CN105305907A - 一种新型大功率发电机励磁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型大功率发电机励磁装置，包括柜体、柜体具有左侧支撑板，右侧支撑板和柜体底板，还包括：冷却风机，盖板，整流模块，晶闸管脉冲功放板，集风器，电阻，电流互感器，交流母排，快熔，分流器，中间隔板和直流母排。两台冷却风机安装在柜体下部，集风器、中间隔板和左侧支撑板、右侧支撑板组成出风通道，对发热元器件进行冷却，散热冷却空气由柜体顶部和后部排出。该装置柜内布局合理，结构紧凑，冷却风机一用一备，功率密度高，设备简单，易于更换维护，方便快捷提高装置输出能力；且能及时带走热量，散热能力和输出能力强。

Description

一种新型大功率发电机励磁装置

技术领域

本发明属于半导体变流技术领域，具体涉及一种新型大功率发电机励磁装置。

背景技术

现有技术中，大型同步发电机和直流发电机为了产生恒定磁场，采取的做法是在转子绕组外加直流励磁电流，直流励磁电流的原理是将交流电经过晶闸管全桥整流后输出直流电供给发电机励磁绕组。目前，发电机励磁整设备不断提出更高的要求：功率密度高，设备简单，易于更换维护等。采用在转子绕组外加直流励磁电源，对于百万千瓦机组的励磁来说，容量较大，需要多台励磁功率柜并联，这样做不但设备庞大，而且故障率高。所以，研制新型大功率发电机励磁装置成为趋势。

发明内容

本发明为了有效控制器件温升，提出一种新型大功率发电机励磁装置；该装置包括柜体，柜体具有左侧支撑板，右侧支撑板和柜体底板；

柜体内部前方从下至上分为三部分：下部风机冷却进风区域、中部整流模块工作区域和上部阻容吸收区域；

下部风机冷却进风区域包括：两个风机底板，两台冷却风机，两个盖板和中间隔板；

两个风机底板固定在柜体上；两台冷却风机分别固定在风机底板上，每个冷却风机的风口上安有一个盖板；

中间隔板由三块绝缘板拼接而成，平行放置在两个风口的后方，中间隔板略高于盖板，卡在风口与柜体之间；用于阻挡冷却风机的冷风，使冷风向上进入中部整流模块工作区。

中部整流模块工作区域包括：整流模块，晶闸管脉冲功放板，集风器和元器件安装板；

集风器为上面、左面、右面和前面四面盖板组成的箱体结构，用于收集冷却风机的冷风，对整流模块进行冷却；

整流模块位于冷却风机上方，卡在左侧支撑板和右侧支撑板中间；整流模块由六只晶闸管和九只散热器组成三相六脉波整流回路，每两只散热器中间压接一只晶闸管，集风器中的冷风经过散热器，带走晶闸管工作时产生的热量；

集风器左面和右面两侧盖板内部各安有一块晶闸管脉冲功放板，用来触发六只晶闸管，进行驱动、放大、整形和高低压隔离。

集风器上面盖板的上方安有元器件安装板，用于安装控制系统模板、PLC可编程控制器、继电器、开关电源和断路器；元器件安装板上方是上部阻容吸收区域。

上部阻容吸收区域包括上下两块绝缘板，每块绝缘板上等间距分别安装有三个电阻，下面的绝缘板还安装有六只电容。六个电阻和六只电容，分别并联接在六只晶闸管的两端；阻容吸收的作用是吸收晶闸管在换相时产生的过电压尖峰，有效防止晶闸管过压故障。

柜体的内部后方从上至下分为三相交流母排区域、快熔区域和直流母排区域。

三相交流母排区域包括三相交流母排，在垂直方向上按照等间距平行布置，通过母排框架和绝缘子固定在柜体上；同时，在三相交流母排上分别套装3个电流互感器，用以检测交流侧电流信号。

三相交流母排通过三个软接导电带连接到整流模块的三只散热器，快熔区域通过六个软接导电带连接到整流模块的剩余六只散热器；快熔区域同时连接直流母排区域，实现电气连接。

具体为：三相交流母排经过整流模块整流后，形成6个桥臂，每个桥臂直流侧各串联一个快熔，形成6个直流母排，分别为3个直流正母排和3个直流负母排，快熔区域的6个快熔分别连接直流正母排和直流负母排，两组直流母排分别穿插到中间隔板的绝缘板之间，由母线支架和绝缘子固定在柜体内；直流正母排连接分流器用以检测直流侧电流。

本发明的优点在于：

(1)、一种新型大功率发电机励磁装置，柜内布局合理，结构紧凑，冷却风机一用一备，功率密度高，设备简单，易于更换维护，方便快捷提高装置输出能力。

(2)、一种新型大功率发电机励磁装置，发热元器件如整流模块、交、直流母排、分流器、电流互感器和快熔等均在风道里，及时带走热量，散热能力强，使装置输出能力强。

(3)、一种新型大功率发电机励磁装置，由于采用铜散热器技术，使得结构紧凑、体积小，集风器、整流模块、中间隔板和左、右侧支撑板组成出风通道，冷却空气由柜体顶部后部排出；通风道设计合理，出力大，设备运行稳定，故障率低。

附图说明

图1为本发明新型大功率发电机励磁装置结构正视图；

图2为本发明新型大功率发电机励磁装置结构后视图；

图3为本发明新型大功率发电机励磁装置整流模块的电路原理图。

其中，1-柜体；2-左侧支撑板；3-风机底板；4-柜体底板；5-螺钉孔；6-冷却风机；7-风口；8-盖板；9-整流模块；10-晶闸管脉冲功放板；11-集风器；12-元器件安装板；13-电阻；14-电流互感器；15-交流母排；16-母排框架；17-绝缘子；18-快熔；19-分流器；20-右侧支撑板；21-中间隔板；22-软接导电带；23-直流母线支架；24-直流母排。

V1-V6为晶闸管，F1-F6为快熔，R1-R6为电阻，C1-C6为电容，RS51为分流器，T51-T53为电流互感器；QK51-QK52为开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

一种新型大功率发电机励磁装置，为晶闸管大功率发电机励磁整流装置，通过将三相交流电通过晶闸管半导体器件整流输出直流电，为大型发电机的励磁系统提供直流电源，该新型大功率发电机励磁装置输出能力为1500V/3300A，可广泛应用于水电、火电、核电发电机励磁系统以及直流电气传动领域。

一种新型大功率发电机励磁装置，如图1和图2所示，整体外型尺寸，高*宽*深为2200mm*1000mm*1000mm；该装置整体外部包括柜体1，柜体1具有左侧支撑板2，右侧支撑板20和柜体底板4；柜体1内部前方从下至上分为三部分：下部风机冷却进风区域、中部整流模块工作区域和上部阻容吸收区域；内部后方从上至下分为三相交流母排区域、快熔区域和直流母排区域。

下部风机冷却进风区域包括：2个风机底板3，2台冷却风机6，两个风口7，2个盖板8和中间隔板21；

每个风机底板3上各有4个螺钉孔5，通过螺钉固连柜体底板4。两台冷却风机6安装在柜体1的前下方，分别固定在2个风机底板3上；两台冷却风机6上方分别对应两个风口7，两台冷却风机6分别设置成一用一备，两个风口7上分别安有2个盖板8；当冷却风机6不工作时，每台冷却风机6的风口7被盖板8盖住，当需要通风时，其中一台冷却风机6工作，该冷却风机6对应的风口7内的盖板8被冷却空气顶开，进入中部整流模块工作区域；

中间隔板21由3块绝缘板拼接而成，平行放置在两个风口7的后方，与柜体底板4平行，中间隔板21略高于盖板8，卡在风口7与柜体1之间。当冷却风机6中吹进冷风，顶开盖板8后，冷风被中间隔板21挡住，向上进入中部整流模块工作区进行冷却。

中部整流模块工作区域包括：整流模块9；晶闸管脉冲功放板10；集风器11和元器件安装板12；

集风器11具有上面、左面、右面和前面四面盖板，组成箱体结构；集风器11位于冷却风机6正上方，前面盖板挡住两个风口7，负责收集冷却风机6吹出的冷风对后面的整流模块9进行冷却。

整流模块9位于中间隔板21正上方，直接固定在柜体1的左侧支撑板2和右侧支撑板20上。整流模块9由六只晶闸管和九只铜散热器组成三相六脉波整流回路，且九只铜散热器和六只晶闸管位于整流模块9的前方，每两只散热器中间压接一只晶闸管，集风器11中的冷风经过散热器，带走晶闸管工作时产生的热量。

集风器11左面和右面两侧盖板内部各安有一块晶闸管脉冲功放板10；晶闸管脉冲功放板10是触发6只晶闸管的电子线路板，有驱动、放大、整形和高低压隔离等作用。

集风器11上面盖板上方安有元器件安装板12，元器件安装板12直接固定在柜体1上，元器件安装板12用于安装控制系统模板、PLC可编程控制器、继电器、开关电源、断路器等器件。

元器件安装板12上方是上部阻容吸收区域。

上部阻容吸收区域，分布上下2块绝缘板，等间距固定在柜体1的左侧支撑板2和右侧支撑板20上，平行于柜体底板4；上面的绝缘板上等间距分别安装有3个电阻13，下面的绝缘板除了等间距安装3个电阻13外，右边还安装有6只电容。6个电阻和6只电容，分别并联接在6只晶闸管的两端。阻容吸收的作用是吸收晶闸管在换相时产生的过电压尖峰，有效防止晶闸管过压故障。

柜体的内部后方从上至下分为三相交流母排区域、快熔区域和直流母排区域。

整流模块9的九只铜散热器上分别连接九个软接导电带22，其中3个软接导电带22连接三相交流母排15；剩余6个软接导电带22分别连接6个快熔18；

三相交流母排区域包括三相交流母排15，在垂直方向上按照等间距平行布置，通过母排框架16和绝缘子17固定在柜体1后上方的安装孔上；同时，在三相交流母线15上分别套装3个电流互感器14，用以检测交流侧电流信号。

三相交流母排15通过软接导电带22与整流模块9实现电气连接，交流经过整流模块9整流后，形成正、负直流依靠软接导电带22实现与快熔区域电气连接。

三相交流母排15经过整流模块9整流后，形成6个桥臂，每个桥臂直流侧各串联一个快熔18，用于过流保护，形成6个直流母排24，分别为3个直流正母排和3个直流负母排，直流正母排连接分流器19用以检测直流侧电流。

快熔区域包括6个快熔18，每三个一组分成上下2组等间距设置，平行于柜体底板4；分别连接两组直流母排24，直流正母排连接一个分流器19，用以检测直流侧电流。

直流母排区域的3个直流正母排和3个直流负母排分为两组，且两组母排之间保持固定的安全距离，分别穿插到中间隔板21的绝缘板之间，由母线支架23和绝缘子17固定在柜体1内。

直流正母排和直流负母排分别对应两组快熔；6个快熔18经过6条软接导电带22连接到整流模块9；由于使用软连接可使两组直流母排24伸缩有余量，方便的更换晶闸管。

一种新型大功率发电机励磁装置的整流模块电路原理图，如图3所示，具体连接如下：

6个电阻R1-R6与6个电容C1-C6分别串联，电阻R1串联电容C1，电阻R2串联电容C2，电阻R3串联电容C3，电阻R4串联电容C4，电阻R5串联电容C5，电阻R6串联电容C6，共形成6组阻容吸收；

6组阻容吸收分别并联在6个晶闸管V1-V6两端，同时串联6个快熔F1-F6；具体为：电阻R1串联电容C1后并联在晶闸管V1上，串联快熔F1，形成桥臂1；电阻R2串联电容C2后并联在晶闸管V2上，串联快熔F2，形成桥臂2；电阻R3串联电容C3后并联在晶闸管V3上，串联快熔F3，形成桥臂3；电阻R4串联电容C4后并联在晶闸管V4上，串联快熔F4，形成桥臂4；电阻R5串联电容C5后并联在晶闸管V5上，串联快熔F5，形成桥臂5；电阻R6串联电容C6后并联在晶闸管V6上，串联快熔F6，形成桥臂6；共6组桥臂；

其中，桥臂1，桥臂3，桥臂5为正桥臂，桥臂4，桥臂6，桥臂2为负桥臂；

三相交流母排U极，V极和W极经过开关QK52分别连接6组桥臂；具体为：U极分别连接正桥臂1和负桥臂4，正桥臂1串联分流器RS51后，连接直流正母排；负桥臂4连接直流负母排；

V极分别连接正桥臂3和负桥臂6，正桥臂3串联分流器RS51后，连接直流正母排；负桥臂6连接直流负母排；

W极分别连接正桥臂5和负桥臂2，正桥臂5串联分流器RS51后，连接直流正母排；负桥臂2连接直流负母排；

在连接直流正负母排处设有开关QK51。

左边脉冲功放板10触发晶闸管V1，晶闸管V3和晶闸管V5；右边脉冲功放板10触发晶闸管V4，晶闸管V6和晶闸管V2。

一种新型大功率发电机励磁装置，两台一用一备的冷却风机6安装在柜体1下部，集风器11前盖板、中间隔板21和左侧支撑板2、右侧支撑板20组成出风通道，对发热元器件进行冷却，散热冷却空气由柜体1顶部和后部排出。发热元器件包括整流模块9、交流母排15、直流母排24、分流器19、电流互感器14和快熔18；该装置能及时带走热量，散热能力和输出能力强。

Claims (2)

1.一种新型大功率发电机励磁装置，包括柜体，柜体具有左侧支撑板，右侧支撑板和柜体底板；其特征在于，柜体内部前方从下至上分为三部分：下部风机冷却进风区域、中部整流模块工作区域和上部阻容吸收区域；

下部风机冷却进风区域包括：两个风机底板，两台冷却风机，两个盖板和中间隔板；

两台冷却风机分别固定在两个风机底板上，每个冷却风机的风口上安有一个盖板；

中间隔板由三块绝缘板拼接而成，平行放置在两个风口的后方，中间隔板略高于盖板，卡在风口与柜体之间；用于阻挡冷却风机的冷风，使冷风向上进入中部整流模块工作区；

中部整流模块工作区域包括：整流模块，晶闸管脉冲功放板，集风器和元器件安装板；

集风器为上面、左面、右面和前面四面盖板组成的箱体结构，用于收集冷却风机的冷风，对整流模块进行冷却；

整流模块位于冷却风机上方，卡在左侧支撑板和右侧支撑板中间；整流模块由六只晶闸管和九只散热器组成三相六脉波整流回路，每两只散热器中间压接一只晶闸管，集风器中的冷风经过散热器，带走晶闸管工作时产生的热量；

集风器左面和右面两侧盖板内部各安有一块晶闸管脉冲功放板，用来触发六只晶闸管，进行驱动、放大、整形和高低压隔离；

集风器上面盖板的上方安有元器件安装板，用于安装控制系统模板、PLC可编程控制器、继电器、开关电源和断路器；元器件安装板上方是上部阻容吸收区域；

上部阻容吸收区域包括上下两块绝缘板，每块绝缘板上等间距分别安装有三个电阻，下面的绝缘板还安装有六只电容；六个电阻和六只电容，分别并联接在六只晶闸管的两端；

柜体的内部后方从上至下分为三相交流母排区域、快熔区域和直流母排区域；

三相交流母排区域包括三相交流母排，在垂直方向上按照等间距平行布置，通过母排框架和绝缘子固定在柜体上；同时，在三相交流母排上套装3个电流互感器，用以检测交流侧电流信号。

三相交流母排通过三个软接导电带连接到整流模块的三只散热器，快熔区域通过六个软接导电带连接到整流模块的剩余六只散热器；快熔区域同时连接直流母排区域，实现电气连接；具体为：三相交流母排经过整流模块整流后，形成6个桥臂，每个桥臂直流侧各串联一个快熔，形成6个直流母排，分别为3个直流正母排和3个直流负母排，快熔区域的6个快熔分别连接直流正母排和直流负母排，且两组直流母排分别穿插到中间隔板的绝缘板之间，由母线支架和绝缘子固定在柜体内；直流正母排连接分流器用以检测直流侧电流。

2.如权利要求1所述的一种新型大功率发电机励磁装置，其特征在于，所述的整流模块电路连接如下：

6个电阻R1-R6与6个电容C1-C6分别串联，电阻R1串联电容C1，电阻R2串联电容C2，电阻R3串联电容C3，电阻R4串联电容C4，电阻R5串联电容C5，电阻R6串联电容C6，共形成6组阻容吸收；

6组阻容吸收分别并联在6个晶闸管V1-V6两端，同时串联6个快熔F1-F6，形成6组桥臂；具体为：电阻R1串联电容C1后并联在晶闸管V1上，串联快熔F1，形成桥臂1；电阻R2串联电容C2后并联在晶闸管V2上，串联快熔F2，形成桥臂2；电阻R3串联电容C3后并联在晶闸管V3上，串联快熔F3，形成桥臂3；电阻R4串联电容C4后并联在晶闸管V4上，串联快熔F4，形成桥臂4；电阻R5串联电容C5后并联在晶闸管V5上，串联快熔F5，形成桥臂5；电阻R6串联电容C6后并联在晶闸管V6上，串联快熔F6，形成桥臂6；

其中，桥臂1，桥臂3，桥臂5为正桥臂，桥臂4，桥臂6，桥臂2为负桥臂；

三相交流母排U极，V极和W极分别连接6组桥臂；具体为：U极分别连接正桥臂1和负桥臂4，正桥臂1串联分流器RS51后，连接直流正母排；负桥臂4连接直流负母排；

V极分别连接正桥臂3和负桥臂6，正桥臂3串联分流器RS51后，连接直流正母排；负桥臂6连接直流负母排；

W极分别连接正桥臂5和负桥臂2，正桥臂5串联分流器RS51后，连接直流正母排；负桥臂2连接直流负母排；

左边脉冲功放板10触发晶闸管V1，晶闸管V3和晶闸管V5；右边脉冲功放板10触发晶闸管V4，晶闸管V6和晶闸管V2。