电力电子技术课件_第9章.ppt

第9章 电力电子技术在同步电机中的应用 同步电机分为同步发电机和同步电动机。 同步电机在电力系统中有非常重要的地位和作用。 早期的励磁装置采用直流发电机作电源，自从大功率电力电子器件及可控整流技术问世以来，绝大部分励磁装置都采用了以晶闸管整流电路为主的可控变流技术。其控制电路采用集成化模拟控制或微机化数字控制，具备很高的可靠性。 同步机励磁分为同步发电机励磁和同步电动机励磁，两者有完全不同的控制方式。其中同步发电机励磁容量大，责任也大，因此显得更重要。 第9章 电力电子技术在同步电机中的应用 9.1 同步发电机励磁系统 同步发电机是电力系统中最主要的供电电源，它主要分为隐极机和凸极机两种。 隐极机与汽轮机配套，用于火力发电厂，一般为一对极，在50Hz情况下，转速为3000r/min。 凸极机则有较多的极对数，转速较低，一般与水轮机配套，主要用于水力发电厂。 它们共同的特点是需要直流电流来建立磁场，统称为励磁系统 。 发电机的励磁系统有许多不同的类型。 由与发电机同轴旋转的励磁机来励磁的称为旋转励磁系统，旋转励磁系统又分直流励磁系统和交流励磁系统。 交流励磁系统又分为同轴安装的旋转整流器和静止整流器两种。 不存在旋转部件，称为静止励磁或全静态励磁系统。 9.1.1 发电机励磁系统的组成框图 (1)励磁机。根据调节器的指令信号向同步发电机的磁场绕组提供直流功率，是励磁系统的功率输出级。 (2)调节器。将输入控制信号进行处理并放大到一定水平，用于控制励磁机。它既有调节功能又有使励磁系统稳定的功能(变化率反馈或超前—滞后补偿)。 (3)机端电压传感器和负荷补偿器。测量发电机端电压，将其进行信号幅值调理，并将其与一个代表企望端电压的基准值相比较。此外，如果要保持在电气上远离机端的某一点(例如升压变压器高压端)的电压恒定，则还要有负荷补偿(线路压降补偿或无功补偿)。 (4)电力系统稳定器。向调节器提供一个附加的输入信号，以阻尼电力系统的振荡。常用的输入信号有转子转速的偏差、交流功率的偏差和频率的偏差。 (5)限制器与保护回路。包括一系列的控制与保护功能，保证励磁机和发电机的负载能力极限不被超过。 9.1.2 励磁系统的类型 1. 直流励磁系统 这类励磁系统用直流发电机作为励磁电源，并通过滑环向同步发电机转子供电。励磁机可以由一台电动机驱动，或者与发电机同轴驱动。励磁机可以是自激的，也可以是他激的。他激励磁机的磁场由永磁副励磁机供电。 一台直流整流子励磁机，通过滑环向主发电机的磁场供直流电。励磁机的磁场由一台磁放大机控制。磁放大机是一种特殊的旋转放大机，是特殊结构的直流电机，只需要很小的磁场控制功率就能在交轴电枢里产生很大的电流。实际上磁放大机是一个功率放大10000～100000倍，时间常数为0.02～0.25s的功放装置。 2. 旋转整流器励磁系统 右图这种系统称为无刷励磁系统(brushless excitation system)。 开发这种系统是为了在为大容量发电机的磁场提供强大励磁电流(例如600MW发电机的励磁功率在1MW等级)时，避免发生使用电刷可能出现的问题。 无刷励磁系统不能直接测量发电机的磁场电流或电压。主发电机电压由晶闸管触发回路的可调直流输入设定值来控制。为了简化，图9-3中没有详细画出控制电路的各项功能。 3. 机端供电的全静态励磁系统 这种励磁系统通常称为母线供电或变压器供电(bus-fed or transformer-fed)的静态励磁系统。这种静态励磁系统缩短了发电机轴系，降低了造价，减小了振动因素，因此更适合大型发电机组，尤其是单元式发电机组。 此系统有很小的固有时间常数。但最大励磁电压 (顶值)取决于输入的交流电压，所以当系统故障使发电机端电压下降时，可用的励磁顶值电压也下降。 第9章 电力电子技术在同步电机中的应用 9.2 同步电动机励磁用整流器 9.2.1 同步机励磁的工作原理 图9-5是同步电动机励磁用整流器的典型原理图。整流器通常采用三相桥式全控或半控方式。其中晶闸管VT1～VT6组成三相全控桥式接线(若VT2，VT4，VT6采用同等容量的大功率二极管整流器代替则组成半控桥式接线)。VT1～VT6都并联有阻容吸收元件保护，串联有快速熔断器保护。整流变压器TR起隔离作用和电压匹配作用。 在同步电动机起动时，励磁绕组不加励磁电流，励磁绕组通过灭磁电阻短接，电动机靠阻尼绕组产生的异步转矩起动，当转速达到额定转速的95%～97%时，根据一定条件启动励磁系统，加入励磁电流，转子产生的磁场由定子磁场把转子牵入同步，完成启动过程。 9.2