CN201039071Y - 一种发电机励磁调节装置 - Google Patents

Abstract

一种用于低压400V、功率500KW以下小水轮发电机单相半控可控硅励磁系统的的调节装置，由恒压调节和过压保护电路组成，其中恒压调节包括输入端与发电机相接的测量同步电源，调差回路，整流桥，比较桥，给定电路，移相电路，脉冲放大电路和触发电路；由测量同步电源的另一路输出经整流，一路给移相及后续放大电路提供工作电源，另一路通过过压保护电路控制移相电路。该装置具有结构简单，体积小，重量轻，造价低，能耗小，恒压调节和过电压保护性能稳定可靠，便于维护等特点。

Description

一种发电机励磁调节装置

一、技术领域

本实用新型涉及发电机的控制装置，特别是一种发电机励磁调节电路装置。

二、背景技术

我国水利资源丰富，低压400V、功率500KW以下的农村小水电目前建设的很多。然而，针对小水轮发电机的专用励磁调节装置还未见报导。长期以来，小水轮发电机基本上还是沿用大型发电机机组所采用的电抗相复式励磁系统或三相半控(或全控)可控硅励磁系统。电抗相复式励磁系统的缺点是体积大，制造费用高，能耗损失大，电压调节困难，故障时产生很高的过电压，对发电机绝缘和自动化元件易造成损坏。三相半控或全控可控硅励磁系统，除存在体积大，造价昂贵(人民币3-5万元)的缺点外，因其由十几个分立单元组成，线路复杂，单元线路间相互影响，容易造成工作点偏移而引发控制系统故障，使其还存在运行维护需要较高技术条件(包括技术人员和检测设备)的缺点。小水轮发电机采用这两种励磁方式显得很不适宜。

因此，针对小水轮发电机，设计一种结构简单，体积小，重量轻，造价低，能耗小，具有恒压调节和过电压保护性能，且便于维护的励磁调节装置是目前我国农村小水电特别需要的。

三、实用新型内容

本实用新型的目的就是为满足上述需要而提供一种专供小型发电机组使用的发电机励磁调节装置。

本实用新型提供的发电机励磁调节装置用于单相半控可控硅励磁系统，它由恒压调节和过压保护电路组成，包括一个测量同步电源变压器b1，b1的初级取发电机单相交流电压Ue作输入电压，b1有两个次级绕组，其中一个次级绕组与调差回路T的电阻R2串接，为恒压调节提供测量调差交流信号；该信号经整流桥zl1整流为直流信号；经电阻R3降压和电容C1滤波后输给由稳压管wy1和wy2、电阻R4和R5构成的比较桥；串接后和wy2并接的调节电位器Rwf、稳压管wy3，与Rwf输出端相接的微调电位器Rwf1，与Rwf1另一端相接的光电耦合器gd的输入端，构成本装置的给定电路，与比较桥的输出端相接，通过调整Rwf和Rwf1，给定恒压调节工作点；gd的集电极接电阻R6，发射极接移相电容C2，C2与gd发射极接点还与单结晶体管j1的E极相接，j1的B1极接电阻R9，B2极接电阻R7，构成本装置的移相脉冲电路，gd导通，向C2充电，当C2充电到高值时j1导通，在R9上产生移相脉冲；三极管j2基极与j1B1极相接，集电极与电阻R8相接，发射极接有脉冲变压器b2，构成本装置的脉冲放大电路，R9上的移相脉冲经放大后在b2的两个次级绕组上输出两个可控硅触发脉冲；变压器b1次级的另一绕组输出的交流电压，经整流桥z12整流，输出的直流电压分成两路，一路经电阻R10降压和稳压管wy4削波后分别为所述移相脉冲电路和脉冲放大电路提供工作电源，另一路则通过过压保护电路控制移相脉冲电路；所述过压保护电路包括串接的分压电阻R1和电位器Rw，集电极与C2和gd发射极接点相接的三极管j3，跨接在Rw输出端和三极管j3基极间的稳压管wy5，接入j3基极和发射极间的二极管d6、d7；发电机正常运行j3截止，发生过电压时j3导通，C2通过j3放电，使移相脉冲后移；通过调整Rw，给定过电压值。

本实用新型的调节原理是：如发电机电压Ue上升，电压U1上升，整流桥输出电压上升，光电耦合器的输入电压降低(比较桥输出和输入成反向变化)，光电耦合器输出电流降低，C2充电速度减慢，移相脉冲后移，可控硅导通角减小，励磁电流下降，导致发电机电压Ue下降，如此形成闭环调节，使发电机维持恒压。通过调节RWf可使恒压调节在新的工作点运行。自动调差原理相同。

当发电机甩负荷时，输出电压Ue上升，电压U2上升，Rw输出电压上升，当上升幅度超过给定过电压值时，三极管j3由截止变为导通，C2上的电容电流通过j3放电，使移相脉冲后移，可控硅导通角减小，励磁电流减小，使Ue下降，建立新的平衡点，将发电机电压Ue限制在给定的过电压值以下工作，从而起到自动保护作用。

本实用新型的优点，一是体积小，重量轻，能耗小，造价低。采用晶体管电路，将测量、同步、调差、移相、脉冲放大一体化，结构简单，全部元器件可安装在一块8cm×10cm的杈件电路板上，外加机壳，重量不足五公斤，体积只有0.05m。300KW以下的机型，功耗只有8W。装置制造费用仅是上述现有技术的10％。二是电路中采用了光电耦合器，实现测量与同步电源隔离，消除了测量电位与移相电源的相互影响，从而保证装置的恒压调节和过压保护性能稳定可靠，装置很少发生故障，基本可做到免维护。三是在常规励磁的基础上增加了甩负荷恒压功能，使发电机在甩负荷时有自身的恒压，可保证事故时有足够的电力驱动事故关机系统，从而可保证设备安全地退出运行。

四、附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为图1的电路图；

图3为本实用新型在电网中的连接图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1，本实用新型发电机励磁调节装置由恒压调节和过压保护电路组成。其中恒压调节包括输入端与发电机相接的测量同步电源，调差回路，整流桥，比较桥，给定电路，移相电路，脉冲放大电路和触发电路。由测量同步电源的另一路输出，经整流，一路给移相电路和后续放大电路提供工作电源，另一路通过过压保护电路控制移相电路。装置的具体电路结构如图2所示，包括：一个测量同步电源变压器b1，其输入端与发电机的一个单相相接，发电机的单相电压Ue为其输入电压。b1有两个次级绕组，其中一个次级绕组输出电压U1，另一次级绕组输出电压U2。U1绕组与调差回路T的电阻R2串接，为调节提供测量调差交流信号，经整流桥zl1整流，输出直流信号，经电阻R3降压和电容C1滤波接到由稳压管wy1和wy2、电阻R4和R5构成的比较桥的两个输入端，比较桥的输出信号大小与输入信号成反向变化；调节电位器Rwf和稳压管wy3串接后并接在wy2上，微调电位器Rwf1一端与Rwf输出端相接，另一端与光电耦合器gd的输入端相接，构成给定电路，接入比较桥的两输出端，接收比较桥的输出信号，并通过调整Rwf和Rwf1给定恒压调节工作点；gd发射极接移相电容C2，集电极接电阻R6，gd导通向C2充电，充电速度取决于gd的电流大小，C2和gd发射极接点还与单结晶体管j1的E极相接，j1的B1极接电阻R9，B2极接电阻R7，共同构成移相脉冲电路，当C2充电到高值时，j1导通，在R9上产生移相脉冲；j1的B1极与三极管j2基极相接，j2集电极与电阻R8相接，发射极与脉冲变压器b2的初级相接，b2初级并接发光二极管d1(用于削负脉冲，同时作工作显示)，共同构成脉冲放大电路；R9上的脉冲经放大，由b2的两个次级输出两个脉冲，接入励磁主回路(图略)，分别用于触发励磁主回路中的两只可控硅，b2的两个次级分别并接削负脉冲的二极管d2和d3。变压器b1次级的另一绕组输出的交流电压U2，经整流桥z12整流输出的直流电压，分成两路，一路经电阻R10降压和稳压管wy4削波后为脉冲放大电路和单结晶体管电路提供工作电源，再经电阻R11和稳压管wy6二次降压、削波后为光电耦合器提供工作电源；另一路则由串接的电阻R1和电位器Rw分压，通过跨接在Rw输出端和三极管j3基极的稳压管wy5，为j3提供控制电压，j3基极和发射极间接入串接的二极管d6、d7，j3集电极与C2和gd发射极的接点相接，构成过压保护电路；发电机正常运行时j3截止，发生过电压时j3导通，此时C2通过j3放电，使移相脉冲后移，可控硅导通角减小，励磁电流下降，发电机电压下降，建立新的平衡点，使发电机电压Ue始终在给定的过电压值下工作。通过调整电位器Rw，可调节过电压的给定值。

为增加手动调节功能，该装置还可在比较桥的稳压管wy1和电阻R5之间设手动开关K1，K1断开后，装置则由自动调节变为手动调节。

如图3所示，通过接线端子将本装置的输入端接入发电机A相电压，调差回路接入发电机C相电流。按下发电机启动回路的按扭QA，发电机的交流残压(约3-6V)通过二极管D整流输入发电机转子，使发电机电压Ue逐渐上升，励磁电流亦随之上升，当机端电压上升至额定值时，靠自控环节(图中未显示)启动回路自动退出，QA断开，K2闭合，调节装置进入正常工作，可控硅3CT向发电机提供励磁电流。200KW以下发电机采用单只可控硅，200-500KW发电机可采用两只可控硅。

本实用新型除用于小水轮发电机组外，还可用于移动发电设备的励磁自动调节。

Claims (2)

1.一种发电机励磁调节装置，由恒压调节和过压保护电路组成，其特征在于：包括一个测量同步电源变压器(b1)，该测量同步电源变压器(b1)的初级取发电机单相交流电压(Ue)作输入电压，测量同步电源变压器(b1)有两个次级绕组，其中一个次级绕组与调差回路(T)的电阻(R2)串接，为恒压调节提供测量调差交流信号；该信号经整流桥(z11)整流为直流信号；经电阻(R3)降压和电容(C1)滤波后输给由(wy1)和稳压管(wy2)、电阻(R4)和电阻(R5)构成的比较桥；串接后和稳压管(wy2)并接的调节电位器(Rwf)、稳压管(wy3)，与调节电位器(Rwf)输出端相接的微调电位器(Rwf1)，与微调电位器(Rwf1)另一端相接的光电耦合器(gd)的输入端，构成本装置的给定电路，与比较桥的输出端相接，通过调整调节电位器(Rwf)和微调电位器(Rwf1)，给定恒压调节工作点；光电耦合器(gd)的集电极接电阻(R6)，发射极接移相电容(C2)，移相电容(C2)与光电耦合器(gd)发射极接点还与单结晶体管(j1)的E极相接，单结晶体管(j1)的B1极接电阻(R9)，B2极接电阻(R7)，构成本装置的移相脉冲电路，光电耦合器(gd)导通，向移相电容(C2)充电，当移相电容(C2)充电到高值时单结晶体管(j1)导通，在电阻(R9)上产生移相脉冲；三极管(j2)基极与单结晶体管(j1)B1极相接，集电极与电阻(R8)相接，发射极接有脉冲变压器(b2)，构成本装置的脉冲放大电路，电阻(R9)上的移相脉冲经放大后在脉冲变压器(b2)的两个次级绕组上输出两个可控硅触发脉冲；测量同步电源变压器(b1)次级的另一绕组输出的交流电压，经整流桥(z12)整流，输出的直流电压分成两路，一路经电阻(R10)降压和稳压管(wy4)削波后分别为所述移相脉冲电路和脉冲放大电路提供工作电源，另一路则通过过压保护电路控制移相脉冲电路；所述过压保护电路包括串接的分压电阻(R1)和电位器(Rw)，集电极与移相电容(C2)和光电耦合器(gd)发射极接点相接的三极管(j3)，跨接在电位器(Rw)输出端和三极管(j3)基极间的稳压管(wy5)，接入三极管(j3)基极和发射极间的二极管(d6)和二极管(d7)；发电机正常运行三极管(j3)截止，发生过电压时三极管(j3)导通，移相电容(C2)通过三极管(j3)放电，使移相脉冲后移，通过调整电位器(Rw)，给定过电压值。

2.根据权利要求1所述的发电机励磁调节装置，其特征在于：在所述稳压管(wy1)和电阻(R5)之间设有手动开关(K1)。

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