CN203261285U - 电流反馈与可控励磁并联式励磁装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电流反馈与可控励磁并联式励磁装置，包括调节器和电流互感器，电流互感器的二次侧绕组与整流桥相连接，调节器的F1脚分别与可控硅的阴极和整流桥直流侧输出的正端相连接，调节器的G脚与可控硅的控制极相连接，调节器的N脚接整流桥直流侧输出的负端，调节器的V脚接可控硅的阳极。将本励磁装置用于发电机励磁时，在发电机输出端短路或端电压大幅下跌的情况下，能迅速补偿或增加励磁功率，为同步发电机及时提供短路电流维持能力，实现供电系统的选择性保护，保证电力系统的动态稳定，是一种具有较高强励能力并可满足短路电流维持能力要求的新型励磁装置。
Description
技术领域
本实用新型属于发电设备技术领域，涉及一种同步发电机的励磁装置，该励磁装置用于同步发电机励磁，具体是一种电流反馈与可控励磁并联式励磁装置。
背景技术
目前常用的同步发电机励磁方式及其装置主要有：他励装置、永磁或混合励磁装置、副励磁机励磁装置、三次谐波励磁装置、相复励励磁装置和静止可控励磁装置等。同步发电机励磁装置应具有符合要求的强行励磁能力，即在发电机输出端短路或端电压大幅下跌时，励磁装置能迅速补偿或增加励磁功率，实现供电系统的选择性保护，保证电力系统的动态稳定。但上述励磁装置不足之处在于：或者是没有自励功能；或者电机结构复杂、成本高且没有自动调压功能；或者降低了电机有效材料利用率；或者线路复杂，生产效率较低；或者强行励磁能力不足。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种较理想的用于同步发电机励磁的电流反馈与可控励磁并联式励磁装置，在发电机输出端短路或端电压大幅下跌时，能迅速补偿或增加励磁功率，为同步发电机及时提供短路电流维持能力，实现供电系统的选择性保护，保证电力系统的动态稳定。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种电流反馈与可控励磁并联式励磁装置，包括调节器和电流互感器，电流互感器的二次侧绕组与整流桥相连接，调节器的F1脚分别与可控硅的阴极和整流桥直流侧输出正端相连接，调节器的G脚与可控硅的控制极相连接，调节器的N脚接整流桥直流侧输出负端，调节器的V脚接可控硅的阳极；用于发电机励磁时，将发电机励磁绕组的一端分别与整流桥直流侧输出正端、可控硅的阴极和调节器的F1脚相连接，将发电机励磁绕组的另一端分别与调节器的N脚和发电机电枢绕组的星点N相连接，将可控硅的阳极和调节器的V脚分别接发电机电枢绕组的V相输出端，连接调节器的U脚和电机电枢绕组的U相输出端。
进一步完善本实用新型励磁装置：根据三相交流同步发电机三相交流输出的特点，电流互感器采用三相电流互感器，电流互感器二次侧的三相输出端分别与整流桥交流输入端相连接，用于发电机励磁时，将电流互感器一次侧的三相输入端分别与发电机电枢绕组的U相输出端、V相输出端和W相输出端相连接。
整流桥为三相整流桥。
调节器采用自动电压调节器。
本实用新型电流反馈与可控励磁并联式励磁装置在发电机外电路稳定短路状态下，提供足够的励磁电流，使同步发电机至少能维持3倍额定电流的短路电流，历时2秒。同时，对发电机突加大容量电感性负载或要求发电机直接启动大容量电动机等工况时，发电机的端电压降低在客户要求的范围内，并在给定时间段内迅速恢复。与目前采用的励磁方式及其装置相比，该励磁装置解决了他励装置不具备自励功能的不足；永磁或混合励磁方式永久磁铁价格昂贵且电机不能自动调压的不足；副励磁机励磁装置电机结构比较复杂，电机外形尺寸增加的缺陷；三次谐波励磁装置需在定子上专门埋设谐波副绕组，降低了电机有效材料利用率，影响气隙磁场波形的缺陷；弥补了相复励励磁装置励磁线路较为复杂，励磁装置较为笨重，生产效率较低的不足；静止可控励磁装置强行励磁能力较差的缺陷。
电流反馈与可控励磁并联式励磁装置与他励装置相比实现了自励功能；与永磁或混合励磁方式相比省去了昂贵的永久磁铁且具有自动调压功能；与副励磁机励磁装置相比简化了电机结构，缩短了电机轴向长度，省去了永磁副励磁机；与三次谐波励磁装置相比不需在定子上专门埋设谐波副绕组，提高了电机有效材料利用率，改善了气隙磁场；与相复励励磁装置相比省去了电抗移相环节，简化了励磁线路，提高了生产效率。与静止可控励磁装置相比大大提高了强行励磁能力并提供短路电流维持能力。该励磁装置是一种具有较高强励能力并可满足短路电流维持能力要求的新型励磁装置。
附图说明
图1是本实用新型并联式励磁装置的结构示意图。
图2是本实用新型并联式励磁装置的原理框图。
图中：1.可控硅，2.调节器，3.电流互感器，4.整流桥，5.发电机励磁绕组，6.发电机电枢绕组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种由电流互感器反馈电流与可控硅励磁输出电流在直流侧并联的励磁装置，简称“电流反馈与可控励磁并联式励磁装置”。 这种励磁装置主要适用于由交流同步发电机自身提供励磁功率和调节器工作电源的无刷（或有刷）同步发电机（以下简称自励发电机）。这种励磁装置在发电机输出端短路或端电压大幅下跌时，能迅速补偿或增加励磁功率，为发电机提供短路电流维持能力，实现供电系统的选择性保护，维持电力系统的动态稳定。该并联式励磁装置如图1所示，包括调节器2和电流互感器3，电流互感器3为三相电流互感器，电流互感器3一次侧的三相输入端分别与发电机电枢绕组6的三相输出端，即U相输出端、V相输出端和W相输出端相连接；电流互感器3三相的二次侧的三相输出端分别与整流桥4的交流侧三相输入端相连接，整流桥4为三相整流桥。调节器2采用自动电压调节器，调节器2的F1脚分别与可控硅1的阴极、整流桥4直流侧输出的正端和发电机励磁绕组5的正端（F1端）相连接；调节器2的G脚与可控硅1的控制极相连接；调节器2的N脚分别与发电机电枢绕组6的星点N、电机励磁绕组5的负端（F2端）以及整流桥4直流侧输出的负端相连接；调节器2的V脚分别与可控硅1的阳极和发电机电枢绕组的V相输出端相连接；调节器2的U脚接发电机电枢绕组6的U相输出端。
本实用新型励磁装置工作原理说明：
发电机空载启动到给定转速时，利用剩磁电压触发可控硅1导通，在励磁绕组两端建立励磁电压，此剩磁电压随发电机转速的提高逐步提高，从而使励磁电压和发电机端电压进一步提高，直到额定转速时，再由调节器2通过控制内置或外置的可控硅1的控制极G控制可控硅的导通时间，进而控制电机励磁电流的增加或减少，实现发电机端电压的建立、稳定和调节。此端电压（或与端电压同频率的抽头电压）即为调节器2的工作电源和测量信号。
若发电机没有负载电流，电流互感器3没有反馈，即电流互感器3二次侧三相输出端没有交流电流输出。当发电机带负载时，电流互感器3的二次绕组感应与负载电流成比例的三相电流，并通过整流桥4向发电机励磁绕组5提供部分励磁电流。此时，电流互感器3的二次侧交流电流经整流桥4整流后与调节器2控制的可控硅1回路电流在发电机励磁绕组5两端并联，提供发电机负载时所需的全部励磁电流。
当由于突加大容量电感性负载或直接启动大容量电动机等原因使发电机端电压大幅下降或者输出端短路时，调节器2控制的可控硅1回路将出现如下情况：一是端电压大幅下降使可控硅1建立的励磁电压大幅下降，从而使励磁电流大幅下降；二是输出端短路，U相输出端和V相输出端电压为零，使调节器2失去工作电源，可控回路关断，无励磁电流输出。但是伴随着突加大容量电感性负载或直接启动大容量电动机等原因引起的端电压大幅下降或输出端短路的情况，是发电机输出端电流大大增加，电流互感器3一次侧的电流相应大幅增加，使得电流互感器3二次侧反馈的三相交流电流也大大增加，该反馈的三相交流电流经整流桥4整流后的直流励磁电流也相应大大增加，只要电流互感器3设计得当，增加部分即可补偿甚至增加因端电压下降或输出端短路引起的调节器2控制的可控硅1回路励磁电流降低，从而补偿甚至增加了励磁功率，使端电压降低在给定的范围内并在给定的时间段内快速恢复，保证电力系统动态稳定性或提供足够的短路电流维持能力。本励磁装置采用电流反馈与可控励磁并联方式，能实现稳定短路状态下，同步发电机至少能维持3倍额定电流的短路电流，历时2秒。同时，能达到对发电机突加大容量电感性负载或要求发电机直接启动大容量电动机等工况时，发电机的端电压降低在给定范围内，并在给定时间段内迅速恢复的目的，大大提高了电机的电气使用性能。
从以上的介绍可以看出，电流反馈与可控励磁并联式励磁装置完全满足给定的电压调节范围和时间以及短路电流维持能力要求，此方案已经我们试验验证，证明完全可行。
电流反馈与可控励磁并联式励磁装置与现有同步发电机励磁装置均有较大区别，如他励装置，永磁或混合励磁，副励磁机励磁，三次谐波励磁，相复励励磁装置等。分别比较如下：
本励磁装置的励磁源来自电机本身，无须要求外部提供电源，与他励装置的励磁源和工作电源来自独立的外电源显然不同。
永磁或混合励磁方式依靠永久磁铁建立电机工作磁场，在机端短路时利用磁钢保持励磁磁场，提供短路电流维持能力，与本励磁装置的励磁原理不同。
副励磁机励磁装置主要由发电机主轴驱动的励磁发电机和电压控制装置等部件组成。此励磁发电机的励磁源或是依靠永久磁铁建立的磁场，或是依靠主发电机转子的漏磁场。其输出作为主发电机的励磁源和调节器的工作电源。因此，在主发电机定子机端短路时副励磁机励磁装置依然可以向主机提供励磁功率，保证短路电流维持能力。但与本励磁装置的励磁原理不同。
三次谐波励磁装置主要由埋设在定子上的三次谐波副绕组，电压控制装置及整流装置等部件组成。此谐波副绕组利用气隙磁场中的三次谐波磁场感生谐波电压，向电机输出励磁功率。而本电机的励磁功率取自电机输出端，两种励磁装置原理完全不同。
相复励励磁装置主要由电抗器、电流互感器、电压控制装置及整流装置等部件组成。在空载时由电机剩磁电压经电抗器移相后通过整流桥向电机提供直流励磁功率，建立电压。在负载时由电抗器移相电流与电流互感器反馈电流在交流侧相位矢量合成后通过整流桥向电机提供直流励磁功率，保证发电机电压稳定。在发电机机端短路时由电流互感器反馈电流保证短路电流维持能力。而不论是可自动控制的电压调节器或不可自动控制的调压电阻都通过与励磁绕组并联分流的方式控制电压。在本励磁装置中一方面通过调节器控制的可控元件来控制励磁电流的大小，进而控制电机端电压的稳定性。没有电抗器的移相环节和调压装置与励磁绕组的并联分流方式。另一方面可控元件输出与电流反馈在直流侧并联合成，没有交流侧相位矢量合成的环节。因此，两种励磁装置不同。
另外需要补充说明的是，一般采用静止可控励磁装置的自励发电机，因为没有励磁补偿装置，如前文原理介绍时所述，不具备短路电流维持能力。与本励磁装置也不相同。
综上所述，电流反馈与可控励磁并联式励磁装置是一种具有较高强励能力并可满足短路电流维持能力要求的新型励磁装置。
Claims (4)
1. 一种电流反馈与可控励磁并联式励磁装置，其特征在于，包括调节器（2）和电流互感器（3），电流互感器（3）的二次侧绕组与整流桥（4）相连接，调节器（2）的F1脚分别与可控硅（1）的阴极和整流桥（4）直流侧输出正端相连接，调节器（2）的G脚与可控硅（1）的控制极相连接，调节器（2）的N脚接整流桥（4）直流侧输出负端，调节器（2）的V脚接可控硅（1）的阳极；用于发电机励磁时，将发电机励磁绕组的一端分别与整流桥（4）直流侧输出正端、可控硅（1）的阴极和调节器（2）的F1脚相连接，将发电机励磁绕组的另一端分别与调节器（2）的N脚和发电机电枢绕组（6）的星点N相连接，将可控硅（1）的阳极和调节器（2）的V脚分别接发电机电枢绕组（6）的V相输出端，连接调节器（2）的U脚和电机电枢绕组（6）的U相输出端。
2. 如权利要求1所述的电流反馈与可控励磁并联式励磁装置，其特征在于，所述的电流互感器（3）为三相电流互感器，电流互感器（3）二次侧的三相输出端分别与整流桥（4）的交流输入端相连接，用于发电机励磁时，将电流互感器（3）一次侧的三相输入端分别与发电机电枢绕组（6）、U相输出端、V相输出端和W相输出端相连接。
3. 如权利要求1或2所述的电流反馈与可控励磁并联式励磁装置，其特征在于，所述的整流桥（4）为三相整流桥。
4. 如权利要求1所述的电流反馈与可控励磁并联式励磁装置，其特征在于，所述的调节器（2）采用自动电压调节器。
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