、脉冲形成、脉冲放大等环

节构成[2]

。若其中的同步电压处理不好, 将影响移相触发脉冲的准确性, 从而影响发电机的励磁。在半导体励磁系统中同步电压的产生很麻烦, 随着微型计算机的应用, 为同步电压的处理提供了很大的方便。

1 同步电压的作用

根据在可控硅整流电路中对可控硅进行导通控制的要求, 可控硅元件上所加的电压和控制极上所加的触发脉冲在相位上必须配合合理, 否则可控硅将无法正常工作, 这种配合称为同步。因此, 在可控

硅励磁系统中, 必须引人同步电压来保证可控硅触发脉冲与主电路的同步[2]。 2 同步电压的产生

同步电压的取法和可控整流电路接线型式有关[2]。

三相半控硅整流电路中, 由于共阳极组的整流元件不可控, 在自然换流点换流, 共阴极组的可控硅应承受的阳极电压为正时一段区间内触发导通, 三相触发脉冲应按+A 、+B 、+C 相序依次相隔120 发出。

三相全控硅整流电路中, 共阴极组的可控硅只有在其阳极电位最高的一段区间内才有可能导通, 供阴极组的出发脉冲应在这一期间内发出, 三相触发脉冲应按+A 、+B 、+C 相序依次相隔120 发出。共阳极组的可控硅只有在其阴极电位最低的一段区间内才有可能导通, 共阳极组的触发脉冲应在这一段区间内发出。三相触发脉冲应按-C 、-A 、-B 相序依次相隔120 发出。这样六相触发脉冲应按+A -C +B -A +C -B 相序依次相隔60 发出。

因此, 移相触发单元必须接受与主电路电压有一定相位关系的电压信号, 才能保证触发脉冲按要求发出。同步电压可经同步变压器获得, 同步电压采用适当的接法, 将主电路电压变换成具有触发电路所要求的幅值、相位及相数的同步电压, 作为移相触发单元的同步信号。

3 同步电压的处理

3. 1 半导体励磁调节器中同步电压的处理

在半导体励磁调节器中, 同步电压的原方绕组接主电路的电源, 副方绕组在三相半控桥中接成三相Y 形, 在三相全控桥中采用六相双Y 形接法。根据全控硅整流桥的工作特点:控制角0 < <90 时, 全控硅整流桥工作在整流状态; 当 >90 时, 全控硅整流桥工作在逆变状态, 仅简单的引入上述同步电压( U tb 还不够, 必须对同步电压进行处理, 才能满足触发脉冲的要求。

在三相全控硅整流桥电路中, 施加触发脉冲的时间应在该相自然换相点之后, 如果在该相自然换26

2002年12月 江 苏 电 机 工 程

Jiangsu Electrical Engineering 第21卷第6期

触发脉冲导通, 而且由于在自然换相点之后的其间内脉冲发生器不可能再次地发出脉冲, 所以该相可控硅实际因丢失脉冲而不可能导通。由于触发脉冲发出的时间不可能十分准确, 所以应使最早脉冲发出的时间距自然换相点有一定距离。因此, 必须引入最小控制角 m i n 的电压 U min 。由于采用了全控硅整流桥, 当发电机需要快速减磁时, 整流桥要按逆变方式运行, 此时触发脉冲应于自然换相点90 后发出, 相位越后逆变作用越大。但是, 由于和前述情况类似的原因, 如果脉冲相位超过180 , 则可控硅不导通而不能实现逆变, 所以脉冲相位最迟也应在180 前发出。因此, 必须引入最大控制角 man 的电压 U max 。此外, 根据触发脉冲有一定的幅值要求, 还要引入一充电电压 U 充。

可见, 在半导体三相全控硅整流桥中, 对于1个可控硅要引入4个同步电压, 即: U tb 、 U 充、 U min 、 U max , 对于6个可控硅要引入24个相位不同的同步电压。

此外, 在半导体励磁中对于副励机来讲, 三相可控整流桥适是一个很大的负载, 可控硅的导通与关断将引起阳极电源电压波形畸变较严重, 因此引起的同步电压波形畸变的问题也必须予以重视, 否则将影响移相触发回路的正常工作。通常对畸变了的同步电压先进行滤波或整形, 以消除畸变的影响。

可见, 在半导体励磁中, 同步电压的产生很麻烦, 调试也很困难。 3. 2 微机励磁调节器中同步电压的处理3. 2. 1 同步电压的处理框图原理

同步电压整形的框图见图1

。

图1 同步电压整形的框图

副励机发出的三相交流电压经同步变压器将电压变小、隔离、移相, 此同步变压器采用 /2Y 接法是为了增加与主电源的阻抗, 并将输入电压移相后得到超前90 的电压。再将同步变压器输出电压进行二阶有源滤波后得到相位滞后90 的电压, 此电压与副励机的电压同相。最后将此电压经电压比较

器得到6个上升沿分别对应于自然换相点的门控信号, 将此门控信号接到可编程定时计数器(8253 上形成电源电压状态字。以下对框图的各个部分进行分析。

(1 同步变压器

同步变压器内部接线如图2所示, 一次侧接成 形, 是为了消除零序的影响, 二次侧有6个绕组, c 2与b 2反极性相串得到u j a 、a 2与c 2反极性相串得到u j b 、b 2与a 2反极性相串得到u j c 。画出 U j a 、 U j b 、 U jc 与一次电压 U ab 、 U bc 、