同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁知識(shí)簡介.doc

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培訓(xùn)手冊 中鼎電氣 同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置 培 訓(xùn) 手 冊 重慶中鼎電氣有限公司 一、基本知識(shí) 1.1 同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式 同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式主要有異步起動(dòng)和變頻起動(dòng)。變頻起 動(dòng)需一套專用調(diào)頻電源，技術(shù)復(fù)雜且設(shè)備成本高，主要用于負(fù) 載及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都很大的大容量高速同步電動(dòng)機(jī)，國內(nèi)鋼廠有幾 套進(jìn)口變頻起動(dòng)裝置，其它行業(yè)一般不使用。異步起動(dòng)是同步 電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方式，視供用電系統(tǒng)容量采用全壓起動(dòng)或降壓起動(dòng)，降壓起動(dòng)分為電抗器降壓和自耦變壓器降壓。 圖 1-1 電抗器降壓起動(dòng) 圖 1-2 自耦變壓器降壓起動(dòng) 1.1.1 電抗器降壓起動(dòng) 圖 1-1 為采用電抗器降壓起動(dòng)主接線及投全壓開關(guān)合閘 控制回路示意圖。電抗器降壓時(shí)施加于電機(jī)端電壓電流降低的 同時(shí)起動(dòng)力矩相應(yīng)降低較大，適用于系統(tǒng)容量小不允許直接全 壓起動(dòng)且對(duì)起動(dòng)力矩要求不高的機(jī)組，如供電系統(tǒng)容量小但又 要求起動(dòng)力矩大的場合，需采用自耦變壓器降壓起動(dòng)。電抗器降壓起動(dòng)時(shí)，合 1DL，機(jī)組轉(zhuǎn)速加速至投全壓滑差時(shí)（約0.9Ne），勵(lì)磁裝置投全壓繼電器 JQY 動(dòng)作，控制 2DL 合閘，將 母線電壓直接施加于電機(jī)定子。 1.1.2 自耦變壓器降壓起動(dòng) 圖 1-2 示自耦變壓器降壓起動(dòng)主接線及控制回路，兩者都 較電抗器降壓起動(dòng)復(fù)雜。勵(lì)磁裝置投全壓繼電器 JQY 需控制 2DL 跳閘及 3DL 合閘，操作順序?yàn)?1DL 合閘---2DL 合閘---JQY 動(dòng)作跳 2DL，合 3DL。 不論全壓起動(dòng)還是降壓起動(dòng)，機(jī)組起動(dòng)時(shí)間長短與起動(dòng)時(shí) 機(jī)端電壓及負(fù)載等有關(guān)，從勵(lì)磁裝置讀寫控制器上讀出的機(jī)組 各次起動(dòng)時(shí)間有些差異屬正常。 1.2 同步電動(dòng)機(jī)無功調(diào)節(jié)特性 同步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)需從電網(wǎng)吸收有功，吸收有功功率 大小取決于所帶負(fù)載及電機(jī)本身有功損耗。同步電動(dòng)機(jī)無功決 定于勵(lì)磁裝置輸出勵(lì)磁電流，過勵(lì)（超前）運(yùn)行時(shí)，同步電動(dòng) 機(jī)向電網(wǎng)發(fā)無功；欠勵(lì)（滯后）運(yùn)行時(shí)，從電網(wǎng)吸收無功；正 常勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，既不發(fā)無功，又不吸收無功，對(duì)應(yīng)功率因數(shù) COSΦ＝1。同步電動(dòng)機(jī) V 形曲線是指電機(jī)定子電流 I 和勵(lì)磁電流 If 的關(guān)系曲線，見圖 1-3。 同步電動(dòng)機(jī) V 形曲線圖表 明，功率因數(shù)為 1 運(yùn)行時(shí)，定子 電流最小，在此基礎(chǔ)上增/減磁， 定子電流都將增加，增磁時(shí)功率 因數(shù)超前運(yùn)行，減磁時(shí)功率因數(shù) 滯后運(yùn)行。利用同步電動(dòng)機(jī) V 形 曲線這一特點(diǎn)，在 勵(lì)磁裝置投閉環(huán)之前，可以檢查接入勵(lì)磁裝置用于測取功率因 數(shù)的 PT 及 CT 外部接線是否正確。 圖 1-3 同步電動(dòng)機(jī) V 形曲線 利用同步電動(dòng)機(jī)的無功調(diào)節(jié)特性，工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行時(shí)， 同步電動(dòng)機(jī)工作在超前狀態(tài)，可以就地補(bǔ)償異步電機(jī)所需無 功。 1.3 同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性 同步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由從電網(wǎng)吸收的電磁功率 Pem 與 負(fù)載功率 Pf 維持動(dòng)態(tài)平衡，電網(wǎng)電壓及負(fù)載在正常波動(dòng)范圍 內(nèi)時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)都不會(huì)滑出同步而失步，這由其功角特性決 定，如圖 1-4 所示。 圖1-4 功角特性曲線 功角特性： 負(fù)載突增而電壓不變時(shí)，負(fù)載功率P 往上移，如無閉環(huán)調(diào)節(jié)，電磁功率曲線Pem 不變，運(yùn)行功角δ增大，δ≥90°時(shí)，電機(jī)將失去同步；有閉環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)，曲線Pem 同時(shí)上移，運(yùn)行功角δ保持相對(duì)恒定，電機(jī)穩(wěn)定性增加。 電壓突降而負(fù)載不變時(shí)，如無閉環(huán)調(diào)節(jié)，因勵(lì)磁裝置 380V 勵(lì)磁電源（取自電機(jī)同段母線）同時(shí)下降，勵(lì)磁電勢 E 近似與 電壓成正比下降，故電磁功率曲線 Pem 近似與機(jī)端電壓 Ud 平 方成正比下降，運(yùn)行功角δ增大,電機(jī)穩(wěn)定裕度大大減小；如 采用閉環(huán)調(diào)節(jié)，Ud 下降 的同時(shí)勵(lì)磁電勢 E 加大，Pem 基本不 變，電機(jī)穩(wěn)定性增加。 1. 4 同步電動(dòng)機(jī)的失步危害及措施 同步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率嚴(yán)格對(duì)應(yīng)（n＝60f/p），轉(zhuǎn)子磁場和定子旋轉(zhuǎn)磁場嚴(yán)格同步，這種嚴(yán)格的對(duì) 應(yīng)和同步關(guān)系是以轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)矩平衡為基礎(chǔ)的。來自電網(wǎng)、負(fù)載 等多種擾動(dòng)一旦破壞轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系，依靠電機(jī)的一定調(diào)節(jié)能 力，以功角δ相應(yīng)變化自動(dòng)地調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩大小，以抵消各種 擾動(dòng)引起的不平衡，使轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩關(guān)系處于動(dòng)態(tài)平衡。電機(jī) 的這種調(diào)節(jié)能力有一定限度，當(dāng)擾動(dòng)超過一定限度時(shí)，就會(huì)導(dǎo) 致電機(jī)失步。 按失步原因及性質(zhì)不同，可分為三種類型：即帶勵(lì)失步、 失磁失步和斷電失步。帶勵(lì)失步一般由相鄰出線端頭短路故障、、附近大型機(jī)組起動(dòng)或自起動(dòng)引起母線電壓較長時(shí)間較大幅度的降低，電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的大幅度增加以及起動(dòng)過程中勵(lì)磁系統(tǒng)過早投勵(lì)等原因所引起。帶勵(lì)失步對(duì)電動(dòng)機(jī)所造成的危害 主要是脈振轉(zhuǎn)矩較長時(shí)間的反復(fù)作用，使電動(dòng)機(jī)在繞組的端部 和端部綁線、轉(zhuǎn)子線圈的接頭處、電動(dòng)機(jī)軸和聯(lián)軸器等部位承 受正負(fù)交變的扭矩，影響機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命，甚至造成設(shè)備 的損壞。由于振蕩轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)差頻率脈振，電動(dòng)機(jī)的電流、電壓、 功率等物理量會(huì)強(qiáng)烈振蕩，在一定條件下可能引起電氣和機(jī)械 共振，導(dǎo)致事故擴(kuò)大。 失磁失步因轉(zhuǎn)子繞組匝間短路，勵(lì)磁電源短暫中斷、勵(lì)磁 系統(tǒng)設(shè)備故障等引起。同步電動(dòng)機(jī)失磁異步運(yùn)行時(shí)，由于定子 過電流不大，約 1.2 倍額定電流，電動(dòng)機(jī)出力不減，運(yùn)行無異 常聲音和振動(dòng)，不易被值班人員發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致長時(shí)間失磁運(yùn)行， 引起轉(zhuǎn)子繞組尤其是阻尼繞組的過熱、開焊、甚至燒毀。 斷電失步是由于供電系統(tǒng)故障及人為切換電源引起，如輸 電線路的自動(dòng)重合閘動(dòng)作、備用電源自動(dòng)投入等；由于電源中 斷后重新投入的瞬間，電網(wǎng)電壓矢量與機(jī)端感應(yīng)電壓矢量的相 位關(guān)系存在隨機(jī)性，兩矢量相位差在 180°時(shí)對(duì)電機(jī)沖擊最大。 斷電失步對(duì)電機(jī)主要危害在于電源重新恢復(fù)瞬間使電機(jī)遭受 巨大的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。 電機(jī)出現(xiàn)失步后，轉(zhuǎn)子回路的物理量能反映出來，因此勵(lì) 磁裝置應(yīng)設(shè)有完備的失步檢測環(huán)節(jié)，一旦檢測出失步應(yīng)根據(jù)情 況分類處理，因電機(jī)本身故障引起的失步應(yīng)跳閘停機(jī)，對(duì)非電 機(jī)本身引起的失步，如外部條件許可，則應(yīng)實(shí)施自動(dòng)再整步。 同步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)再整步即在檢測到失步后熄滅轉(zhuǎn)子磁場，將電 機(jī)暫時(shí)轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行，在適當(dāng)滑差時(shí)重新投入勵(lì)磁將電機(jī)牽入 同步運(yùn)行。 1.5 三相橋式全控整流電路 1.5.1三相橋式全控整流電路 在三相橋式全控整流電路中，對(duì)共陰極組和共陽級(jí)組是同時(shí)進(jìn)行控制的，控制角都是α。 下面將結(jié)合圖 1-5 電路，分析 三相橋式全控整 流電路工作的物 理過程。 圖1-5三相全控橋式整流電路 在 習(xí) 慣 上 希 望三相全控橋的 六個(gè)晶閘管觸發(fā) 的順序是 1－2－3－4－5－6，晶閘管是這樣編號(hào)的： 圖 T1 和 T4 接 a相，T3 和 T6 接b 相，T5 和 T2 接 c 相。T1、T3、T5 組成共陰極組，T2、T4、T6 組成共陽極組，如圖 1-5所示。為了搞清楚α變化時(shí)各晶閘管的導(dǎo)通規(guī)律，分析輸出波形的 變化規(guī)則，下面研究幾個(gè)特殊控制角，先分析 α＝0°的情況，也就是在自然換相點(diǎn)觸發(fā)換相時(shí)的情況。圖 1-6是波形，為了分析方便起見，把一個(gè)周期等分 6 段。在第（1）段期間，a 相電位 最高，因而共陰極組的 T1 被觸發(fā)導(dǎo)通，b 相電位最低，所以共陽極組的 T6 被觸發(fā)導(dǎo)通。這是電 圖 1-6 感性負(fù)載，α＝0°時(shí)波形圖 流由 a 相經(jīng) T1 流向負(fù)載，再經(jīng)Tb 流入 b 相。變壓器 a、b 兩相工作，共陰極組的 a 相電流為正，共陽極組的 b 相電流為負(fù)。加在負(fù)載上的整流電壓為：Ud=Ua-Ub=Uab。經(jīng)過 60°后進(jìn)入第（2）段時(shí)期。這時(shí) a 相電位仍然最高，T1 繼續(xù)導(dǎo)通，但是 c 相電位卻變成最低，當(dāng)經(jīng)過自然換相點(diǎn)時(shí)觸發(fā) c 相 T2，電流即從 b 相 換到c 相， T6 承受反向電壓而關(guān)斷。這時(shí)電流由 a 相出經(jīng) T1、負(fù)載、T2 流回電源 c 相。變壓器 a、c 兩相工作。這時(shí) a 相電流為正，c 相電流為負(fù)。在負(fù)載上的電 壓為: Ud＝Ua－Uc＝Uac。再經(jīng)過 60°，進(jìn)入第（3）段時(shí)期。這時(shí) b 相電位最高，共陰極組在經(jīng)過自然換相點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通 T3，電流即從 a 相換到 b 相，c 相 T2 因電位仍然最低而繼續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)變壓器 b、c兩相工作，在負(fù)載上的電壓為：Ud=Ub-Uc=Ubc。 余依次類推。在第（4）段時(shí)期內(nèi)，T3、T4 導(dǎo)通，變壓器 b、a 兩相工作。在第（5）段時(shí)期內(nèi)，T4、T5 導(dǎo)通，變壓器 c、a 兩相工作。在第（6）段時(shí)期內(nèi)，T5、T6 導(dǎo)通，變壓器 c、b 兩 相工作，再下去又重復(fù)上述過程?？傊?，三相橋式全控整流電路中，晶閘管導(dǎo)通的順序是： 6－1→1－2→2－3→3－4→4－5→5－6 由上述三相橋式全控整流電路的工作過程可以看出： (1)三相橋式全控整流電路在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘 管導(dǎo)通，而且這兩個(gè)晶閘管一個(gè)是共陰極組的，另一個(gè)是共陽極組的，只有它們能同時(shí)導(dǎo)通，才能形成導(dǎo)電回路。 (2)三相橋式全控整流電路對(duì)于共陰極組觸發(fā)脈沖的要求是保證 T1、T3 和 T5 依次導(dǎo)通，因此它們的觸發(fā)脈沖之間的相位差應(yīng)為 120°對(duì)于共陽極組觸發(fā)脈沖的要求是保證 T2、T4 和 T6依次導(dǎo)通，因此它們的觸發(fā)脈沖之間的相位差也是 120°。在電感負(fù)載情況下，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通 120°。 (3)由于共陰極的晶閘管在正半周觸發(fā)，共陽極組在負(fù)半周觸發(fā)，因此接在同一相的兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)該相差 180°。例如接在 a 相的 T1 和 T4，接在 b 相的 T3 和 T6，接 c相的 T5 和 T2，它們之間觸發(fā)脈沖的相位差都是 180°。 (4)三相橋式全控整流電路每隔 60°有一個(gè)晶閘管要換流，由上一 號(hào)晶閘管換流到下一號(hào)晶閘管。例如由 T1、T2換流到T2、T3。因此每隔 60°要觸發(fā)一個(gè)晶閘管，觸發(fā)脈沖的順序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。相鄰兩脈沖的相位差是 60°，如圖 1-3 所示。 (5)為了保證在整流器合閘后，共陰極組和共陽極組應(yīng)各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)電，或者由于電流斷續(xù)后能再次導(dǎo)通，必須對(duì)兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對(duì)晶閘管同時(shí)有觸發(fā)脈 沖。為了達(dá)到這個(gè)目 的，可以采取兩種辦 法；一種是使每個(gè)觸 發(fā)脈沖的寬度大于60°（必須小于 120°），一般取 80°～100°,稱為寬脈沖觸發(fā)。另一種是在觸發(fā)某一號(hào)晶閘管時(shí)，同時(shí)給前一號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖，相 當(dāng)于用兩個(gè)窄脈沖等效地代替大于60°的寬脈沖。這種方法稱 雙脈沖觸發(fā)。這兩種觸發(fā)方式均示于圖 1-7 中。例如當(dāng)要求T1 導(dǎo)通時(shí)，除了給 T1 發(fā)出觸發(fā)脈沖外，還要同時(shí)給 T6 發(fā)一個(gè)觸 發(fā)脈沖。欲觸發(fā) T2 時(shí)，必須給 T1 同時(shí)發(fā)出一 圖 1-7 觸發(fā)脈沖 個(gè)脈沖等。因此 用雙脈沖觸發(fā)，在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)每個(gè)晶閘管須要連續(xù)觸發(fā)兩 次，兩次脈沖中間間隔為 60°。雙脈沖觸發(fā)的電路，因?yàn)橛?補(bǔ)入和輸出的要求，比較復(fù)雜，但它可以減小觸發(fā)裝置的輸出功率，減小脈沖變壓器的鐵芯體積。用寬脈沖觸發(fā)，雖然脈沖數(shù)目減少一半，為了不使脈沖變壓器飽和，其鐵芯體積要做得大些，繞組匝數(shù)多些，因而漏感增大，導(dǎo)致脈沖的前沿不夠陡（這對(duì)晶閘管多串多并時(shí)是很不利的），增加去磁繞組可以改善這一情況，但又使裝置復(fù)雜化。所以通常多采用雙脈沖觸發(fā)控制。 (6)整流輸出的電壓，也就是負(fù)載上的電壓。它屬于變壓 器二次的線電壓。圖 1-7a 中的電壓波形都是相對(duì)于變壓器零 點(diǎn)而言的相電壓波形。三相全控橋計(jì)算控制角α的起點(diǎn)仍然是 相電壓的交點(diǎn)。整流輸出的電壓應(yīng)該是兩相電壓相減后的波形，實(shí)際上都屬于線電壓，波頭 uab、uac、ubc、uba、uca 和 ucb 均 為線電壓的一部份，是上述線電壓的包絡(luò)線。相電壓的交點(diǎn)與 線電壓的交點(diǎn)在同一角度位置上，故線電壓的交點(diǎn)同樣是自然 換相點(diǎn)，同時(shí)亦可看出，三相橋式全控整流電壓在一個(gè)周期內(nèi) 脈動(dòng)六次，脈動(dòng)頻率為 6×50Hz=300Hz。 (7)晶閘管所承受的電壓波形示于圖形 1-6d。三相橋式整 流電路在任何瞬間僅有兩臂的元件導(dǎo)通，其余四臂的元件均承 受變化著的反向電壓。例如在第（1）段時(shí)期，T1 和 T6 導(dǎo)通，此時(shí) T3 和 T4 承受反向線電壓 Uba＝Ub－Ua。T2 承反向線電壓 Ubc＝Ub－Uc。T5 承受反向電壓 Uca＝Uc－Ua。如果僅看一個(gè)晶閘管上的電壓波形，例如 T1，則在第（1）段和第（2）段 期間，T1 導(dǎo)通，僅有很小的正向壓降。在第（3）段和第（4）段期間，由于 T3 導(dǎo)通，故 T1承受反向線電壓 Uab＝Ua－Ub。 在第（5）和第（6）段期間，由于T5導(dǎo)通，T1承受反向線電壓 Uac＝Ua－Uc。只要負(fù)載電流波形是連續(xù)的情況下，晶閘管上的電壓波形總是由上述三部分組成。例如對(duì) T1來說，即導(dǎo)通段，波形與坐 標(biāo)軸重合，還有線電壓 Uab 段和線電壓 Uac 段共三段組成。當(dāng)改變時(shí)，它也有規(guī)律的變化；當(dāng)α＝0 是，晶閘管不承受正向電壓。當(dāng)α變化時(shí)，其承受的正向電壓與 sinα成比例。熟識(shí)這些波形對(duì)調(diào)試設(shè)備很有幫助。其他五個(gè)晶閘管上的電壓波形與 T1相同，不過相位依次序逐個(gè)都要差 60°。由圖 1-6d 可以看出，晶閘管所受的反向最大電壓即為線電壓的峰值。當(dāng)α從零增大的過程中，同樣可分析出晶閘管承受的最大正向電壓也是線電壓的峰值。至于電阻性負(fù)載，當(dāng)α＞60°時(shí)，電流進(jìn)入斷續(xù)區(qū)。故α=60°時(shí)晶閘管承受最大的正向電壓為： 2U2l sinα＝2U2l sin60°＝1.22U2l 當(dāng)控制角α＞0 時(shí)，每個(gè)晶閘管都不在自然換相點(diǎn)換相， 而是從自然換相點(diǎn)向后移一個(gè)α角開始換相。圖 1-8 所示為電感負(fù)載α=30°時(shí)的電壓波形。分析的方法與α=0時(shí)相同?？蓮摩两情_始把一個(gè)周期六等分。在第（1）段時(shí)期，T1 和 T6 導(dǎo)通，其間雖經(jīng)過共陽極組的自然換相點(diǎn)，c 相電壓開始低于 b 相電壓，T2 開始承受正向電 壓，但因未被觸發(fā)所以不能 導(dǎo)通。由 T6 繼續(xù)導(dǎo)電。這就是和不可控整流電路工作情況根本差別之處。直到距上次觸發(fā) T1（ωt1）60°時(shí) 觸發(fā) T2，才迫使 T6 關(guān)斷，負(fù)載電流從 T6 轉(zhuǎn)移到T2上，進(jìn)入第（2）段時(shí)期。此時(shí)導(dǎo)電元件為 T1 和 T2，負(fù)載上的電壓由原來第（1）段時(shí)期的 Uab 轉(zhuǎn)為 Uac，余類推。得到一個(gè)周期脈動(dòng)六次的輸出電壓分別為Uab、Uac、Ubc、Uba、Uca 和 Ucb 等，它們都屬于線電壓，各段都取其中的某一部分。作出線電壓的整個(gè)波形，仍可見到線電壓的交點(diǎn)與相電壓的交點(diǎn)在同一位置，因而控制角α從線電壓算起是無須懷疑的。圖 1-8 表示電感性負(fù)載，α=60°時(shí)的電壓波形。 電路原先是 T5 和 T6 工作， 在ωt1(相當(dāng)于α)時(shí)觸發(fā) T1，它因此刻承受正向電壓而導(dǎo)通，并將 T5 關(guān)斷，負(fù)載電流便從T5 轉(zhuǎn)移到 T1，此時(shí)導(dǎo)電元件為 T1 和 T6，輸出電壓為 Uab。過 60°后 Ua 與 Ub 相等，Uab=0，輸出電壓到達(dá)零點(diǎn)，但此時(shí)又立 即觸發(fā) T2，它承受正向電壓而導(dǎo)通，并關(guān)斷 T6，負(fù)載電流從T6 轉(zhuǎn)移到 T2，此時(shí)導(dǎo)電元件為 T1 和 T2，輸出電壓為 Uac。依此 類推。圖中也畫出晶閘管 T1 上的電壓波形。它由三段組成：一段是線電壓 Uac，一段是導(dǎo)通期，與橫坐標(biāo)重合，另一段則是線電壓 Uab。當(dāng)α>60°時(shí)，當(dāng)線電壓瞬時(shí)值為零并轉(zhuǎn)負(fù)值時(shí)，由于電感的作用，導(dǎo)通著的晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通， 圖 1-8 感性負(fù)載，α=30°波形 整流輸出出現(xiàn)了負(fù)的電壓波形，從而使整流電壓的平均值降低。圖形 1-10 所示為 電感性負(fù)載，α=90°時(shí)的電壓波形。對(duì)應(yīng)于ωt1（α=90°） 時(shí)觸發(fā)晶閘管 T1，在觸發(fā)前，假設(shè)電路已在工作，即T5和T6已導(dǎo)通。至ωt1 時(shí)觸發(fā) T1 后，導(dǎo)電元件為 T1 和 T6，輸出電壓為Uab。當(dāng)線電壓 Uab 由零變負(fù)時(shí)，由于大電感存在，T1 和 T6 繼續(xù)導(dǎo)通，輸出電壓仍是 Uab， 此時(shí)出現(xiàn)負(fù)值，直到ωt2 進(jìn)觸發(fā) T2，才迫使 T6 承受反向電壓而關(guān)斷，此時(shí)導(dǎo)電元件為 T1 和 T2，輸出電壓為 Uac。依此類推，周而復(fù)始繼續(xù)下去，得到圖 1-10 的輸出電壓波形。T1 兩端的電壓波形亦表示在圖 1-10上。 圖 1-9感性負(fù)載，α=60°波形 圖 1-10感性負(fù)載，α=90°波形 可以看出，當(dāng)電流連續(xù)的情況下，α=90°時(shí)輸出電壓的波形面積正負(fù)兩部分相等，電壓的平均為零。電感性負(fù)載。其負(fù)載電流的波形是一條水平線。設(shè)其幅值為 Id，由于晶閘管每周期導(dǎo)電 120°，電流波形為長方波， 流過晶閘管的電流有效值為: 它的值與α的大小無關(guān)。 至于電阻性負(fù)載，當(dāng)α≤60°時(shí)，由于輸出電壓波形連續(xù)，因此電流波形亦連續(xù)。在一周期中，每個(gè)晶閘管導(dǎo)電 120°。負(fù)載電流 id ＝Ud/R ，整流電壓波形與電感性負(fù)載時(shí)相同。 當(dāng)α>60°時(shí)，由于線電壓過零變負(fù)時(shí)，晶閘管即阻斷，輸出 電壓為零，電流波形轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)，不像電感性負(fù)載那樣出現(xiàn)負(fù)壓。圖 1-7表示電阻負(fù)載，α=90°時(shí)的電壓波形?？梢钥闯?，在ωt1（α=90°）時(shí)，同時(shí)觸發(fā)晶閘管 T1 和T6，因此時(shí) a 相電壓大于 b 相電壓，故 T1 和 T6 都能導(dǎo)通，輸出電壓為 Uab。至共陰極自然換相點(diǎn)時(shí)，Ua=Ub，線電壓 Uab=0，之后 a 相電壓將低于 b 相電壓，T1 和 T6 都因承受反向電壓而關(guān) 斷。此時(shí)輸出電壓和電流都為零，電流出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象。至ωt2 時(shí)刻觸發(fā) T1 和 T2，同理它們導(dǎo)通，輸出電壓為 Uac。當(dāng) Uac 由 零變負(fù)，T1 和 T2 又都承受反向電壓而關(guān)斷。如此類推，周而復(fù)始得到一系列斷續(xù)的電壓波形。 可以看出，當(dāng)α>60°，輸出電壓和電流波形不連 續(xù)，一周期中每個(gè)晶閘管 分兩次導(dǎo)電，導(dǎo)電 2 ×（120°－α）。 當(dāng)α=120°時(shí)，輸出電壓為零，可見電阻負(fù)載 時(shí)， 最大移相范圍是120°。1.2 三相橋式全控整流 電路整流電壓與控制角的關(guān)系三相橋式全控整流電路在具體分析中例如電感性負(fù)載或者電阻性負(fù)載，圖 1-11純阻負(fù)載，α=90°波形不論α為何值，負(fù)載上的輸出電壓都是兩相之間的線電壓的某一部分。實(shí)質(zhì)上就是三相線電壓的整流。它相當(dāng)于以線電壓為 幅值一周期有 6 個(gè)脈波的六相半波整流 圖 1-11純阻負(fù)載 電路。因此，亦可直接從線電壓入手計(jì)算其平均值。為了簡化計(jì)算，由于輸出電壓的波形每隔60°就重復(fù)一次，所以計(jì)算直流輸出電壓的平均值不必計(jì)算整個(gè)周期，在 60°范圍內(nèi)取其平均值即可。在三相星形接法的電路中，線電壓較其相應(yīng)的相電壓超前 30°，而幅值是相電壓 的3倍。例如 Uab=Ua－Ub= Ua<30°。在上述繪制電壓波形的所有計(jì)算中，都是以 a 相的相電壓 為零時(shí)作為坐標(biāo)的原點(diǎn)進(jìn)行繪制的。因此相電壓 Ua 的表達(dá)式為 2 U2sinωt 。自然換相點(diǎn)在ωt = 30°處。為了簡化計(jì)算，今把線電壓 Uab 的零點(diǎn)作為新坐標(biāo)的原點(diǎn)，即比原來的坐標(biāo)提前30°。因而在新坐標(biāo)上，自然換相點(diǎn)的位置在ωtˊ=60°＝л/ 3 處?？刂平铅寥詰?yīng)從自然換相點(diǎn)算起。下面整流電壓的計(jì)算，都立足于這個(gè)條件而定出積分的上下限的。在圖1-7 中已表示出相電壓 Ua 與線電壓 Uab 的關(guān)系，Uab 的零點(diǎn)導(dǎo)前 Ua 的零點(diǎn) 30°。 (一)電阻性負(fù)載 作出以線電壓 Uab 的零點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的線電壓波形。其自 然換相點(diǎn)在 60°處，它是線電壓 Ucb 與 Uab 的交點(diǎn)，如圖 1-12所示?？梢钥闯觯?dāng)α≤60°時(shí)電流連續(xù)。α>60°時(shí)，電流 要斷續(xù)，因此求輸出平均電壓就要分兩種情況。 1． 當(dāng) 0≤α≤л/ 3時(shí) 整流電壓的平均值可以根據(jù)圖 1-12求出，線電壓 Uab 的表達(dá)式為 3× 2 U2sinωt ，在л/ 3 范圍內(nèi)積分的上下限分別為2л/ 3 +α 和л/ 3 +α。因此當(dāng)控制角為α?xí)r，整流電壓的平均值為 如用線電壓有效值 U2l 表示，則 2．當(dāng)л/ 3<α<2л/ 3時(shí) 整流電壓的波形如圖 1-12所示。當(dāng)α>л/ 3時(shí)，輸直流電壓平均值為 圖 1-12α≤60°計(jì)算整流電壓的波形 圖 1-13α>60°計(jì)算整流電壓的波形 上式中，積分上限原為 2л/ 3 +α，現(xiàn)因α>л/ 3，因此只能積到л。當(dāng)α=2л/ 3 時(shí)，Ud=0；所以由公式推導(dǎo)可以看出， 電阻性負(fù)載的最大移相范圍是 2л/ 3。 (二)電感性負(fù)載對(duì)于電感性負(fù)載，由于電流是連續(xù)的，晶閘管的導(dǎo)通角總是 2л/ 3，即使α>л/ 3 ，上式積分的上限可以超過π ， 仍為 2л/ 3 +α 。因此當(dāng)控制角為α?xí)r，整流輸出的直流電壓平均值為 如用線電壓有效值 U2l 表示，則 Ud 與控制角α的關(guān)系如圖形 1-14中曲線所示。這種電 路在大電感負(fù)載工作于整流狀態(tài)下，要求最大移相范圍為90°。 在三相橋式全控整流電路中，共陰極組晶閘管與共陽極組晶閘管共用一套變壓器的二次繞組。共陰級(jí)組在正半周導(dǎo)通，在電感性負(fù)載下導(dǎo)通120°。共陽極組在負(fù)半周導(dǎo)通，導(dǎo)電時(shí)間也是 120°。接在同一相上的兩個(gè)晶 閘管的電流在相位上差 180°， 大小相等，方向相反。設(shè)負(fù)載電流 的平均值為 Id，則變壓器二次繞組 圖形 1-14 整流電壓與α的關(guān)系 中每相電流的有效值 I2（設(shè)變壓器二次為星形接法）為 由于變壓器二次繞組的電流沒有直流分量，所以一次繞 組中的電流波形與二次繞組中的電流波形一樣。根據(jù)變壓器一、二次安匝相等的原則，可以求出一次繞組的電流 I1。 二、晶閘管智能模塊 晶閘管智能模塊的誕生，是電力調(diào)控技術(shù)的一場革命，它使傳統(tǒng)電力調(diào)控領(lǐng)域的諸多難點(diǎn)，如電路復(fù)雜、體積龐大、調(diào)試?yán)щy、安裝不便、難以使用等各種技術(shù)障礙，被一并逾越。從而使從們對(duì)電力控制達(dá)到了隨心所欲的完美境界。 2．1產(chǎn)品用途 該模塊完整的三相電力移相調(diào)控系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于交直流電機(jī)的調(diào)速、工業(yè)電氣自動(dòng)化、固體開關(guān)、調(diào)溫、調(diào)光、電鍍、穩(wěn)壓、機(jī)電一體化、軍工通訊等領(lǐng)域。 2．2產(chǎn)品特點(diǎn) 功率晶閘管與觸發(fā)控制系統(tǒng)集成為一體，可實(shí)現(xiàn)兔調(diào)試、免維護(hù)，給用戶帶來極大方便。 移相觸發(fā)控制電路與主電路完全隔離，主電路與底板完全隔離，安全可靠，安裝毋需另加絕緣。 主電路輸入電壓范圍寬（AC450V——30V電壓均可）。 給控制端一個(gè)0——10V的信號(hào)，主電路輸出電壓平滑可調(diào)。 由于采用高性能元器件，以及DCB陶瓷履銅板、鉬履銅板、高熱導(dǎo)彈性硅凝膠等優(yōu)秀材料，加之設(shè)計(jì)合理，工藝先進(jìn)，檢測手段齊全，因而可靠性很高，熱負(fù)載循環(huán)次數(shù)可達(dá)萬次。 模塊既可手動(dòng)控制，也可用儀表或計(jì)算機(jī)控制，且抗干擾能力強(qiáng)。 體積小，重量輕，節(jié)材節(jié)電效果顯著。 2．3 、接線示意圖 TMDS和TMFS勵(lì)磁系統(tǒng)系采用晶閘管智能模塊作為功率元件。 三、PLC簡介 1．PLC的定義及其類型 可編程序控制器簡稱PLC，是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。 （1） 按容量和功能分 可分為小型機(jī)、中型機(jī)和大型機(jī)三類。 （2） 按硬件結(jié)構(gòu)分 可分為整體式、插件式和疊裝式三種。 2．PLC的特點(diǎn) （1）可靠性高 （2）編程簡單 （3）通用性強(qiáng) （4）體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝及維護(hù)方便 3．PLC與繼電器控制的區(qū)別 在PLC的編程語言中，梯形圖是最為廣泛使用的語言。梯形圖與繼電器控制 線路圖十分相似，主要原因是PLC梯形圖的標(biāo)注大致上沿用了繼電器控制的叫路元件符號(hào)，僅個(gè)別處有些不同。同時(shí)，信號(hào)的輸入/輸出形式及控制功能也是相同的，但PLC的控制與繼電器的控制又有不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 ? 控制邏輯： ? 工作方式： ? 控制速度： ? 限時(shí)控制： ? 計(jì)數(shù)控制： ? 設(shè)計(jì)和施工： ? 可靠性和可維護(hù)性： ? 價(jià)格 4．PLC的基本結(jié)構(gòu) 目前PLC生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也各不相同，但其基本組成部分大致相同，如下圖： 主要包括：CPU，RAM，ROM和輸入、輸出接口電路等。 5．PLC的工作原理 PLC采用循環(huán)掃描要作方式。用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。 十六 TEL:023-67815945,67816265 網(wǎng)址：http://www.zdelectric.com