2022年同步发电机自动励磁调节器中同步电压的处理收集 .pdf

同步发电机自动励磁调节器中同步电压的处理The Formation of Synchronous Voltages in Automatic ExcitationRegulator刘微( 南京工程学院 , 江苏 南京 210013)摘要:在同步发电机自动励磁调节装置中, 可控硅触发技术是一项关键技术, 而其中的同 步电压的 处理环节又 是关键 。因此 ,对半导体励磁系统和微机励磁系统中同步电压的处理进行分析,并比较 。关键词 :自动励磁调节器 ; 可控硅整流 ;同步电压 ; 触发脉冲中图分类号 :TM31文 献标识码 :C文章编号 :1009-0665( 2002)06- 0026-03收稿日期 : 2002- 07- 27; 修回日期 : 2002- 11- 10同步发电机的自动励磁调节装置( AER) 是电力系统中一个重要的自动装置 1, 其中的移相触发单元的任务是产生可以改变相位的脉冲, 用来触发整流桥中的可控硅, 使其控制角随着发电机端电压的变化而改变 , 从而达到自动调节励磁的目的。移相触发单元是由同步、 移相、脉冲形成、 脉冲放大等环节构成 2。若其中的同步电压处理不好, 将影响移相触发脉冲的准确性, 从而影响发电机的励磁。在半导体励磁系统中同步电压的产生很麻烦, 随着微型计算机的应用, 为同步电压的处理提供了很大的方便。1同步电压的作用根据在可控硅整流电路中对可控硅进行导通控制的要求 , 可控硅元件上所加的电压和控制极上所加的触发脉冲在相位上必须配合合理, 否则可控硅将无法正常工作, 这种配合称为同步。因此, 在可控硅励磁系统中 , 必须引人同步电压来保证可控硅触发脉冲与主电路的同步 2。2同步电压的产生同步电压的取法和可控整流电路接线型式有关2。三相半控硅整流电路中, 由于共阳极组的整流元件不可控 , 在自然换流点换流, 共阴极组的可控硅应承受的阳极电压为正时一段区间内触发导通, 三相触发脉冲应按+ A、 + B、 + C 相序依次相隔120发出。三相全控硅整流电路中, 共阴极组的可控硅只有在其阳极电位最高的一段区间内才有可能导通,供阴极组的出发脉冲应在这一期间内发出, 三相触发脉冲应按 + A、 + B、 + C 相序依次相隔120 发出。共阳极组的可控硅只有在其阴极电位最低的一段区间内才有可能导通, 共阳极组的触发脉冲应在这一段区间内发出。三相触发脉冲应按-C、 -A、 -B相序依次相隔120 发出。这样六相触发脉冲应按+ A-C+ B- A+ C-B 相序依次相隔60 发出。因此 , 移相触发单元必须接受与主电路电压有一定相位关系的电压信号,才能保证触发脉冲按要求发出。同步电压可经同步变压器获得, 同步电压采用适当的接法, 将主电路电压变换成具有触发电路所要求的幅值、 相位及相数的同步电压, 作为移相触发单元的同步信号。3同步电压的处理3. 1半导体励磁调节器中同步电压的处理在半导体励磁调节器中, 同步电压的原方绕组接主电路的电源, 副方绕组在三相半控桥中接成三相 Y 形, 在三相全控桥中采用六相双Y 形接法。根据全控硅整流桥的工作特点: 控制角 0 90 时, 全控硅整流桥工作在逆变状态, 仅简单的引入上述同步电压 ( Utb) 还不够 ,必须对同步电压进行处理, 才能满足触发脉冲的要求。在三相全控硅整流桥电路中, 施加触发脉冲的时间应在该相自然换相点之后, 如果在该相自然换相点之前施加触发脉冲, 则可控硅不但不能在施加262002 年 12 月江苏电机工程Jiangsu Electrical Engineering第 21卷 第 6 期名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 触发脉冲导通 , 而且由于在自然换相点之后的其间内脉冲发生器不可能再次地发出脉冲, 所以该相可控硅实际因丢失脉冲而不可能导通。由于触发脉冲发出的时间不可能十分准确, 所以应使最早脉冲发出的时间距自然换相点有一定距离。因此, 必须引入最小控制角min的电压Umin。由于采用了全控硅整流桥 , 当发电机需要快速减磁时, 整流桥要按逆变方式运行 , 此时触发脉冲应于自然换相点90 后发出 , 相位越后逆变作用越大。但是, 由于和前述情况类似的原因 , 如果脉冲相位超过180 , 则可 控硅不导通而不能实现逆变, 所以脉冲相位最迟也应在180 前发出。因此,必须引入最大控制角man的电压 Umax。此外 , 根据触发脉冲有一定的幅值要求,还要引入一充电电压U充。可见 , 在半导体三相全控硅整流桥中, 对于 1 个可控硅要引入4 个同步电压, 即: Utb、U充、Umin、Umax, 对于 6 个可控硅要引入24 个相位不同的同步电压。此外 , 在半导体励磁中对于副励机来讲, 三相可控整流桥适是一个很大的负载, 可控硅的导通与关断将引起阳极电源电压波形畸变较严重, 因此引起的同步电压波形畸变的问题也必须予以重视, 否则将影响移相触发回路的正常工作。通常对畸变了的同步电压先进行滤波或整形, 以消除畸变的影响。可见, 在 半导体励磁中, 同步电压 的产生很麻烦,调试也很困难。3. 2微机励磁调节器中同步电压的处理3. 2. 1同步电压的处理框图原理同步电压整形的框图见图1。图 1同步电压整形的框图副励机发出的三相交流电压经同步变压器将电压变小、隔离、移相 , 此同步变压器采用/ 2Y 接法是为了增加与主电源的阻抗, 并将输入电压移相后得到超前 90 的电压。再将同步变压器输出电压进行二阶有源滤波后得到相位滞后90 的电压 , 此电压与副励机的电压同相。最后将此电压经电压比较器得到 6 个上升沿分别对应于自然换相点的门控信号 , 将此门控信号接到可编程定时计数器( 8253) 上形成电源电压状态字。以下对框图的各个部分进行分析。( 1) 同步变压器同步变压器内部接线如图2 所示 , 一次侧接成形, 是为了消除零序的影响, 二次侧有6 个绕组 ,c2与 b2反极性相串得到uja、 a2与 c2反极性相串得到 ujb、 b2与 a2反极性相串得到ujc。画出 Uja、 Ujb、Ujc与一次电压Uab、 Ubc、 Uca的相量关系图。如图 3 所示, 可见前者超前后者90 相角。图 2同步变压器内部接线图图 3同步变压器电压相量关系( 2) 滤波二阶有源滤波作用是滤去副励机由于全控整流桥负荷所引起的波形畸变, 得到相位滞后90 的电压 , 此电压不受主电源波形畸变的影响,其相位与副励机发出的三相交流电压相位同相。( 3) 电压整形图 4 为三相同步电压整形电路,同步变压器副方电压经滤波后的电压ua、 ub、 uc再经电压比较器后 , 形成宽 180 相距 120 的 3 个方波 ( 如图 5) , 其上升沿分别对应自然换流点1、 3、 5。对于 三相全控桥 , 须增加 3 个反相器 , 形成 6 个宽 180 相距 60 的方波 , 其上升沿分别对应自然换相点1、 2、 3、 4、 5、 6,再将 6 个同步电压门控信号送入8253。同步电压门控信号的作用 3:a. 将同步电压门控信号通过8253 形成电源电压状态字 , 用以控制8253 中定时 / 计数器记数时间27刘微: 同步发电机自动励磁调节器中同步电压的处理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 常数 t 的装入。对于最大角及最小角的限制, 可将对应的 tmax及 tmin装入相应的定时/ 计数器的计数器中,即可达到最大角及最小角的控制。图 4三相同步电压整形电路图 5三相可控阳极电压及自然换流点b. 同步电压门控信号为主机中断器控制器提供外部中断源。c. 同步电压门控信号分别作为8253 的门控信号。(4) 可编程定时 /计数器8253 是较常用的接口芯片。它具有3 个独立的 16 位计数通道的可编程定时/ 计数器 , 使用 + 5 V单一 电源 , 24 引脚 双列直插式大规模集成电路芯片。8253 具有方式0 至方式 5 共 6 种工作方式 , 用户可 以根据电路要求任选 , 在 此电路中选方式 1。方式 1 又称硬件再触发单拍脉冲计数。在此方式下,由外部门控脉冲触发计数器, 使输出变低, 开始时对时钟脉冲进行倒计数。当时钟脉冲的个数等于计数值时 , 即计数器减到零,其输出变高 , 其后保持高电平直至下一个门控脉冲到来。计数器输出从0变高的正跳沿,可以用单稳态电路检出得到一个宽度一定的脉冲。方式1 还有其他一些特点:a. 计数值写入计数器后, 并不 开始计数 , 直到外部触发脉冲(同步电压门控信号) 正跳沿到来时才开始减法计数。若不重新写入计数值, 计数器仍按原计数值进行计数。b. 计数器计数过程中不会被外部门控脉冲打断 , 以保证完整的计数过程。c. CPU 通过数据线改变计数值,其计数值在下一个门控脉冲触发后才生效。为了满足全控整流桥对触发脉冲的要求, 采用2 片 8253, 共有 6 个计数器 , 分别对 6 个可控硅进行触发。 8253 的门控脉冲由门控信号回路供给。计数时钟脉冲由主机的时钟电路供给, 数据线直接连接到主机总线的C 口低 8 位上。通过软件对发电机电压与参考电压之差进行PID 运算 , 得到一个控制量去改变控制角, 这个控制量是一个数字量, 直接由 CPU 写入 8253 中, 8253 根据写入数的大小及同步电压信号产生相应控制角为的触发脉冲。可见 , 微机励磁调节器中同步电压的处理比较简单 , 即只要产生一与主电源同步的门控信号即可。4结论( 1) 在半导体励磁调节器中, 对于 1 个可控硅要引入4 个相位不同的同步电压Utb、U充、Umin、Umax,对于 6 个可控硅要引入24 个相位不同的同步电压 , 很麻烦。若其中有一个量出了问题将影响触发脉冲的形成, 调试较困难 , 装置的可靠性差。( 2) 在微机励磁调节器中, 只需产生一个与主电源同步的门控信号, 即 6 个同步电压门控信号的上升沿对应于自然换相点,最大角与最小角的限制由软件实现 ,从而简化了同步电压的处理, 为调试带来了方便 , 并提高了装置的可靠性。参考文献 1周双喜 , 李丹 . 同步发电机数字式励磁调节器 M . 北京 : 中 国电力出版社, 1998. 2樊俊 . 同步发电机半导体励磁原理及应用 M . 北京 : 水利电 力出版社 , 1991. 3丁尔谋 . 同步发电机励磁调节器 M . 北京 : 中国电力出版社.欢迎订阅 、 欢迎投稿 、 欢迎刊登广告28江苏电机工程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -