求助关于电机弱磁升速的原理

求助关于电机弱磁升速的原理

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同步发电机是电力系统以及工业生产中的重要元件其励磁装置的性
能直接影响同步发电机运行的可靠性和稳定性目前国内生产的同步电
动机励磁装置大多数采用模拟控制电路这种控制电路存在硬件多控制
板数量多接线复杂可靠性差等缺点对于现场人员使用和维护都造成
了一定困难微机控制技术的发展为解决以上问题提供了技术支持
我公司从80 年代起研制并生产了大量的微机控制整流设备特别是在
晶闸管的控制技术上有比较丰富的经验
针对励磁装置中存在的一些问题我公司采取微机控制技术并且吸
取了现有励磁设备的精华其中包括1972 年原机械工业部电器工业管理局
的统一设计的技术关键和同步发电机失步保护和带载自动再整步技术精
华研制出了新型微机控制同步发电机晶闸管励磁装置该装置具有控制
集成度高控制精度高运行可靠性高稳定性好现场使用和维护方便
等优点
微机控制同步发电机励磁装置分为HRKLF11 和HRKLF12 两个系列11
系列供拖动非冲击性负载的同步发电机恒定励磁用12 系列供有冲击性负
载的同步发电机按负荷自动调节励磁维持无功电流恒定之用该装置均具
有失步保护和带载自动再整步功能适用于200-10000KW 同步发电机配套
1 控制电路采用MCS-89C51 系列单片微机控制控制板集成度高,软件
中有丰富的设备自检功能
2 具有良好的失步保护功能和带载自动再整步功能
3 全压起动时起动至亚同步转速顺极性投入励磁使电机牵入同步运行
4 同步发电机起动和停车时自动灭磁以免感应过电压击穿设备
5 可手动调节励磁电流电压进行功率因数调整
6 本设备所带放电电阻RF 阻值为所配用的同步发电机转子励磁绕
组直流电阻的10 倍其长期允许电流为同步发电机额定励磁电流的 按负荷自动调整励磁基本保持同步发电机无功电流恒定
2 具有零励磁保护功能
本装置的主电路包括整流变压器三相半控整流桥阻容灭磁环节
和起动环节等控制电路主要由单片机MCS-8751 励磁电流调节器电
流给定与反馈环节投全压和投励环节失步检测环节强励环节无功
补偿环节微机触发环节和自检环节等组成以上控制电路主要集成到一块控制板上具有同步发电机的起动正常励磁失步检测和保护强励
自动关桥以及无功补偿等功能
下面分别介绍各部分组成和原理
1 三相半控整流电路
整流变压器将交流380V 电源电压降至励磁所需的电压其二次输出线
电压为U21
每个主桥晶闸管及整流二极管在一个电周期360 度内轮流导通120 度
晶闸管由其相应的触发插件提供的触发脉冲开通整流二极管为自然换流
整流桥直流输出电压为
Ud 1.35 U21(1+cos )/2
式中U21 整流变压器二次侧线电压V
晶闸管的控制角
Ud 0.3-1.2Ufe
Ufe 电机额定满载励磁电压
2 阻容灭磁环节
阻容灭磁的任务是关断主桥晶闸管停止主桥向电机输出励磁电压和
电流
输出励磁电压和电流采用阻容灭磁不仅灭磁速度快而且关桥可靠
下列情况下阻容灭磁动作
1 电机发生带励失励失步时阻容灭磁动作关断主桥使电机转入异
步运行失步源消失后实现带载自动再整步
2 当电机发生断电失步时阻容灭磁动作关断主桥电机励磁绕组储
存的磁场能量经附加电阻RF 及电容C10 和C11 衰减当励磁电流lf 由额定值
Ife 衰减到0.368Ife 时实现断电失步再整步
3 当电机正常或事故停机时阻容灭磁动作关断主桥避免在下一次
开机时因主桥未关断而误投励
电容C10 由交流26OV 电源经单相全波整流充电至34OV 左右
当灭磁插件发出灭磁脉冲后灭磁晶闸管KP4 开通C10 上予充电压反
向加于主桥两端为保证主桥可靠关断CM1 容量的选择应保证施加反压的
时间大于主桥晶闸管的热态关断时间在施加反压的同时C10 经电机励磁
绕组向C11 放电
当Vc10 Vc11 时流过KP4 的电流近似为零KP4 自动关断
3 起动环节
主要技术要求
l 在电机投励前的整个异步起动过程中当励磁绕组有正向感应电压时
起动晶闸管 KP5 应可靠开通以便附加电阻 RF 在有正负半周感应电压时均
能接入励磁绕组使电机获得良好的对称起动特性而投入正常励磁后KP5
应可靠关断并转入高开通值高开通值应保证电机在正常励磁强励及灭磁时不误开通以避免长期接入附加电阻而烧毁在电机励磁绕组出现
过电压时KP5 应开通对励磁绕组起过电压保护作用
2 起动控制回路中的R21 选择满足高开通值外并应满足正常运行时的
热稳定要求
工作原理在电机半压起动油开关闭合后J1-2 闭合此时WHK2 4 闭
合在未投励时此时R21 与R22 并联并联后阻值较低R23//RW21 回路可
分得较高电压因R21 阻值较高R23//RW21 分得电压就低KP5 就需在较高主
桥电压下开通改变R21 R22阻值可获得所需的KP5 高低开通值
4 励磁电流调节器
电流调节器由运算放大器U302B 组成的比例积分放大器和二极管限幅
环节组成电流给定由电位器POT 构成电流反馈由ID 输入电流调节器
的输出值经过电阻R235 和R236 分压后送给模数转换器A/D0804 经过转
换后的数字量输入到微机去控制晶闸管的触发角
为了把电流限制在某个最大允许值电流调节器具有限流功能即电流
截止功能调节电位器RW35 可以调节限流值调节电位器RW37 R334 和
C311 可以改变电流调节环的比例积分参数
调节环的输出电压与移相角之间存在着非线性关系为了使得操作人
员调节方便使励磁电压或电流能够线性跟踪电位器的给定变化在
单片机控制程序中设置了非线性校正环节
5 投全压和投励环节
同步发电机在整个起动过程中其转子感应交变电压的频率是随着转
子的加速而变化的转速越高感应交变电压的频率就越低电机刚起动
瞬间转子感应电压频率与定子回路频率f1 相同为50HZ 而达到任一
转差S 时的转子感应电压频率f 为 f=fl S=50S
当同步发电机加速至同步转速的90 时转差s 0.1 投入全压
当同步发电机加速至亚同步时同步转速的95 转差S 0.05 顺
极性投励此时转子感应电压频率为
f=50 0.05=2.5 周
一个周期时间为T l/f=l/2.5 0.4 秒
电机进入亚同步转速时投励环节接收到频率为2.5Hz 的转子感应电
压信号后顺极性感应电流方向与励磁电流方向相同发出脉冲去触
发主回路晶闸管从而投入励磁将同步发电机牵入同步运行
6 触发脉冲形成与放大环节
触发脉冲的形成与放大电路的原理为由单片机P1 口发出120 度电
角度方波送入与门74LS08 的一个输入端与门另一端输入高频的脉冲列
FO 其输出端即输出120 度的宽脉冲列然后经过上拉电阻加以放大输出
此信号接入脉冲变压器的原边脉冲变压器的副边接入晶闸管的门极和阴极7 强励环节
当定子回路三相交流电压降至某一百分比如80 时进行突出强
励强励时间为10 秒
8 无功补偿环节仅HRKLF12 型用
拖动冲击负载的同步发电机当负载增加仍为恒定励磁时其输出无功
电流减少超过额定负载时减少得更为严重甚至变为从电网吸取感性无
功电流这不利于电机运行和电网电压的稳定冲击负载的大型同步电动
机对电网影响大需要按照电机负载的大小自动调节励磁
HRKLF12 型设备用无功补偿插件检测同步发电机定子回路有功电流信
号用来在负载增加时实现自动增磁使冲击负载的同步发电机以输出较
稳定的无功电流运行
此环节由二极管开关式相敏桥和双T 滤波器组成
9 装置运行状况检测与显示
该装置具有微机自动检测功能且有数字显示各种状态在设备启动和
运行过程中微机能自动检测设备状况当有故障出现时会自动停机且显
示表示故障种类代码如快熔熔断器熔断后显示7 数字显示如表5.1
所示